湖北省荆州市沙市第五中学高中物理 6.5宇宙航行导学案 新人教版必修2.doc

高一物理必修二第六章第五节：宇宙航行导学案一、学习目标1. 了解人造卫星的有关知识2. 知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。二、课前预习1、设天体a绕天体b做匀速圆周运动，则天体a的线速度、角速度、周期及加速度的大小分别由哪些量决定？2、请大家看下面的几条卫星轨道，试判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的？并总结卫星轨道的特点。3、关于发射卫星的问题，牛顿在思考万有引力定律时就曾想过，从高山上水平抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。如图。请你替牛顿算一算，需要多大的速度物体才能不落回地球，而是像卫星一样绕地球做匀速圆周运动？4、为什么抛出速度小于7.9km/s时物体会落到地面上，而不会做匀速圆周运动呢？5、如果抛出速度大于7.9km/s呢？6、第一宇宙速度 ，第二宇宙速度（逃逸速度） ，第三宇宙速度 。当抛出速度v满足7.9km/sv11.2km/s时，物体将 ；当抛出速度v满足11.2km/sv16.7km/s时，物体将 ；当抛出速度v满足16.7km/sv时，物体将 。7、大家可记得在别的什么地方我们也接触到了7.9km/s这个速度啊？请同学们好好回忆一下。8、通过刚才的计算我们知道7.9km/s的速度是卫星在地球表面运动时的速度，即近地卫星的速度。实际应用中的近地卫星在100200km的高度飞行，与地球半径6400km相比，完全可以说是在“地面附近”飞行，可以用地球半径r代表卫星到地心的距离r即轨道半径。9、比近地轨道外层轨道上的卫星的线速度与7.9km/s相比是大还是小呢？10、如果要将卫星发现到外层轨道，发射速度应该比7.9km/s大还是小呢？11、发射速度： ；运动速度（环绕速度） 。12、1234如右图，四颗均绕地球做匀速圆周运动，方向为逆时针方向。如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？假设某卫星正在地面附近绕地球做匀速圆周运动，速度是7.9km/s。现要想该卫星进入外层轨道，如何操作？在牛顿抛物设想中，当抛出速度v满足7.9km/sv11.2km/s时，物体做什么运动？三、经典例题1234例1、如图所示，试比较四颗卫星的线速度、角速度、周期及加速度的大小关系。例2、两颗人造卫星a、b绕地球做圆周运动，周期之比为 =18，则轨道把轨道半径之比和运行速度之比分别为( ) a. = 41 = 12 b. = 41 = 21 c. = 14 = 12 d. = 14 = 21 例3、可发射一颗人造卫星，使其圆轨道满足下列条件（ ）a、与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆b、与地球表面上某一经度线是共面的同心圆c、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是运动的d、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是静止的例4、我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的。“一号”是极地圆形轨道卫星。其轨道平面与赤道平面垂直，周期是12h；“二号”是地球同步卫星。两颗卫星相比 号离地面较高； 号观察范围较大； 号运行速度较大。若某天上午8点“风云一号”正好通过某城市的上空，那么下一次它通过该城市上空的时刻将是 。四、巩固练习1、假定宇宙空间站绕地球做匀速圆周运动，则在空间站上，下列实验不能做成的是：（ ）a、天平称物体的质量b、用弹簧秤测物体的重量c、用测力计测力d、用水银气压计测飞船上密闭仓内的气体压强2、土星的外层有一个环，为了判断它是土星的一部分，即土星的“连续群”，还是土星的“卫星群”，可以通过测量环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离r之间的关系来判断：a. 若vr，则该层是土星的连续群b. 若v2r，则该层是土星的卫星群c. 若，则该层是土星的连续群d. 若，则该层是土星的卫星群3、月球的质量约为地球的1/81，半径约为地球半径的1/4，地球上第一宇宙速度约为7.9km/s,则月球上第一宇宙速度为多少？4、人造地球卫星与地面的距离为地球半径的1.5倍，卫星正以角速度做匀速圆周运动，地面的重力加速度为，、 、这三个物理量之间的关系是（ ）： ： ： ：5、下列关于地球同步卫星的说法中正确的是：（ ）a、为避免通讯卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上b、通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有通讯卫星的周期都是24hc、不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面上d、不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的，加速度的大小也是相同的。6、地球同步卫星到地心的距离r可由求出，已知式中a的单位是m，b的单位是s，c的单位是m/s2，则： （ ）aa是地球半径，b是地球自转的周期，c是地球表面处的重力加速度；ba是地球半径。b是同步卫星绕地心运动的周期，c是同步卫星的加速度；ca是赤道周长，b是地球自转周期，c是同步卫星的加速度da是地球半径，b是同步卫星绕地心运动的周期，c是地球表面处的重力加速度。7、侦察卫星在通过地球两极上的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为h，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件的情况下全都拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球半径为r，地面处的重力加速度为g，地球自转的周期为t。地球8、如图是在同一平面不同轨道上运行的两颗人造地球卫星。设它们运行的周期分别是t1、t2，(t1t2)，且某时刻两卫星相距最近。问：两卫星再次相距最近的时间是多少？两卫星相距最远的时间是多少？地球pqv2v1v2/v31239、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆形轨道1运行，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆形轨道3运行。设轨道1、2相切于q点，轨道2、3相切于p点，则卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，比较卫星经过轨道1、2上的q点的加速度的大小；以及卫星经过轨道2、3上的p点的加速度的大小设卫星在轨道1、3上的速度大小为v1、v3 ，在椭圆轨道上q、p点的速度大小分别是v2、v2/，比较四个速度的大小10、“黑洞”问题是爱因斯坦广义相对论中预言的一种特殊的天体。它的密度很大，对周围的物质（包括光子）有极强的吸引力。根据爱因斯坦理论，光子是有质量的，光子到达黑洞表面时，也将被吸入，最多恰能绕黑洞表面做圆周运动。根据天文观察，银河系中心可能有一个黑洞，距离可能黑洞为6.01012m远的星体正以2.0106m/s的速度绕它旋转，据此估算该可能黑洞的最大半径是多少？