江苏省江阴市山观高级中学高中物理 6.5万有引力应用二：宇宙航行（环绕模型）学案（无答案）新人教版必修2.doc

6.5万有引力应用二：宇宙航行（环绕模型） 【学习目标】1、知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因。2、掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度。3、能用所学知识求解卫星基本问题。【学习重点】知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因。【学习难点】1、人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别。2、用所学知识求解卫星基本问题。【学习过程】学习任务1：宇宙速度回顾、交流、讨论： 由平抛物体的运动规律知：x=v0t h= 联立、可得： x=v0即物体飞行的水平距离和初速度v0及竖直高度h有关，在竖直高度相同的情况下，水平距离的大小只与初速度v0有关，水平初速度越大，飞行的越远。当平抛的水平初速度足够大时，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。（此时地球对物体的引力用来充当物体绕地球运转的向心力）类比： 由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球的引力，用来充当绕地运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来。分析： 卫星绕地球运转时做匀速圆周运动，此时的动力学方程是：g 近地卫星在h=100200km的高度飞行，与地球半径r=6400km相比，完全可以说是在“地面附近”飞行，可以用地球半径r近似代表卫星到地心的距离r。=此时因为r为最小值，所以v为最大值，向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。结论： 为最小的发射速度，同时为最大的运行速度，称作第一宇宙速度第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念。迁移： 如何在其他星球上发射卫星，如何理解其他星体的第一宇宙速度。练习： 吴健雄星的直径约为32km，密度与地球相近，若在此小行星上发射一颗卫星环绕其表面运行，它的环绕速率约为多大？（已知地球的第一宇宙速度为7.9km/s）学习任务2：人造卫星思考： 人造卫星绕地球作圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供，那么人造卫星的运行轨道有多少种模式？问题： 人造卫星绕地球作圆周运动的运行速度、运行周期与轨道半径有什么关系？r=r+h r最小为r时，v最大为7.9km/s,t最小为84min。结论： 随着人造卫星绕地运行轨道半径的增大，其运行速度将减小，运行周期将变大。问题： 有没有一种人造卫星绕地飞行的周期与地球的自转周期相同？为什么？结论： 同步轨道与同步卫星 轨道半径为 距离地面高度 由于r、h都是定值，可见同步轨道有且仅有一个。轨道上卫星相对于地球静止不动。问题： 平时经常听到的通讯卫星是同步卫星吗？讨论： 周围我们看见人家安装的卫星天线安装方向有何特征？为何固定方位？问题： 要侦察地球上各个地方的情况，同步卫星可行吗？若你是决策者，你准备怎么办？拓展： 极地卫星应用： 侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为h，要使卫星在一天内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全部拍下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄象机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，地球的自转周期为t）【课后作业】（ ）1、人造地球卫星的轨道半径越大，则速度越小，周期越小速度越小，周期越大速度越大，周期越小速度越大，周期越大（ ）2、可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道：a：与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆b：与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆c：与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的d：与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的（ ）3、假如一做圆周运动的人造卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动，则下列判断正确的是：a：根据公式v=r，可知卫星的线速度将增大到原来的2倍b：根据公式f=mv2/r，可知卫星所需的向心力将减小到原来的1/2c：根据公式f=gmm/ r2，可知地球提供的向心力将减小到原来的1/4d：根据公式f=mv2/r和f=gmm/ r2，可知卫星运动的线速度将减小到原来的/2（ ）4、据观测，某行星外围有一模糊不清的环，为了判断该环是连续物还是卫星群，又测出了环中各层的线速度v的大小与该层至行星中心的距离r，则在下列判断中正确的说法是：a：若v与r成正比，则环是连续物 b：若v与r成反比，则环是连续物c：若v2与r成正比，则环是卫星群 d：若v2与r成反比，则环是卫星群（ ）5、地球同步卫星的质量为m,离地面的高度为h，地球表面的重力加速度为g，地球半径为r，地球自转的角速度为，那么同步卫星所受地球对它的万有引力的大小为 （ ）6、设同步卫星离地心的距离为r,运行速率为v1,加速度为a1;地球赤道上的物体随地