山东省临沭第二中学高中物理 第六章 万有引力定律 宇宙航行学案（无答案）新人教版必修2.docVIP

课题：宇宙航行【学习目标】1.了解人造卫星的有关知识，知道其运动规律。2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。3.知道牛顿运动定律的适用范围4.了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用【学习重点】1.第一宇宙速度的推导2. 搞清环绕速度与轨道半径的关系【学习难点】同步卫星的研究【学习过程】目标一：宇宙速度一第一宇宙速度的推导1.方法一：设地球质量为m，半径为r，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞行器的速度（第一宇宙速度）为v。飞行器运动所需的向心力是由万有引力提供的，近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径r代表卫星到地心的距离，所以_ ，由此解出v=_ _。2.方法二：物体在地球表面受到的引力近似认为等于重力，所以_，解得v=_ _。关于第一宇宙速度有三种说法：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，第二是近地卫星的环绕速度，第三是地球卫星的最大运行速度。另外第一宇宙速度是卫星相对于地心的线速度。地面上发射卫星时的发射速度，是卫星获得的相对地面的速度与地球自转速度的合速度。所以赤道上自西向东发射卫星节省能量。第二宇宙速度飞行器克服地球的引力，离开地球束缚的速度，是在地球上发射绕太阳运行或飞到其他行星上去的飞行器的最小发射速度。其值为：_。第三宇宙速度是在地面附近发射一个物体，使它挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须达到的速度。其值是_。拓展辨析:a:运行速度:指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。b:发射速度:指被发射物体离开地面时的水平初速度。 c：宇宙速度均指发射速度。第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度.经典例题：1.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速度是下列的（ ）a一定等于7.9 km/s b等于或小于7.9 km/sc一定大于7.9 km/s d介于7.911.2 km/s之间2.关于第一宇宙的速度，下面说法错误的是（ ）a它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度b它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度c它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度d它是卫星在椭圆轨道上运动时近地点的速度p123qq3、将卫星发射至近地圆轨道1（如图所示），然后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于q点，2、3相切于p点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：( ) a卫星在轨道3上的速率大于轨道1上的速率。 b 卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度。 c卫星在轨道1上经过q点时的加速度大于它在轨道 2上经过q点时的加速度。 d卫星在轨道2上经过p点的加速度等于它在轨道3上经过p目标二：同步卫星1.同步卫星:是指相对于地面静止的卫星。同步卫星必定位于赤道轨道，周期等于地球自转周期。知道了同步卫星的周期，就可以根据万有引力定律、牛顿第二定律和圆周运动向心加速度知识，计算同步卫星的高度、速度等有关数据。例1、地球半径为r，地面重力加速度为g，地球自转周期为t，地球同步卫星离地面的高度为h，则地球同步卫星的线速度大小为（ ）例2：关于地球同步卫星，下列说法中正确的是（ ）a它的速度小于7.9km/s b它的速度大于7.9km/s c它的周期是24h,且轨道平面与赤道平面重合d每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的例3、已知地球半径r=6.4106m，地球质量m=6.01024kg，地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，第一宇宙速度v1=7.9103m/s。若发射一颗地球同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和速度应为多大？（用两种方法解答）目标三：梦想成真阅读课本回答下列问题：是谁为人类迈向太空提供了科学思想？那个国家发射的第一个人造卫星？哪国先登月？中国第一个进入太空的宇航员是谁？你还能讲出有关航天的故事吗？总结反思基础题（一看就懂，一做就会）1人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）a.半径越大，速度越小，周期越小 b.半径越大，速度越小，周期越大c.所有卫星的速度均是相同的，与半径无关 d.所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关2航天飞机中的物体处于失重状态，是指这个物体（ ）a不受地球的吸引力b地球吸引力和向心力平衡c对支持它的物体的压力为零d受地球的吸引力减小了3.如图所示，在同一轨道平面上，有绕地球做匀速圆周运动的卫星a、b、c，某时刻它们处在同一直线上，则( )a.经过一段时间，它们将同时第一次回到原位置b.卫星c受到的向心力最小c.卫星b的周期比c大d.卫星a的角速度最大4.2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在a点从圆形轨道进入椭圆轨道，b为轨道上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中错误的是( )a.在轨道上经过a的速度小于经过b的速度b.在轨道上经过a的速度小于在轨道上经过a的速度c.在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期d.在轨道上经过a的加速度小于在轨道上经过a的加速度5.如图中的圆a、b、c,其圆心均在地球的自转轴线上,b、c 的圆心与地心重合,对卫星环绕地球做匀速圆周运动而言( ) a.卫星的轨道可能为a b.卫星的轨道可能为b c.卫星的轨道可能为c d.同步卫星的轨道只可能为b 6.2011年9月29日成功发射”天宫”一号目标飞行器,并于2011年11月发射”神舟”八号飞船与”天宫”一号实现对接,某同学得知上述消息后,画出”天宫”一号和”神舟”八号绕地球做匀速圆周运动的假想图如图所示,a代表”天宫”一号,b代表”神舟”八号,虚线为它们各自的轨道,由此假想图,可以判定 ( ) a.”天宫”一号的运行速率大于”神舟”八号的运行速率 b.”天宫”一号的向心加速度小于”神舟”八号的向心加速度 c.”神舟”八号适度加速有可能与”天宫”一号实现对接 d.”天宫”一号受到地球的万有引力小于”神舟”八号受到地球的万有引力.7.宇航员在一个半径为r的星球上，以速度v0竖直上抛一个物体 ，经过t秒后物体落回原抛物点，如果宇航员想把这个物体沿星球表面水平抛，而使它不再落回星球，则抛出速度至少应是（ ）a、 b、 c、 d、达标题组（跳起来，摘下丰硕果）8.一颗人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，已知卫星的第一宇宙速度是v17.9km/s，求：（1）这颗卫星运行的线速度多大？（2）它绕地球运动的向心加速度多大？（3）质量为1kg的仪器放在卫星内的平台上，仪器的重力多大？它对平台的压力有多大？9.1970年4月25日18点，新华社授权向全世界宣布：1970年4月24日，中国成功地发射了第一颗人造卫星，卫星向全世界播送“东方红”乐曲。已知卫星绕地球一圈所用时间t=114分钟，地球半径r=6400km，地球质量m=61024kg。试估算这颗卫星的离地平均高度。拓展题组（勇往直前，试一试）10.如图所示,质量分别为m和m的两个星球a和b在引力作用下都绕o点做匀速圆周运动,星球a和b两者中心之间距离为l。已知a、b的中心和o三点始终共线,a和b分别在o的两侧。引力常量为g。 (1