6.5宇宙航行导学案.doc

高一物理（必修2） 6.5导学案（1）【学习目标】1知识与技能： (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(3)会解决涉及人造地球卫星运动的简单问题2过程与方法： (1)通过航天事业的发展史，说明物理学的发展对于自然科学的促进作用 (2)通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力3情感态度与价值观： (1)通过对我国航天事业发展的了解，进行爱国主义教育 (2)关心国内外航空事业的发展现状与趋势，有将科学技术服务于人类的意识【重点难点】1教学重点：第一宇宙速度的推导、人造卫星的规律2教学难点：人造地球卫星的轨道特点、人造卫星的规律【自主学习】一、复习：天体运动问题的解法 模型1：在地球表面附近，若不考虑地球自转的影响，重力和万有引力有什么关系？ 模型2：环绕天体围绕中心天体做匀速圆周运动，什么力提供向心力？二、人造地球卫星 问题：人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，谁提供向心力？三、宇宙速度万有引力与重力的关系、“黄金代换”关系1万有引力与重力的关系地面上的物体由于受到地球的引力，这个力就是地球对物体的万有引力物体所受到的万有引力将产生两个效果：一个是 ，另一个是物体随地球一起转动时所需要的 在一般情况下，由于重力与万有引力相差不大，所以认为两者相等，即： ，这个关系式也称之为黄金代换公式2重力加速度与距离地面高度的关系若不考虑地球自转，在地球表面处有，即地球表面处的重力加速度；在距地表高度为h的高空处，万有引力引起的重力加速度为g，由牛顿第二定律可得：即： 。可见重力加速度随高度增加而 ，这一结论对其它星球也适用宇宙速度1.思考：地面上的物体,以多大的水平速度抛出才能成为人造地球卫星？问题：什么是地球第一宇宙速度？你能进行推导吗？2.（1）第一宇宙速度：= ，又称环绕速度；（2）第二宇宙速度：= ，又称脱离速度；（3）第三宇宙速度：= ，又称逃逸速度。特别提醒：第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，却是卫星在圆轨道上运行的最大速度。【合作探究】问题一：人造卫星的运行规律例1根据万有引力定律及向心力公式，可推导出线速度角速度周期随高度变化的关系，具体关系如下：由 得，r越大，v ；由 得，r越大， ；由 得，r越大，T 问题二：宇宙速度 例2 我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”。设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的1/81，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为（ ）A. 0.4 km/s B. 1.8 km/s C. 11 km/s D. 36 km/s 规律总结 第一宇宙速度亦即最大环绕速度，在高考中也频繁出现，往往是要求其它星体的第一宇宙速度，这就要求大家弄清该速度的本质意义：即卫星围绕星球表面做匀速圆周运动时的速度。问题三：黄金代换 例3我国首个月球探测计划“嫦娥工程”将分三个阶段实施，大约用十年左右时间完成，这极大地提高了同学们对月球的关注程度以下是某同学就有关月球的知识设计的两个问题，请你解答：（1）若已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，月球绕地球运动的周期为T，且把月球绕地球的运动近似看做是匀速圆周运动。试求出月球绕地球运动的轨道半径。（2）若某位宇航员随登月飞船登陆月球后，在月球某水平表面上方h高处以速度v0水平抛出一个小球，小球落回到月球表面的水平距离为s。已知月球半径为R月，万有引力常量为G。试求出月球的质量M月。 规律总结 处理中心天体质量未知的问题，必然要用到黄金代换公式。通过这一公式，我们可以将中心天体的质量用其表面重力加速度表示出来，即GM=gR2。ABCD问题四：卫星轨道例4.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。巩固练习 班 姓名 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.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3.两颗人造卫星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 4.关于地球第一宇宙速度，正确的说法是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它是能使卫星进入轨道的最大发射速度5.我国绕月探测工程的预先研究和工程实施已取得重要进展。设地球、月球的质量分别为m1、m2，半径分别为R1、R2，人造地球卫星的第一宇宙速度为v，对应的环绕周期为T，则环绕月球表面附近圆轨道飞行的探测器的速度和周期分别为 A， B， C， D， 6.设地球半径为R0，质量为m 的卫星在距地面R0高处做匀速圆周运动，地面的重力加速度为g，则A卫星的线速度为 B卫星的角速度为C卫星的加速度为 D卫星的周期为27.星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度。星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2 =v1。已知某星球的半径为r，它表面的重力加速度为地球重力加速度g的1/6。不计其它星球的影响。则该星球的第二宇宙速度为ABCD8.在研究宇宙发展演变的理论中，有一种学说叫做“宇宙膨胀说”，宇宙是由一个大爆炸的火球开始形成的，大爆炸后各星球以不同的速度向外运动，这种学说认为万有引力常量G在缓慢地减小。根据这一理论，在很久很久以前，太阳系中地球的公转情况与现在相比A公转半径R较大 B公转周期T较小C公转速率v较大 D公转角速度较小北abc9. 如图所示的三个人造地球卫星，则说法正确的是（ ）卫星可能的轨道为a、b、c 卫星可能的轨道为a、c同步卫星可能的轨道为a、c 同步卫星可能的轨道为aA是对的 B是对的C是对的 D是对的 1234567