宇宙航行导学案

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.搞清环绕速度与轨道半径的关系。

【重点】会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义。

【难点】环绕速度与轨道半径的关系。

【自主导学】

一、宇宙速度：

1. 第一宇宙速度:

物体在地面附近绕地球做的速度，叫做第一宇宙速度。

[说一说]：在地面附近将物体以一定的水平速度发射出去，如果速度，物体不再在落回地球表面，而是刚好在地球表面附近围绕地球做运动，成为地球的，这时的发射速度就叫做第一宇宙速度。第一宇宙速度是人造地球卫星的最发射速度，也是卫星在地球表面附近围绕地球做匀速圆周运动的运行速度，是人造地球卫星的最运行速度。

第一宇宙速度的推导：

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，由此解出v=_____。

方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，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，是近地卫星的环绕速度，是地球卫星的最大运行速度。

2. 第二宇宙速度:

在地面附近发射物体，当物体的速度等于或大于 km/s，它就会克服的引力，永远离开地球，成为太阳的人造行星，这时的发射速度就叫做第二宇宙速度。

[思考与讨论]：在地面附近发射物体，如果发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运行的轨迹是。

3. 第三宇宙速度:

在地面附近发射物体，当物体的速度等于或大于 km/s，它就会挣脱的束缚，飞到太阳系以外，成为人造小恒星，这时的发射速度就叫做第三宇宙速度。

4．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

二、人造地球卫星的发射与运转规律

1、人造地球卫星的线速度跟半径是什么关系？卫星的线速度什么时候最大？

2、卫星的周期跟半径是什么关系？卫星的周期什么时候最小？

人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则万有引力提供向心力，即：F万=F向，

公式___________=ma=________ _ =_____ =____ ___

1)a=_____ __,可见随着轨道半径增大，卫星的向心加速度；

2)v=_____ ___,随着轨道半径的增大，卫星线速度；

3)w=___ _____,随着轨道半径的增大，卫星的角速度；

4)T=______ ___,随着轨道半径的增大，卫星绕地球运行的周期，

三、地球同步卫星

1、同步卫星：是指相对于地面静止的卫星。地球同步卫星有哪些特点？

①周期_____地球自转周期；T=24h;

②角速度_____地球自转角速度；

提示：北京上空是否有同步卫星？为什么？

各个国家发射的同步卫星距离地面高度是否相同？为什么？

同步卫星是否会发生碰撞？为什么？

总结：同步卫星的特点：

2、近地卫星：轨道半径等于地球的半径，它的运行速度是_________,也是卫星的__ _____环绕速度。

【典例探究】

【例题1】海王星的质量约是地球的16倍，它的半径是地球的4倍，地球的第一宇宙速度为7.9km/s，则海王星的第一宇宙速度为多大？

【变式训练1】关于地球的第一宇宙速度，下列说法中正确的是（）

A、它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度

B、它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度

C、它是能使卫星进入近地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

【例题2】有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。

【变式训练2】地球半径为6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为7.9×103m/s，则周期为多大？

交流与讨论：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？

【例题3】地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，自转周期为T，求地球的同步卫星离地面的高度.

【变式训练3】同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星（）

A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值

B.它可以在地面上任一点的正下方，但离地心的距离是一定的

C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值

D.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离是一定的

【夯实基础】

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/s

C．一定大于7.9 km/s

D．介于7.9～11.2 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. 在地球(看作质量均匀分布的球体)上空有许多同步卫星,下面说法中正确的是()

A. 它们的质量可能不同

B. 它们的速度可能不同

C. 它们的向心加速度可能不同

D. 它们离地心的距离可能不同

4. 可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道( )

A．与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆

B．与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆

C．与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，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的同心圆，但卫星相对地球表面是运动的

5.关于人造地球卫星及其中物体的超重和失重问题，下列说法正确的是：（）

A.在发射过程中向上加速时产生超重现象

B.在降落过程中向下减速时产生超重现象

C.进入轨道时作匀速圆周运动，产生完全失重现象，但仍受重力作用

D.失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的

6.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

7. 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

8.人造卫星由于受大气阻力，轨道半径逐渐减小，则线速度和周期变化情况为（）A．线速度增大，周期增大B．线速度增大，周期减小

C．线速度减小，周期增大D．线速度减小，周期减小

9.一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v1＝7.9km/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？

【知能提升】

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（）

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

3．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（）

4、已知近地卫星的速度为7.9km/s，月球质量是地球质量的1/81，地球半径是月球半径的3.8倍。则在月球上发射“近月卫星”的环绕速度是多少？

5、某物体在地面上受到的重力为160N，将它放置在卫星中，在卫星以加速度a=g/2随火箭向上加速上升的过程中，物体与卫星中的支持物间的压力为90N，地球半径为R0=6.4×106m，取g=10m/s2。求此时卫星离地球表面的距离。

6．组成星球的物质是靠引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率，如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持赤道附近的物体做圆周运动。已知一个星球的质量为M，半径为R，假设该星球是均匀分布的，求它的最小自转周期。

7．1997年8月26日在日本举行的国际学术大会上，德国Max Plank学会的一个研究组宣布了他们的研究结果：银河系的中心可能存在一个大“黑洞”。所谓“黑洞”，它是某些天体的最后演变结果。

(1) 根据长期观测发现，距离某“黑洞”6.0×1012m的另一个星体（设其质量为m2）以２×１０6m/s 的速度绕“黑洞”旋转，求该“黑洞”的质量m1;（结果要求二位有效数字）

（2）根据天体物理学知识，物体从某天体上的逃逸速度公式为v= ,其中引力常量Ｇ＝6.67×10-11Ｎm2/kg-2,M为天体质量，Ｒ为天体半径。且已知逃逸的速度大于真空中光速的天体叫“黑洞”。请估算（１）中“黑洞”的可能最大半径。（结果要求一位有效数字）

参考答案

例1解析：47h内“神舟二号”绕地球运行多少周，也就是说47h有几个周期，本题关键是求“神舟二号”的运行周期。可以根据万有引力提供向心力这个思路来求周期T。

设“神舟二号”的质量为m，它在地面上的重力近似等于它受地球的万有引力，有

在空中运行时有

解得：=5474s=1.52h

47h内绕地球运行的圈数周

答：47h内“神舟二号”绕地球运行的圈数为31周。

例2解析：所谓同步，就是卫星相对于地面静止即卫星运转周期等于地球自转周期。由于是万有引力提供向心力，卫星的轨道圆心应该在地球的地心，所以同步卫星的轨道只能在地球赤道上方。该题的计算思路仍然是万有引力提供向心力

设同步卫星的质量m，离地高度h，速度为v，周期为T（等于地球自转周期）

方法一：

解得：=3.56×107m

3.1×103m/s

方法二：若认为同步卫星在地面上的重力等于地球的万有引力，有

解联立方程得：

=3.56×107m

方法三：根据第一宇宙速度v 1，有

解得：

=3.56×107m

答：同步卫星的高度为3.56×107m ，速度是3.1×103m/s 。

【夯实基础】 1. B

2.B 分析：由

r GM =

υ知，r 越大，v 越小，由C

T r =2

3

（C 为恒量）知，r 越大，T 越大，故A 错，B 对。由

r GM =

υ知，r 不同，则v 不同，故C 错。再由v ＝ωr 知，角速度

r υ

ω=

，ω随r 的改变而发生变化，故D 错。

3.A 分析：对于同步卫星，卫星的周期和地球自转周期相同（T ＝24h, h ＝8.64×104s ），相

对地面是静止的；卫星运行的轨道在赤道平面内；卫星距地面高度有确定值（约3.6×107m ） 答案：A

4.CD 分析：关于卫星轨道的设置问题，由于卫星受向心力由万有引力提供且指向地心，即

轨道圆圆心一定在地心，轨道平面可与赤道平面成任意夹角故应为CD 。 答案：CD

5.ABC 分析：超、失重是一种表象，是从重力和弹力的大小关系而定义的。当向上加速时

超重，向下减速（a 方向向上）也超重，故A 、B 正确。卫星做匀速圆周运动时，万有引力完全提供向心力，卫星及卫星内的物体皆处于完全失重状态，故C 正确。失重的原因是重力（或万有引力）使物体产生了加速度，D 错。

6. 解析：随着时间推移，G 减小，则引力减小，所以地球做离心运动，公转半径变大，进

而速度减小，周期增大。 答案：BC

7. AD 8. 分析：可简化成这样的物理模型：卫星每一圈都做匀速圆周运动，但不同的

圈的半径在减小，因为

3,1

r T r ∝∝

υ，所以v 增大，T 减小。 答案：B

9. 解析：卫星近地运行时速度大，周期小，此时万有引力约等于重力，故有

2

2

4T mR mg π=。整理得：min

8550758.9104.614.3226

==??==s s g R T π

答案：85

10. 解析：（1）卫星近地运行时，有：

R v m

R

Mm

G 212＝ ①

卫星离地高度为R 时，有：

R v m

R Mm

G 2)2(2

22

＝ ②

由①②两式得：

s km s km v v /6.5/29

.722

12=?=

=

（2）卫星离高度为R 时，有

ma R Mm

G

＝2

)

2( ③

靠近地面时，有

mg R

GMm

＝2

④

由③④两式得：

2/45.241

s m g a ==

（3）在卫星内，仪器的重力就是地球对它的吸引力，则：

N N ma g m G 45.245.21=?=='='

由于卫星内仪器的重力充当向心力，仪器处于完全失重状态，所以仪器对平台的压力为零。 答案：（1）5.6m/s （2）2.45m/s2 （3）2.45N 0

【知能提升】

1.CD

2.A

3.AC

4.B

5.ACD

6.D

7.B

8. 1.7km/s

9. 1.4×106m

【出类拔萃】1. 1.92×107m 2. 3. 3.6×1035kg 5×108m

高中物理_宇宙航行教学设计学情分析教材分析课后反思

6.5 《宇宙航行》教学设计 --------- 【设计思想】 宇宙航行不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。 学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。 本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。 本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。 【学情分析】 万有引力定律、圆周运动、天体运动都已经讲过，从知识上讲学生运用牛顿第二定律直接推导出卫星的速度并不是一件困难的事情．或许学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高． 【教学目标】 （一）知识与技能 1.了解牛顿关于人造地球卫星的最初构想。 2.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题 3.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。 4.通过实例，了解人类对太空的探索历程，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。 （二）过程与方法 1．在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。 2．通过对卫星运行的线速度与轨道半径的关系的讨论，通过对第一宇宙速度的计算和理解，培养学生探究问题的能力，应用所学物理知识解决问题的能力，归纳结论的能力。 （三）情感、态度与价值观 1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发起学生对科学探究的兴趣，激发学生学习物理的热情。 2．通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。 3．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

高中物理6.5宇宙航行导学案新人教版必修2(1)

§ 6.5宇宙航行 学习目标 1. 了解卫星的发射运行等情况 .了解飞船飞入太空的情况. 2. 知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度? 3?激情投入、交流、讨论，知道三个宇宙速度的含义 ，会推导第一宇宙速度 学习重点：知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度 学习难点：推导第一宇宙速度 预习案 1 ?第一宇宙速度的推导 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 方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，所以 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，是近地卫 星的环绕速度，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可以节省一定的能量。 2?第二宇宙速度，是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 厂、 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 _____________ 。 丿 3 ?人造地球卫星 一二i 巴时渔 (1)人造地球卫星的轨道和运行速度 -'i ?上- 卫星地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供向心力，卫星受 「一「CM 到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆 = _ / 心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。这样就存在三类人 ……) 造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于 ' 赤道上方；②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；③一般轨道，卫星轨道和赤 道成一定角度。 对于卫星的速度要区分发射速度和运行速度，发射速度是指将卫星发射到空中的过程中，在地面上卫 星必需获得的速度，等于第一宇宙速度，卫星能在地面附近绕地球做匀速圆周运动，大于第一宇宙速度而 小于第二宇宙速度时，卫星做以地球为焦点的椭圆轨道运动。运行速度是指卫星在正常轨道上运动时的速 卫星的运行速度越小。实际上卫星从发射到正常运行中间经历了一个调整、变轨的复杂过程。 4?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。 '■，解得v = 度，如果卫星做圆周运动，根据万有引力提供向心力 ———— 』 < ―得 y r ,可见，轨道半径越大,

2020学年高中物理 第六章 第5节 宇宙航行课时作业 2

第五节 宇宙航行 1．第一宇宙速度是指卫星在____________绕地球做匀速圆周运动的速度，也是绕地球做 匀速圆周运动的____________速度．第一宇宙速度也是将卫星发射出去使其绕地球做圆 周运动所需要的________发射速度，其大小为________． 2．第二宇宙速度是指将卫星发射出去使其克服____________，永远离开地球，即挣脱地 球的________束缚所需要的最小发射速度，其大小为________． 3．第三宇宙速度是指使发射出去的卫星挣脱太阳________的束缚，飞到____________ 外所需要的最小发射速度，其大小为________． 4．人造地球卫星绕地球做圆周运动，其所受地球对它的______提供它做圆周运动的向心 力，则有：G Mm r 2＝__________＝________＝________，由此可得v ＝______，ω＝ ________，T ＝________. 5．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其环绕速度可以是下列的哪些数据( ) A ．一定等于7.9 km /s B ．等于或小于7.9 km /s C ．一定大于7.9 km /s D ．介于7.9 km /s ～11.2 km /s 6．关于第一宇宙速度，以下叙述正确的是( ) A ．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B ．它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度 C ．它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D ．它是人造卫星发射时的最大速度 7．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，且仍做圆周运动， 则下列说法正确的是( ) ①根据公式v ＝ωr 可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍 ②根据公式F ＝mv 2r 可知 卫星所需的向心力将减小到原来的12 ③根据公式F ＝GMm r 2，可知地球提供的向心力将 减小到原来的14 ④根据上述②和③给出的公式，可知卫星运行的线速度将减小到原来的 A ．①③ B ．②③ C ．②④ D ．③④ 【概念规律练】 知识点一 第一宇宙速度 1．下列表述正确的是( ) A ．第一宇宙速度又叫环绕速度 B ．第一宇宙速度又叫脱离速度 C ．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D ．第一宇宙速度跟地球的半径无关 2．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径 较小，一般在7～20 km ，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km ，密度为 1.2×1017 kg /m 3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为( )

《宇宙航行》导学案(带答案)

§5．宇宙航行 §6．经典力学的局限性——问题导读 （命制教师：张宇强） §5．宇宙航行 §6．经典力学的局限性——问题导读 使用时间： 月 日—— 月 日 姓名 班级 【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、简单了解航天发展史。 4、能用所学知识求解卫星基本问题。 【问题导读】认真阅读《课本》P44—P51内容，并完成以下导读问题： 一、人造地球卫星 如图所示，当物体的 足够大 时，它将会围绕 旋转 而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的 。一般情况下可认为 人造地球卫星绕地球做 运动，向心力由地球对它的 提供，即G Mm r 2 = ，则卫星在轨道上运行的线速度v = 二、三个宇宙速度的比较 三、经典力学的成就和局限性 1、经典力学的成就 牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，

§5．宇宙航行§6．经典力学的局限性——问题导读（命制教师：张宇强） 经受了实践的检验，取得了巨大的成就. 2、经典力学的局限性 （1）牛顿力学即经典力学，它只适用于、的物体，不适用于 和的物体。 （2）狭义相对论阐述了物体以接近光速运动时遵从的规律，得出了一些不同于经典力学的结论，如质量要随物体运动速度的增大而。 （3）20世纪20年代，建立了量子力学，它正确描述了粒子的运动规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用. （4）爱因斯坦的广义相对论说明在的作用下，牛顿的引力理论将不再适用. 预习检测： 1．两颗卫星A、B的质量相等，距地面的高度分别为H A、H B，且H A

高中物理_6.5宇宙航行教学设计学情分析教材分析课后反思

《第五节宇宙航行》教学设计 一、教学内容 本节课的内容是人教版必修2第六章《万有引力与航天》的第五节《宇宙航行》。主要内容是利用万有引力定律计算宇宙速度，了解人类的航天历程。 二、学生分析 学生已经学习了万有引力的定律，并能初步利用万有引力定律的公式求引力或一些速度，但学生的推理和运算能力较差，加上本章书的公式运用较为灵活，故学生对此有一定的畏难心理。 三、设计思想 针对本节课和学生的特点，本节课采用的模式可以用下图表示： 本课的主要设计思想是采用信息技术网络平台设计各种交互性强，能够激发学生兴趣的主题资源，其中包括主题导入、同步练习（其中设有交互性很强的习题）、实战演练（其中设有能及时对学生的学习情况进行反馈的小测，并能对学生进行有效的评价和建议）、课外拓展等。并采用学生交流互动为主导，教师作为学习的辅助者的课堂教学模式。希望能借此调动学生自主学习探究的主观能动性，从而提高学生的科学素养和探究精神。 四、教学目标 （一）知识和能力目标 1．了解人造地球卫星的有关知识和航天发展史。 2．知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。 3．理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

（二）过程与方法目标 1．在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。 2．通过对卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。 （三）情感态度与价值观目标 1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情。 2．通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。3．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。 五、教学重点 1．第一宇宙速度的推导。 2．卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。 六、教学难点 卫星的发射速度与运行速度的关系。 七、教学过程：

高中物理第六章万有引力与航天第5节宇宙航行教案

5．宇宙航行 教学目标 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。 过程与方法 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。 情感、态度与价值观 1．通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情； 2．感知人类探索宇宙的梦想．促使学生树立献身科学的人生价值观。 教学重点 第一宇宙速度的推导。 教学难点 运行速率与轨道半径之间对应的关系。 教学方法 探究、讲授、讨论、练习。 教具准备 多媒体课件 教学过程 ［新课导入］ 1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的新纪元。我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，1999年发射了“神舟”号试验飞船。 随着现代科学技术的发展，我们对人造卫星已有所了解，那么地面上的物体在什么条件下才能成为人造卫星呢？人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢？这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。 ［新课教学］ 一、人造地球卫星 1．牛顿的设想 在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？ 它们的落地点不同，速度越大，落地点离山脚越远。因为在同一座高山上抛出，它们在空中运动的时间相同，速度大的水平位移大，所以落地点也较远。 假设被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？ 如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用， 那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速 度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：从 高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也一次 比一次离山脚远，如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。 2．人造地球卫星 （1）人造地球卫星 从地面抛出的物体，在地球引力的作用下绕地球旋转，就成为绕地球运动的人造卫星。 （2）人造地球卫星必须满足的条件

2020年高中物理第五节《宇宙航行》教案人教版必修2

第七章万有引力与航天 第五节宇宙航行 一、教学目标 1、知识与技能： (1)了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。 (2)知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。 2、过程与方法： (1)通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，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)通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。 (2)感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。 二、教学内容剖析 1、本节课的地位和作用： 本节内容主要介绍了宇宙速度、人造地球卫星、宇宙航天器等内容，人们在应用万有引力定律研究天体运动的基础上，实现人类的航天梦想，为科学研究、人类生活服务方面做出巨大的贡献。通过本节学习了解如下知识： (1)第一宇宙速度：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，V=GM / R或 V= . gR,数值上M=7.9km/s . (2)第二宇宙速度：克服地球引力,脱离地球的逃逸速度.V2=11.2km/s. (3)第三宇宙速度：在地面附近发射物体挣脱太阳引力束缚的速度,V3=11.2km/s. 2、本节课教学重点： 对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。

3、本节课教学难点： 1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。 2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。 三、教学思路与方法 这节内容是万有引力理论的成就在生活中的应用，与我们的生活密切相关，让学生在学习物理的过程中感受到物理就在我们的身边，与我们的生活时刻联系在一起. 从而引导学生进行科学和生活、和社会联系的思考，培养学生学习物理的兴趣，激发学生献身科学的热情，对学生科学价值观的形成起到重要的作用。 四、教学准备 多媒体课件，细线，塑料瓶 课堂教学设计

宇宙航行(学案)

第五节：宇宙航行 要点知识回顾： 第一宇宙速度:在地面附近将物体以一定的水平速度发射出去，如果速度，物体不再在落回地球表面，而是刚好在地球表面附近围绕地球做运动，成为地球，物体在地面附近绕地球做的速度，叫做第一宇宙速度。第一宇宙速度是人造地球卫星的最发射速度，也是卫星在地球表面附近围绕地球做匀速圆周运动的运行速度，是人造地球卫星的最运行速度。 人造地球卫星的运行规律： 人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则万有引力提供向心力. 公式为：___________=ma=_________=_____ __=____ ___; a=_____ __,可见随着轨道半径增大，卫星的向心加速度减小，向心力减小； v=_____ ___,随着轨道半径的增大，卫星线速度； w=___ _____,随着轨道半径的增大，卫星的角速度； T=______ ___,随着轨道半径的增大，卫星绕地球运行的周期，近地卫星的周期约为84.6min，其他卫星的周期都大于这个数值. 第二宇宙速度:在地面附近发射物体，当物体的速度等于或大于 km/s，它就会克服的引力，永远离开地球，成为太阳的人造行星，这时的发射速度就叫做第二宇宙速度。 第三宇宙速度: 在地面附近发射物体，当物体的速度等于或大于 km/s，它就会挣脱的束缚，飞到太阳系以外，成为人造小恒星，这时的发射速度就叫做第三宇宙速度。梦想成真： 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星在发射成功，卫星质量83.6kg，卫星绕地球运行周期。 1962年4月12日，苏联人成为第一个乘载人飞船进入太空的人。1969年7 月20日，人类成功登上月球。 2003年10月15日，我国成功发射神航五号载人飞船，把中国第一位航天员 送入太空。 课堂典例： 例题1：海王星的质量约是地球的16倍，它的半径是地球的4倍，地球的第一宇宙速度 为8.0km/s，则海王星的第一宇宙速度为多大？ 例题2：两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为8:1 : B A T T，则轨道半径 之比和运动速率之比分别为多少？

人教版(2019)高一物理必修第二册第七章新习题学案专题六：万有引力与宇宙航行 无答案

高一物理复习专题六：万有引力与宇宙航行 【行星的运动】 1.地球公转轨道的半径在天文学上常用来作为长度单位，叫作天文单位，用来量度太阳系内天体与太阳的距离。（这只是个粗略的说法。在天文学中，“天文单位”有严格的定义，用符号AU表示。）已知火星公转的轨道半径是1.5AU，根据开普勒第三定律，火星公转的周期是多少个地球日？ 2.开普勒行星运动定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的运动。如果一颗人造地球卫星沿椭圆轨道运动，它在离地球最近的位置（近地点）和最远的位置（远地点），哪点的速度比较大？ 3.在力学中，有的问题是根据物体的运动探究它受的力，有的问题则是根据物体所受的力推测它的运动。这一节的讨论属于哪一种情况？你能从过去学过的内容或做过的练习中各找出一个例子吗？ 4.对于这三个等式来说，有的可以在实验室中验证，有的则不能，这个无法在实验室验证的规律是怎么得到的？ 【万有引力定律】 1.既然任何物体间都存在着引力，为什么当两个人接近时他们不会吸在一起？我们通常分析物体的受力时是否需要考虑物体间的万有引力？请你根据实际情况，应用合理的数据，通过计算说明以上两个问题。 2.你在读书时，与课桌之间有万有引力吗？如果有，试估算一下这个力的大小，它的方向如何？ 3.大麦哲伦云和小麦哲伦云是银河系外离地球最近的星系（很遗憾，在北半球看不见）。大麦哲伦云的质量为太阳质量的1010倍，即2.0×1040kg，小麦哲伦云的质量为太阳质量的109倍，两者相距5×104光年，求它们之间的引力。 4.太阳质量大约是月球质量的2.7×107倍，太阳到地球的距离大约是月球到地球距离的3.9×102倍，试比较太阳和月球对地球的引力。 5.木星有4颗卫星是伽利略发现的，称为伽利略卫星，其中三颗卫星的周期之比为1∶2∶4。小华同学打算根据万有引力的知识计算木卫二绕木星运动的周期，她收集到了如下一些数据。木卫二的数据：质量4.8×1022kg、绕木星做匀速圆周运动的轨道半径 6.7×108m。 木星的数据：质量1.9×1027kg、半径7.1×107m、自转周期9.8h。 但她不知道应该怎样做，请你帮助她完成木卫二运动周期的计算。

高中物理第六章万有引力与航天第五、六节宇宙航行、经典力学的局限性学案新人教版必修2

第五节 宇宙航行 第六节 经典力学的局限性 [学习目标] 1.会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度． 2.了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点． 3.了解经典力学的发展历程和伟大成就，知道经典力学与相对论、量子力学的关系． [学生用书P 50] 一、宇宙速度(阅读教材P 44～P 45) 1．人造地球卫星的发射原理 (1)牛顿的设想：在高山上水平抛出一个物体，当初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的人造地球卫星． (2) 的万有引力提供，即G Mm r 2＝m v 2 r 2．宇宙速度 (1)第一宇宙速度v Ⅰ：卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，v Ⅰ＝7.9 km/s. (2)第二宇宙速度v Ⅱ：使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度，v Ⅱ＝11.2 km/s. (3)第三宇宙速度v Ⅲ：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度，v Ⅲ＝16.7 km/s. 拓展延伸?———————————————————(解疑难) 第一宇宙速度的两种推导方法 方法1：根据GMm r 2＝mv 2 r ，应用近地条件r ＝R (R 为地球半径)， R ＝6 400 km ，地球质量M ＝6×1024 kg ，代入数据得v ＝GM R ＝7.9 km/s. 方法2：在地球表面附近，重力等于万有引力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力．(已知地球半径为R 、地球表面处的重力加速度为g ) 由mg ＝m v 2 R ，得 v ＝gR ＝9.8×6 400×103 m/s ＝7.9 km/s. 1.(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.( ) (2)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2 km/s

高中物理(山东专用)第六章万有引力与航天第5节宇宙航行讲义含解析新人教版必修2

第5节宇宙航行 一、 人造地球卫星 1．概念 当物体的初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的人造卫星，如图6-5-1所示。 图6-5-1 2．运动规律 一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动。 3．向心力来源 人造地球卫星的向心力由地球对它的万有引力提供。 二、 宇宙速度 1．人造卫星环绕地球做匀速圆周运动，所需向心力由 地球对卫星的万有引力提供。 2．第一宇宙速度为7.9 km/s ，其意义为人造卫星的最 小发射速度或最大环绕速度。 3．第二宇宙速度为11.2 km/s ，其意义为物体摆脱地球 引力的束缚所需要的最小发射速度。 4．第三宇宙速度为16.7 km/s ，其意义为物体摆脱太阳 引力的束缚所需要的最小发射速度。 5．地球同步卫星位于赤道正上方固定高度处，其周期 等于地球的自转周期，即T ＝24 h 。

1957年10月，前苏联成功发射了第一颗人造卫星。 1969年7月，美国“阿波罗11号”登上月球。 2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空。 2013年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功。 2013年12月2日，我国的“嫦娥三号”登月探测器发射升空。 …… 1．自主思考——判一判 (1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s。(×) (2)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s。(√) (3)如果在地面发射卫星的速度大于11.2 km/s，卫星会永远离开地球。(√) (4)要发射一颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s。(×) 2．合作探究——议一议 (1)通常情况下，人造卫星总是向东发射的，为什么？ 提示：由于地球的自转由西向东，如果我们顺着地球自转的方向，即向东发射卫星，就可以充分利用地球自转的惯性，节省发射所需要的能量。 (2)“天宫一号”目标飞行器在距地面355 km的轨道上做圆周运动，它的线速度比7.9 km/s大还是小？ 提示：第一宇宙速度7.9 km/s是卫星(包括飞船)在地面上空做圆周运动飞行时的最大速度，是卫星紧贴地球表面飞行时的速度。“天宫一号”飞行器距离地面355 km，轨道半径大于地球半径，运行速度小于7.9 km/s。 1．第一宇宙速度(环绕速度)：是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，也是人造地球卫星的最小发射速度，v＝7.9 km/s。

宇宙航行学案

第六章第五节宇宙航行 一、学习目标 1、了解人造卫星的有关知识；了解人类对太空的探索历程； 2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。 二、学习重难点 会推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度 三、学习方法建议 认真预习，把教材多看几遍，结合平抛运动、圆周运动知识点，能够理解其中蕴含的科学道理 四、学习问题设计 自学回答下列问题： (A)问1：抛出的石头会落地，为什么发射出的卫星没有落下来？ (B)问2：卫星没有落下来必须具备哪些条件？ (B)问3：什么是第一宇宙速度以及如何推导第一宇宙速度？ （A）问4：区别发射速度和环绕速度？ (A)问5：什么是第二宇宙速度及第三宇宙速度？ 五、问题解决情况检测 （A）1、在圆轨道上质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球的半径R，地面

上的重力加速度为g ，则（ ） A 、卫星运行的速度是gR 2 B 、卫星运行的周期是g R 24 C 、卫星的加速度是g 21 D 、卫星的角速度是R g 241 （A ）2、关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是（ ） A 、第一宇宙速度的数值是11.2km/s B 、第一宇宙速度又称为逃逸速度 C 、第一宇宙速度是卫星在地面附近绕地球做圆周运动的速度 D 、第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最小环绕速度 （A ）3、同步卫星是与地球自转同步的卫星，它的周期T=24h ，关于同步卫星的下列说法正确的是（ ） A 、同步卫星离地面的高度和运行速度是一定的 B 、同步卫星离地面的高度越高，其运行速度就越大；高度越低，速度越小 C 、同步卫星只能定点在赤道上空，相对地面静止不动 D 、同步卫星的向心加速度与赤道上物体随地球自转的加速度大小相等 （A ）4、（05江苏）若人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ） A 、卫星的轨道半径越大，它的运行速度越大 B 、卫星的轨道半径越大，它的运行速度越小 C 、卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越大 D 、卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越小 （C ）5、设在地球上和在x 天体上以相同的初速度竖直上抛一物体的最大高度比为k （均不计阻力）。且已知地球和x 天体的半径比也为k ，则地球质量与此天体的质量比为（ ） 1.A k B . 2.k C k 1.D （A ）6、某星球质量是地球质量的1/8，半径是地球半径的1/2，地球的第一宇宙速度为v=7.9km/s ，则：（1）该星球的第一宇宙速度为多少？ （2）该星球表面的自由落体加速度是多大？

6.5宇宙航行新编导学案

6.5宇宙航行导学案 班级姓名 【学习目标】 1.了解人造地球卫星的最初构想. 2.记住三个宇宙速度的含义和数值 3.会推导第一宇宙速度。 4..会分析人造地球卫星的受力和运动情况 【学习重点】 第一宇宙速度的推导过程和方法。 【学习难点】 1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。 2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。 【知识链接】 向心力表达式：F n= = = = 【学习内容】 牛顿的思考：从高山上水平抛出一物体，速度一次比一次大，落地点也会一次比一次远，如果速度足够大，物体就不在落回地面，将运动，成为。 1规律探究：宇宙速度 （1）.第一宇宙速度 叫做第一宇宙速度。 推导：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v1。飞行器运动所需的向心力是由提供的，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，根据牛顿第二定律得方程：， 可解出v1=___ __=___ __ km/s。 方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，所以，解得v1=___ __=___ __ km/s。 （2）．第二宇宙速度，是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：v2=________。 （3）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，必须达到的最小发射速度。其值是v3=_________。 2.人造地球卫星 思考讨论：卫星绕地球做匀速圆周运动时，是什么力提供向心力？，

高考物理第5节宇宙航行专题1

高考物理第5节宇宙航行专题1 2020.03 1,有两颗人造地球卫星，甲离地面800km，乙离地面1600km，求：（1）两者的向心加速度的比，（2）两者的周期的比，（3）两者的线速度的比。（地球半径约为6400km） 2,我们国家在1986年成功发射了一颗实用地球同步卫星,从1999年至今已几次将“神舟”号宇宙飞船送入太空.在某次实验中,飞船在空中飞行了 36 h,环绕地球24圈.那么,同步卫星与飞船在轨道上正常运转相比较 A.卫星运转周期比飞船大 B.卫星运转速率比飞船大 C.卫星运转加速度比飞船大 D.卫星离地高度比飞船大 3,地球的同步卫星距地面高h约为地球半径R的5倍,同步卫星正下方的地面上有一静止的物体A,则同步卫星与物体A的向心加速度之比是多少?若给物体A以适当的绕行速度,使A成为近地卫星,则同步卫星与近地卫星的向心加速度之比为多少? 4,试计算出地球赤道平面上空的同步卫星距地面的高度. （已知地球质量g=9.8m/s2，地球半径R=6.37×106m） 5,已知地球半径是月球半径的4倍，地球表面重力加速度是月球表面重力加速度的6倍，那么地球质量是月球质量的________倍；地球的第一宇宙速度是月球第一宇宙速度的________倍.

6,第一次从高为h处水平抛出一个球，其水平射程为S，第二次用跟前一次相同的速度从另一处水平抛出另一个球，水平射程比前一次多了△S，不计空气阻力，则第二次抛出点的高度为_________。 7,中子星是由密集的中子组成的星体，具有极大的密度．通过观察已知某中子星的自转角速度ω=60πrad／s，该中子星并没有因为自转而解体，则计算中子星的密度最小值的表达式是怎样的?该中子星的密度至少为多少? 8,地球同步卫星到地心的距离r可由r3=π42 2c b a 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 A.a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 B.a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 C.a是赤道周长,b是地球自转周期,c是同步卫星的加速度 D.a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 9,已知下列哪组数据，可以计算出地球的质量M（） A 地球绕太阳运行的周期T地及地球离太阳中心的距离R地日 B 月球绕地球运行的周期T月及月球离地球中心的距离R月地 C 人造地球卫星在地面附近绕行时的速度v和运行周期T D 若不考虑地球的自转，已知地球的半径及重力加速度 10,关于地球同步卫星，它们具有相同的( ) A.质量 B.高度 C.向心力 D.周期 11,一根劲度系数k = 103N/m的弹簧，长l = 0.2m，一端固定在光滑水平转台的转动轴上，另一端系一个质量m = 2kg的物体，当转台以180r/min 转动时，试求：此时弹簧伸长量为多少？

2020学年高中物理 第6章 第五节 宇宙航行学案 2

第六章 万有引力与航天 第五节 宇 宙 航 行 “嫦娥三号”卫星是嫦娥绕月探月工程计划中嫦娥系列的第三颗人造绕月探月卫星．“嫦娥三号”要携带探测器在月球着陆，实现月面巡视、月夜生存等重大突破，开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成分等探测活动．根据中国探月工程三步走的规划，中国将在2013年前后进行首次月球软着陆探测和自动巡视勘察． 1．了解人造地球卫星的最初构想． 2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度的表达式． 3．掌握人造地球卫星的线速度、角速度、周期和半径的关系． 4．能运用万有引力定律及匀速圆周运动的规律解决卫星运动的有关问题． 一、人造卫星 1．牛顿对人造卫星原理的描绘． 设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大．可以想象，当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗人造地球卫星． 2．人造卫星绕地球运行的动力学原因． 人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供． 3．人造卫星的运动可近似地看做匀速圆周运动，其向心力就是地球对它的吸引力． G Mm r 2＝mv 2r ＝mω2r ＝m 4π2 T r ． 由此得出卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径r 的关系： v 由此可见，卫星的轨道半径确定后，其线速度、角速度和周期也唯一确定，与卫星的质量无关，即同一轨道上的不同卫星具有相同的周期、线速度及角速度，而且对于不同轨道，轨道半径越小，卫星线速度和角速度越大，周期越小． 二、宇宙速度 1．物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度，也叫地面附近的环绕速度． 2．近地卫星的轨道半径为：r ＝R ，万有引力提供向心力，则有GMm R ＝m v 2 R ．从而第一宇宙

2021 宇宙航行—人教版 高中物理必修第二册学案

高一 必修二 物理导学案 宇宙航行 一、学习目标 1．了解人造地球卫星的初步构想。 2．会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。 3．知道三个宇宙速度的含义和数值、会推导第一宇宙速度。 二、自主阅读反馈 1、第一宇宙速度： (1)牛顿设想：如图所示，把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度，物体就不再落回地面，成为。 (2)近地卫星的速度：由G mm 地r2＝m v2r ，得v ＝_______。用地球半径R 代替卫星到地心的距离r ，可求得v ＝ km/s 。 (3)宇宙速度及其意义

(逃逸速度) 2、人造地球卫星： (1)1957年10月4日，第一颗人造地球卫星发射成功。 (2)1970年4月24日，第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。 (3)地球同步卫星位于上方高度约 km处，与地面相对静止，角速度和周期与地球的。 (4)1961年4月12日，苏联航天员加加林进入东方一号载人飞船，完成人类首次进入太空的旅行。 (5)1969年7月，美国的阿波罗11号飞船登上月球。 (6)2003年10月15日，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员送入太空。 (7)2013年6月，神舟十号分别完成与空间站的手动和自动交会对接。 (8)2016年10月19日，神舟十一号完成与空间站的自动交会对接。 (9)2017年4月20日，我国又发射了货运飞船， 入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接及多项 实验。 三、探究思考 情境1、如图,把物体水平抛出,如果速度足够大,物 体就不再落到地面,它将绕地球运动,成为地球的人造卫星,是什么力使物体绕地球运动?

情景2、在100～200 km高度飞行的地球卫星,能说在地面附近飞行吗?为什么? 情景3、人造地球卫星按怎样的轨道运行,谁提 供向心力? 四、知识精讲： 1、第一宇宙速度的定性分析 (1)第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度，即近地卫星的环绕速度。 (2)决定因素：由第一宇宙速度的计算式v＝GM R 可以看出，第 一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关。 (3)“最小发射速度”：如果发射速度低于第一宇宙速度，因为受到地球引力作用，发射出去的卫星就会再回到地球上，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。 (4)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中， 近地卫星的轨道半径最小，由G Mm r2 ＝m v2 r 可得v＝ GM r ，轨道半径越 小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。

宇宙航行教学案

第5节宇宙航行教学案 【课前预习】 1.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。如果速度足够大，物体就，它将绕地球运动，成为。 2.第一宇宙速度大小为，也叫速度。 第二宇宙速度大小为，也叫速度。 第三宇宙速度大小为，也叫速度。 3.世界上第一颗人造卫星是1957年10月4日在发射成功的，卫星质量为kg，绕地球飞行一圈需要的时间为。 世界上第一艘载人飞船是1961年4月12日发送成功，飞船绕地球一圈历时。 世界上第一艘登月飞船是1969年7月16日9时32分在发送成功，进入月球轨道；飞船在月球表面着陆；宇航员登上月球。 中国第一艘载人航天飞船在2003年10月15日9时在发送成功的，飞船绕地球圈后，于安全降落在主着陆场 【自主探究】 要点一人造地球卫星的线速度，角速度和周期与半径的关系 1．运行规律 2 2 2 2 2 ? ? ? ? ? = = = = T mr mr r v m ma r Mm G π ω (1)人造卫星的运行速率：v＝ 当r＝R时，卫星绕地面运行，v＝= km/s 这是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度． (2)人造卫星的运行周期：T＝. (3)人造卫星的运行角速度：ω＝. 【例题1 】如图所示，a、b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同且小于c的质量，下列说法中正确的是() A．b、c的线速度大小相等且大于a的线速度 B．b、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度 C．b、c的周期相等且大于a的周期 D．b、c的向心力相等且大于a的向心力

要点二三个宇宙速度 1．第一宇宙速度(环绕速度)的推导： 2．第二宇宙速度(脱离速度)：大小为v＝km/s. 3．第三宇宙速度(逃逸速度)：大小为v＝km/s. 说明(1)第一宇宙速度是最大运行速度，也是最小发射速度． (2)三个宇宙速度分别为在三种不同情况下在地面附近的最小发射速度． 【例题2】．关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是（） A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B．它是人造地球卫星绕地球飞行的最大速度 C．它是人造地球卫星在靠近地球表面的圆形轨道上的运行速度 D．它是发射人造地球卫星所需要的最小地面发射速度 【例题3】.金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍。那么， （1）金星表面的自由落体加速度是多大？ （2）金星的第一宇宙速度是多大？ 要点三．卫星的轨道和种类 (1)卫星的轨道 卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道． 卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律． 卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心．卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度． (2)卫星的种类 卫星的种类主要是按卫星有什么样的功能来进行命名的．主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类．【同步卫星】 (1)卫星运动周期和地球自转周期相同(T＝24 h=8.64×104s)。所谓地 球同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T＝24h。

高考物理一轮复习考点大通关专题4-5宇宙航行学案

高考物理一轮复习考点大通关专题4-5宇宙航行学案 考点精讲 一、宇宙速度 1．第一宇宙速度(环绕速度) (1)数值 v1＝7.9 km/s，是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星最大的环绕速度． (2)第一宇宙速度的计算方法 ①由G＝m得v＝． ②由mg＝m得v＝． 2．第二宇宙速度(脱离速度)：v2＝11.2 km/s，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度． 3．第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝16.7 km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度． 二、人造卫星 1．卫星的轨道 (1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内，同步卫星就是其中的一种． (2)极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫星． (3)其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道，且轨道平面一定通过地球的球心． 2．地球同步卫星的特点 (1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合．

(2)周期一定：与地球自转周期相同，即T＝24 h＝86 400 s. (3)角速度一定：与地球自转的角速度相同． (4)高度一定：据G＝mr得r＝＝4.23×104 km，卫星离地面高度h＝r－R≈6R(为恒量)． (5)绕行方向一定：与地球自转的方向一致． 3．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律 4．卫星运动中的机械能 (1)只在万有引力作用下卫星绕中心天体做匀速圆周运动和沿椭圆轨道运动，机械能均守恒，这里的机械能包括卫星的动能和卫星(与中心天体)的引力势能． (2)质量相同的卫星，圆轨道半径越大，动能越小，势能越大，机械能越大． 三、 1．解决天体圆周运动问题的两条思路 (1)在中心天体表面或附近而又不涉及中心天体自转运动时，万有引力等于重力，即G＝mg，整理得GM＝gR2，称为黄金代换．(g表示天体表面的重力加速度) (2)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力，即 G＝m＝mrω2＝m＝man. 2．用好“二级结论”，速解参量比较问题 “二级结论”有： (1)向心加速度a∝，r越大，a越小； (2)线速度v∝，r越大，v越小，r＝R时的v即第一宇宙速度(绕行天体在圆轨道上最大的线速度，发射卫星时的最小发射速度)； (3)角速度ω∝，r越大，ω越小；