【新教材精创】7.4 宇宙航行 导学案（2）-人教版高中物理必修第二册.docx

1、第七章 万有引力与宇宙航行7.4 宇宙航行1、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2、了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况，认识同步卫星的特点.3、了解人类对太空的探索历程.一、宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度)v_，是人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造地球卫星的最小_，该速度又是环绕地球做匀速圆周运动的卫星中的最大_第二宇宙速度(又叫脱离速度)v_，在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度，称为第二宇宙速度第三宇宙速度(逃逸速度)v ，在地面上发射物体，使之

2、最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，称为第三宇宙速度二、人造地球卫星（1）人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道圆心一定是 ，因为地球对卫星的引力提供向心力（2）由v可知，卫星的线速度随r的增大而 由可知，卫星的角速度随r的增大而 由T2可知，卫星的运行周期随r的增大而 （3）同步卫星的五个“一定” (运转周期与地球自转周期相同，T24 h)； (所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内)； (离地面高度为36 000 km)； (运行速率为3.1103 m/s)； (每颗同步卫星都定点在世界卫星组织规定的位置上)活动一：思考：牛顿关于卫星的设想的原理是什么？

3、活动二：理解三个宇宙速度1 第一宇宙速度如何推导？2.第二宇宙速度和第三宇宙速度的含义是什么？3.不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？4.把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？活动三：了解人造地球卫星1.人造地球卫星轨道的特点是什么?2. 地球同步卫星的特点是什么？活动四：了解载人航天与太空探索1. 了解航天事业与人类生活2. 黑洞的知识一、单选题1、中国将于2020年左右建成的空间站，将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地，可以预见，随着航天员在轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节，下列器材适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是（ ）

4、A哑铃B跑步机C单杠D弹簧拉力器2、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，假如卫星的加速度减小为原来的，卫星仍做匀速圆周运动，则A卫星的速度减小为原来的B卫星的角速度减小为原来的C卫星的周期增大为原来的2倍D卫星受到的引力减小为原来的3、我国北斗二代计划在2020年前发射35颗卫星，形成全球性的定位导航系统，比美国GPS多5颗。多出的这5颗是相对地面静止的高轨道卫星（以下简称静卫），其它的有27颗中轨道卫星（以下简称中卫）轨道高度为静止轨道高度的。下列说法正确的是（ ）A中卫的线速度介于和之间B静卫的线速度大于中卫的线速度C静卫的运行周期小于中卫的运行周期D静卫的轨道必须是在赤道上空4、已知某星球

5、的质量是地球的p倍，半径是地球的b倍，地球的第一宇宙速度是v，该星球的第一宇宙速度为（ ）AvBpCvD二、多选题5、一做圆周运动的人造地球卫星轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动。则A据公式 可知卫星所需的向心力将减小为原来的B据公式可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍C据公式可知卫星所需的向心力将减小为原来的D据上述A和C中给出公式可知卫星运动的线速度将减小为原来的6、如图所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的（）A速度大B向心加速度大C运行周期长D角速度小三、非选择题7、已知地球表面的重力加速度为，地球的半

6、径为，引力常量为，不考虑地球自转的影响。求：(1)地球的质量；(2)地球近地卫星速度大小和运行周期。8、嫦娥一号的成功发射，为实现中华民族几千年的奔月梦想迈出了重要的一步。已知嫦娥一号绕月飞行轨道近似为圆形，距月球表面高度为H，飞行周期为T，月球的半径为R，引力常量为G。求：(1) 嫦娥一号绕月飞行时的线速度大小；(2)月球的质量；(3)若发射一颗绕月球表面做匀速圆周运动的飞船，则其绕月运行的线速度应为多大。一、单选题1、北斗卫星导航定位系统将由5颗静止轨道卫星（同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成，30颗非静止轨道卫星中有27颗是中轨道卫星，中轨道卫星的高度约为21500Km，同步卫星的高度

7、约为36000Km，下列说法正确的是 （ ）A同步卫星的向心加速度比中轨道卫星向心加速度大B同步卫星和中轨道卫星的线速度均大于第一宇宙速度C中轨道卫星的周期比同步卫星周期小D赤道上随地球自转的物体向心加速度比同步卫星向心加速度大2、在西昌卫星发射中心已成功发射嫦娥四号月球探测器探测器奔月飞行过程中，在月球上空的某次变轨是由椭圆轨道a变为近月圆形轨道b，a、b两轨道相切于P点，如图所示，不计变轨时探测器质量的变化，下列关于探测器说法正确的是A在a轨道上P点的速率与在b轨道上P点的速率相同B在a轨道上P点所受月球引力等于在b轨道上P点所受月球引力C在a轨道上P点的加速度小于在b轨道上P点的加速度D

8、在a轨道上运动的周期小于在b轨道上运动的周期3、若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球的1.5倍，则此行星的第一宇宙速度约（）A16B32CD4、有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b处于地面附近近地轨道上正常运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图，则有（ ）Aa的向心加速度等于重力加速度gB线速度关系vavbvcvdCd的运动周期有可能是20小时Dc在4个小时内转过的圆心角是二、多选题5、同步卫星离地心的距离为r，运行速度为，加速度，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度第一宇宙速度为，地球的半

9、径为R，则ABCD6、2013年6月11日至26日，神舟十号飞船圆满完成了太空之行，期间还成功进行了人类历史上第二次太空授课，女航天员王亚平做了大量失重状态下的精美物理实验关于失重状态，下列说法正确的是()A航天员仍受重力的作用B航天员受力平衡C航天员所受重力等于所需的向心力D航天员不受重力的作用三、非选择题7、设地球质量为M，自转周期为T，万有引力常量为G将地球视为半径为R、质量分布均匀的球体，不考虑空气的影响若把一质量为m的物体放在地球表面的不同位置，由于地球自转，它对地面的压力会有所不同（1）若把物体放在北极的地表，求该物体对地表压力的大小F1；（2）若把物体放在赤道的地表，求该物体对地

10、表压力的大小F2；（3）假设要发射一颗卫星，要求卫星定位于第（2）问所述物体的上方，且与物体间距离始终不变，请说明该卫星的轨道特点并求出卫星距地面的高度h8、一颗在赤道上空运行的人造卫星，其轨道半径为r=2R(R为地球半径)，卫星的转动方向与地球自转方向相同.已知地球自转的角速度为，地球表面处的重力加速度为g.求：(1)该卫星所在处的重力加速度g；(2)该卫星绕地球转动的角速度；(3)该卫星相邻两次经过赤道上同一建筑物正上方的时间间隔.参考答案【实践研究】1、D；2、A；3、D；4、C；5、CD；6、CD；7、【答案】 (1)；(2)，【解析】(1)不考虑地球自转的影响，地面上质量为的物体所受

11、重力等于地球对物体引力有解得(2)设近地卫星的质量为，有又联立解得，8、【答案】 （1）2R+HT（2）42R+H3GT2（3）2R+HTR+HR【解析】（1）嫦娥一号绕月飞行时的线速度大小v1=2(R+H)T（2）设月球质量为M嫦娥一号的质量为m根据牛二定律得GMm(R+H)2=m42(R+H)T2解得M=42(R+H)3GT2（3）设绕月飞船运行的线速度为V，飞船质量为m0，则GMm0R2=m0V2R又M=42(R+H)3GT2联立得V=2R+HTR+HR【课后巩固】1、C；2、B；3、A；4、D；5、AC；6、AC；7、【答案】 （1） （2）（3）【解析】(1) 物体放在北极的地表，根

12、据万有引力等于重力可得：物体相对地心是静止的则有：，因此有：(2)放在赤道表面的物体相对地心做圆周运动，根据牛顿第二定律：解得： (3)为满足题目要求，该卫星的轨道平面必须在赤道平面内，且做圆周运动的周期等于地球自转周期以卫星为研究对象，根据牛顿第二定律：解得卫星距地面的高度为：8、【答案】 （1）（2）（3）【解析】(1)在地球表面处物体受到的重力等于万有引力mg=，在轨道半径为r=2R处,仍有万有引力等于重力mg=，解得：g=g/4；(2)根据万有引力提供向心力，mg=，联立可得=，(3)卫星绕地球做匀速圆周运动，建筑物随地球自转做匀速圆周运动，当卫星转过的角度与建筑物转过的角度之差等于2时，卫星再次出现在建筑物上空以地面为参照物，卫星再次出现在建筑物上方时，建筑物随地球转过的弧度比卫星转过弧度少2.即t0t=2解得：