人教版高一物理必修2第六章万有引力与航天第五节宇宙航行学案（无答案）.docVIP

PAGE 共 NUMPAGES 4页第 PAGE 1页 必修2 第六章 万有引力与航天 第五节 宇宙航行 年级： 班级： 学号： 姓名： 学习目标： 1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度. 2.认识同步卫星的特点. 3.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程. 学习重难点：推导第一宇宙速度及同步卫星的特点 学习过程： 【复习交流】：万有引力的计算公式，与向心力的关系，推导线速度、角速度、周期的计算公式 【新知探究】 一、第一宇宙速度的理解与计算 [导学探究]　(1)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？ (2)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？ (2)越大.向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力. [知识深化] 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的绕行速度. 2.推导：对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R＝6 400 km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g＝9.8 m/s2，则 3.推广 由第一宇宙速度的两种表达式看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应以v＝eq \r(\f(GM,R))或v＝eq \r(gR)表示，式中G为引力常量，M为中心天体的质量，g为中心天体表面的重力加速度，R为中心天体的半径. 4.理解 (1)“最小发射速度”与“最大绕行速度” ①“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力.所以近地轨道的发射速度(第一宇宙速度)是发射人造卫星的最小速度. ②“最大绕行速度”：由Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)可得v＝eq \r(\f(GM,r))，轨道半径越小，线速度越大，所以近地卫星的线速度(第一宇宙速度)是最大绕行速度. (2)发射速度与发射轨道 ①当7.9 km/s≤v发11.2 km/s时，卫星绕地球运动，且发射速度越大，卫星的轨道半径越大，绕行速度越小. ②当11.2 km/s≤v发16.7 km/s时，卫星绕太阳旋转，成为太阳系一颗“小行星”. ③当v发≥16.7 km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去. 例1　我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.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eq \f(1,81)，月球的半径约为地球半径的eq \f(1,4)，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为(　　) A.0.4 km/s B.1.8 km/s C.11 km/s D.36 km/s 例2　某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中.已知该星球的半径为R，求该星球的第一宇宙速度. . 二、人造地球卫星 [导学探究] 1. 如图2所示，圆a、b、c的圆心均在地球的自转轴线上.b、c的圆心与地心重合，d为椭圆轨道，且地心为椭圆的一个焦点.四条轨道中哪些可以作为卫星轨道？为什么？ 图2 [知识深化] 1.人造地球卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力.因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极上空的极地轨道.当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道.如图3所示. 图3 2.地球同步卫星 (1)定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星. (2)特点： ①确定的转动方向：和地球自转方向一致； ②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h； ③确定的角速度：等于地球自转的角速度； ④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合； ⑤确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)； ⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s). 例3　关于地球的同步卫星，下列说法正确的是(　　) A.同步卫星的轨道和北京所在纬度圈共面 B.同步卫星的轨道必须和地球赤道共面 C.所有同步卫星距离地面的高度不一定相同 D.所有同步卫星的质量一定相同 针对训练　(多选)我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是(　　) A.运行速度大于7.9 km/s B.离地面高度一定，相对地面静止 C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大 D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加