1、 高一 必修二 物理導學案 課題：7.4宇宙航行 一、學習目標 1了解人造地球衛星的初步構想。2會解決涉及人造地球衛星運動的較簡單的問題。3知道三個宇宙速度的含義和數值、會推導第一宇宙速度。二、自主閱讀反饋 1、第一宇宙速度：(1)牛頓設想：如圖所示，把物體從高山上水平拋出，如果拋出速度 ，物體就不再落回地面，成為 。(2)近地衛星的速度：由Gm，得v_。用地球半徑R代替衛星到地心的距離r，可求得v km/s。(3)宇宙速度及其意義第一宇宙速度(環繞速度)v1_ km/s，是人造衛星在地面附近繞地球做_運動的速度第二宇宙速度(脫離速度)v2_ km/s，使物體掙脫_引力束縛的最小發射速度第三宇

2、宙速度(逃逸速度)v3_ km/s，使物體掙脫_引力束縛的最小發射速度2、人造地球衛星：(1)1957年10月4日， 第一顆人造地球衛星發射成功。(2)1970年4月24日， 第一顆人造地球衛星“東方紅1號”發射成功。(3)地球同步衛星位于 上方高度約 km處，與地面相對靜止，角速度和周期與地球的 。(4)1961年4月12日，蘇聯航天員加加林進入東方一號載人飛船，完成人類首次進入太空的旅行。(5)1969年7月，美國的阿波羅11號飛船登上月球。(6)2003年10月15日，我國神舟五號宇宙飛船把中國第一位航天員 送入太空。(7)2013年6月，神舟十號分別完成與 空間站的手動和自動交會對接。

3、(8)2016年10月19日，神舟十一號完成與 空間站的自動交會對接。(9)2017年4月20日，我國又發射了貨運飛船 ，入軌后與天宮二號空間站進行自動交會對接及多項實驗。3、 探究思考情境1、如圖,把物體水平拋出,如果速度足夠大,物體就不再落到地面,它將繞地球運動,成為地球的人造衛星,是什么力使物體繞地球運動? 情景2、在100200 km高度飛行的地球衛星,能說在地面附近飛行嗎?為什么?情景3、人造地球衛星按怎樣的軌道運行,誰提供向心力?四、知識精講：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衛星近地環繞地球做勻速圓周運動必須具備的速度，即近地衛星的環繞速度。(2)決

4、定因素：由第一宇宙速度的計算式v 可以看出，第一宇宙速度的值由中心天體決定，第一宇宙速度的大小取決于中心天體的質量M和半徑R，與衛星無關。(3)“最小發射速度”：如果發射速度低于第一宇宙速度，因為受到地球引力作用，發射出去的衛星就會再回到地球上，所以第一宇宙速度是發射人造衛星的最小速度。(4)“最大環繞速度”：在所有環繞地球做勻速圓周運動的衛星中，近地衛星的軌道半徑最小，由Gm可得v ，軌道半徑越小，線速度越大，所以在這些衛星中，近地衛星的線速度即第一宇宙速度是最大環繞速度。2、第一宇宙速度的定量計算(1)根據星球表面的重力加速度可計算它的第一宇宙速度，依據是mgm。(2)根據星球的近地衛星的

5、運動情況可計算它的第一宇宙速度，依據是Gm。典例1、某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經時間t后，物體以速率v落回手中。已知該星球的半徑為R，求該星球上的第一宇宙速度。典例2、2018年10月15日,我國在西昌衛星發射中心用“長征三號乙”運載火箭,以“一箭雙星”方式成功發射第三十九、四十顆北斗導航衛星。若其中一顆衛星入軌后繞地球做勻速圓周運動,其軌道半徑為r,周期為T,地球的半徑為R,則地球的第一宇宙速度為 (B)A.2RTB.42r3T2RC.42R3T2rD.22r3T2R3、人造地球衛星的軌道(1)橢圓軌道：地心位于橢圓的一個焦點上。(2)圓軌道：衛星繞地球做勻速圓周運動，衛星所需的

6、向心力由萬有引力提供，由于萬有引力指向地心，所以衛星的軌道圓心必然是地心，即衛星在以地心為圓心的軌道平面內繞地球做勻速圓周運動。4、地球同步衛星(1)定義：相對于地面靜止的衛星，又叫靜止衛星。(2)同步衛星的六個“一定”典例1、如圖所示,有關人造地球衛星軌道的正確說法有(C)A.a、b、c均可能是衛星軌道 B.衛星軌道只可能是aC.a、b均可能是衛星軌道 D.b可能是同步衛星的軌道2、(多選)關于人造地球衛星,下列說法正確的是(AC)A.由公式F=GMmr2知,衛星所受地球引力與其軌道半徑r的二次方成反比B.若衛星做勻速圓周運動,則衛星距地心越遠,角速度越大C.地球的所有同步衛星均在同一軌道上

7、運行 D.第一宇宙速度是發射衛星的最大發射速度五、課堂檢測與練習1、若在某行星和地球上相對于各自的水平地面附近相同的高度處、以相同的速率平拋一物體,它們在水平方向運動的距離之比為27。已知該行星質量約為地球的7倍,地球的半徑為R。由此可知,該行星的半徑約為(C)A.12RB.72RC.2RD.72R2如圖所示,在同一軌道平面上的幾顆人造地球衛星A、B、C,在某一時刻恰好在同一直線上,下列說法正確的是(C)A.根據v=gR,可知三顆衛星的線速度vAvBFBFCC.三顆衛星的向心加速度aAaBaCD.三顆衛星運行的角速度ABC3.同步地球衛星相對地面靜止不動,猶如懸在高空中,下列說法錯誤的是(A)

8、A.同步衛星處于平衡狀態 B.同步衛星的速率是唯一的C.各國的同步衛星都在同一圓周上運行 D.同步衛星加速度大小是唯一的4.設地球半徑為R,a為靜止在地球赤道上的一個物體,b為一顆近地繞地球做勻速圓周運動的人造衛星,c為地球的一顆同步衛星,其軌道半徑為r。下列說法中正確的是(D)A.a與c的線速度大小之比為rR B.a與c的線速度大小之比為RrC.b與c的周期之比為rR D.b與c的周期之比為RrRr5、(多選)如圖所示,宇宙飛船a在軌道1上飛行,空間站b和另外一顆衛星c在軌道2上運行,三個物體均沿逆時針方向轉動,則下列選項中正確的是(CD)A.若衛星c欲與空間站b對接,可以直接加速實現對接B

9、.若衛星c欲與宇宙飛船a對接,可以直接加速實現對接C.若飛船a要對空間站b進行物資補給,可以直接加速實現對接D.飛船a從軌道1切換到軌道2后,加速度將變小6、恒星演化發展到一定階段,可能成為恒星世界的“侏儒”中子星,中子星的半徑很小,一般為720 km,但它的密度大得驚人。若某中子星的密度為1.21017 kg/m3,半徑為10 km,那么該中子星的第一宇宙速度約為多少?(G=6.6710-11 Nm2/kg2)(結果保留兩位有效數字)【解析】中子星的第一宇宙速度即為它表面衛星的環繞速度,此時衛星的軌道半徑可近似認為是中子星的半徑,且中子星對衛星的萬有引力充當衛星的向心力,由GMmR2=mv2R,得v=GMR,又M=V=43R3,解得v=R4G3=110443.146.6710-111.210173m/s=5.8107 m/s=5.8104 km/s。答案:5.8104 km/s7、我國月球探測計劃“嫦娥工程”已經啟動多年,同學們也對月球有了更多的關注。有同學設計了如下問題,請你解答:若用g表示月球表面的重力加速度,用R表示月球的半徑,用h表示“嫦娥四號”衛星在環月圓軌道上離月球表面的距離。(1)試寫出“嫦娥四號”衛星進入環月圓軌道