6.5 宇宙航行 习题
知识点一、第一宇宙速度的计算
第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度，也是近地圆轨道上卫星的运行速度．计算第一宇宙速度有两种方法：
(1)由G Mm R 2＝m v 2
R
得：v ＝GM R
； (2)由mg ＝m v 2
R
得：v ＝gR. 【例题】1．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 ，求该星球上的第一宇宙速度．
针对练习1．(2014江苏)已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( )
A ．3.5 km/s
B ．5.0 km/s
C ．17.7 km/s
D ．35.2 km/s 小结：推导地球上第一宇宙速度的方法也可以推广运用到其他星球上去．即知道了某个星球的质量M 和半径R ，或该星球的半径R 及星球表面的重力加速度g ，可以用同样的方法，求得该星球上的第一宇宙速度．
知识点二、人造地球卫星
1．卫星轨道
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，地心位于椭圆的一个焦点
上，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意角度，如图所示．
2．人造地球卫星的线速度v 、角速度ω、周期T 、加速度a 与轨道半径r 的关系如下：
项目
推导式 关系式 结论 v 与r 的关系
G Mm r 2＝m v 2r v ＝GM r r 越大，v 越小 ω与r 的关系 G Mm r 2＝mrω2 ω＝
GM r 3
r 越大，ω越小
T 与r 的关系
G Mm r 2＝mr ????2πT 2 T ＝2πr 3GM r 越大，T 越大 a 与r 的关系 G Mm r 2＝ma a ＝GM r
2 r 越大，a 越小 心加速度越小．
【例题】2．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 ，地球表面的重力加速度为g ，则( )
A ．卫星运动的线速度为2Rg
B ．卫星运动的周期为4π
2R g C ．卫星的向心加速度为12g D ．卫星的角速度为12
g 2R
针对练习2．如图所示是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫
星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是( )
A ．根据v ＝gr ，可知v A B B ．根据万有引力定律，可知卫星所受地球引力F A >F B >F C C ．角速度ωA >ωB >ωC D ．向心加速度a A 针对练习3．(2013海南)“北斗”卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星(同步卫星)、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成．地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4倍．下列说法正确的是( ) A ．静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍 B ．静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的2倍 C ．静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的17 D ．静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的17 小结：(1)地球卫星的a 、v 、ω、T 由地球的质量M 和卫星的轨道半径r 决定，当r 确定后，卫星的a 、v 、ω、T 便确定了，与卫星的质量、形状等因素无关，俗称“一(r)定四(a 、v 、ω、T)定”． (2)在处理卫星的v 、ω、T 与半径r 的关系问题时，常用公式“gR 2＝GM ”来替换出地球的质量M 会使问题解决起来更方便． 知识点三、同步卫星 同步卫星是指相对于地面静止的卫星，又叫通讯卫星，其特点如下： (1)同步卫星的运行方向和地球自转方向一致； (2)同步卫星的运转周期和地球自转周期相同，即T ＝24 h ； (3)同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度； (4)所有的同步卫星都在赤道的正上方，因为要与地球同步，同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合； (5)同步卫星的高度固定不变，由G Mm (R＋h)2 ＝m 4π2 T2 (R＋h)，mg＝G Mm R2 ，得离地高度h＝ 3.6×104 km. 【例题】3．据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”于4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道．关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是() 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速度大小相等 针对练习4．我国发射的“中星2A”通信广播卫星是一颗地球同步卫星．在某次实验中，某飞船在空中飞行了36 h，环绕地球24圈．那么，该同步卫星与飞船在轨道上正常运转时相比较() A．同步卫星运转周期比飞船大B．同步卫星运转速率比飞船大 C．同步卫星运转加速度比飞船大D．同步卫星离地高度比飞船大 针对练习5．(2014天津)研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时．假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比() A．距地面的高度变大B．向心加速度变大 C．线速度变大D．角速度变大 小结：比较卫星运行参数的方法，利用结论“一定四定，越高越慢”判断． 知识点四、两个典型问题 1．卫星中的超、失重现象 (1)在卫星发射和回收过程中，具有向上的加速度，因此卫星中的物体处于超重状态(注意不是与物体在地面时所受重力相比)． (2)卫星进入轨道后，不论是圆周运动还是椭圆运动，卫星中的物体对其他物体不再有挤压或牵拉作用，处于完全失重状态，卫星中的仪器，凡是使用原理与重力有关的均不能使用． 2．卫星的发射速度与绕行速度 (1)发射速度是指将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度．要发射一颗人造卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度．因此，第一宇宙速度又是最小的发射速度．卫星离地面越高，卫星的发射速度越大，贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最小，其运行速度即第一宇宙速度． 知，卫星越高，半径越大，卫星的绕行速度(环绕速度)就越小． 【例题】4．关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法中正确的是() 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．进入轨道做匀速圆周运动时，产生失重现象 D．失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的 针对练习6．航天员王亚平在“神舟十号”飞船中进行了首次太空授课．下列关于飞船发射和在圆轨道上运行时的说法中，正确的是() A．飞船的发射速度和运行速度都等于7.9 km/s B．飞船的发射速度大于7.9 km/s，运行速度小于7.9 km/s C．飞船比同步卫星的发射速度和运行速度都大 D．王亚平空中授课中的水球实验是在发射过程进行的 针对练习7．地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星(高度忽略)所受的向心力为F2，向心加速度为a2，线速度为v2，角速度为ω2；地球同步卫星所受的向心力为F3，向心加速度为a3，线速度为v3，角速度为ω3.地球表面重力加速度为g，第一宇宙速度为v，假设三者质量相等，则() A．F1＝F2>F3B．a1＝a2＝g>a3 C．v1＝v2＝v>v3D．ω1＝ω3<ω2 小结：同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较 (1)相同点 ①都以地心为圆心做匀速圆周运动． ②同步卫星与赤道上的物体具有相同的周期和角速度． (2)不同点 ①同步卫星、近地卫星均由万有引力提供向心力；而赤道上的物体是万有引力的一个分力提供向心力． ，同步卫星的向心加速 ②三者的向心加速度各不相同．近地卫星的向心加速度a＝GM R2 度可用a＝GM 或a＝rω2求解，而赤道上物体的向心加速度只可用a＝Rω2求解．r2 ③三者的线速度大小也各不相同．近地卫星v ＝ GM R ＝gR ，同步卫星v ＝GM r ＝r·ω，而赤道上的物体v ＝R·ω. 知识点五、卫星变轨问题 卫星在运动中的“变轨”有两种情况：离心运动和向心运动．当万有引力恰好提供卫 星所需的向心力，即G Mm r 2＝m v 2 r 时，卫星做匀速圆周运动；当某时刻速度发生突变，所需的向心力也会发生突变，而突变瞬间万有引力不变． 1．制动变轨：卫星的速率变小时，使得万有引力大于所需向心力，即G Mm r 2>m v 2 r ，卫星做近心运动，轨道半径将变小．所以要使卫星的轨道半径变小，需开动反冲发动机使卫星做减速运动． 2．加速变轨：卫星的速率变大时，使得万有引力小于所需向心力，即G Mm r 2 r ，卫星做离心运动，轨道半径将变大．所以要使卫星的轨道半径变大，需开动反冲发动机使卫星做加速运动． 【例题】5．2013年12月10日21时20分，“嫦娥三号”发动机成功点 火，开始实施变轨控制，由距月面平均高度100 km 的环月轨道成功进入近月 点高度15 km 、远月点高度100 km 的椭圆轨道．关于“嫦娥三号”，下列说 法正确的是( ) A ．“嫦娥三号”的发射速度大于7.9 km/s B ．“嫦娥三号”在环月轨道上的运行周期大于在椭圆轨道上的运行周期 C ．“嫦娥三号”变轨前沿圆轨道运动的加速度大于变轨后通过椭圆轨道远月点时的加速度 D ．“嫦娥三号”变轨前需要先点火加速 针对练习8．在发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然 后再次点火进入椭圆形的过渡轨道2，最后将卫星送入同步轨道3.轨道1、 2相切于Q 点，2、3相切于P 点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常 运行时，以下说法正确的是( ) A ．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B ．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度 C ．卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度 D ．卫星在轨道3上的加速度小于在轨道1上的加速度 [随堂达标] 1．下列说法中正确的是( ) A ．经典力学适用于任何情况下的任何物体 B ．狭义相对论否定了经典力学 C ．量子力学能够描述微观粒子运动的规律性 D ．万有引力定律也适用于强相互作用力 2．关于第一宇宙速度，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 ．它是人造地球卫星在近地圆轨道上的绕行速度 C ．它是能使卫星进入近地圆轨道的最小发射速度 D ．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度 3．我国发射的“天宫一号”和“神舟八号”在对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为350 km ，“神舟八号”的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则( ) A ．“天宫一号”比“神舟八号”速度大 B ．“天宫一号”比“神舟八号”周期长 C ．“天宫一号”比“神舟八号”角速度大 D ．“天宫一号”比“神舟八号”加速度大 4．(2015山东)如图，拉格朗日点L 1位于地球和月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以相同的周期绕地球运动．据此， 科学家设想在拉格朗日点L 1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运 动．以a 1、a 2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a 3表示地球 同步卫星向心加速度的大小．以下判断正确的是( ) A ．a 2>a 3>a 1 B ．a 2>a 1>a 3 C ．a 3>a 1>a 2 D ．a 3>a 2>a 1 ★5．已知地球质量为M ，半径为R ，自转周期为T ，地球同步卫星质量为m ，引力常量为G .有关同步卫星，下列表述正确的是( ) A ．卫星距地面的高度为 3GMT 2 4π2 B ．卫星的运行速度小于第一宇宙速度 C ．卫星运行时受到的向心力大小为G Mm R 2 D ．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度 [课时作业] 1．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度线(非赤道)是共面同心圆 B ．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆 C ．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，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同心圆，但卫星相对地球表面是运动的 2．当人造卫星进入轨道做匀速圆周运动后，下列叙述正确的是( ) A ．在任何轨道上运动时，地球球心都在卫星的轨道平面内 B ．卫星运动速度一定等于7.9 km/s C ．卫星内的物体仍受重力作用，并可用弹簧测力计直接测出所受重力的大小 D ．因卫星处于完全失重状态，所以在卫星轨道处的重力加速度等于零 3．下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( ) A ．第一宇宙速度v 1＝7.9 km/s ，第二宇宙速度v 2＝11.2 km/s ，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v 1，小于v 2 B ．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度 C ．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 D ．第一宇宙速度7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度 4．探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比( ) A ．轨道半径变小 B ．向心加速度变小 C ．线速度变小 D ．角速度变小 5．若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为( ) A ．16 km/s B ．32 km/s C ．4 km/s D ．2 km/s 6．星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为第二宇宙速度．星球的第二宇宙速度v 2与第一宇宙速度v 1的关系是v 2＝2v 1.已知某星球的半径为r ，它表面的重力加速度为 地球表面重力加速度g 的16 .不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为( ) A ．gr B ．16gr C ． 13gr D ．13 gr 7．为了探测X 星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心，半径为r 1的圆轨道上运动，周期为T 1，总质量为m 1.随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r 2的圆轨道上运动，此时登陆舱的质量为m 2，则( ) A ．X 星球的质量为M ＝4π2r 31GT 21 B ．X 星球表面的重力加速度为g x ＝4π2r 1T 21 C ．登陆舱在r 1与r 2轨道上运动时的速度大小之比为v 1v 2＝m 1r 2m 2r 1 D ．登陆舱在半径为r 2轨道上做圆周运动的周期为T 2＝T 1r 32r 31 8．地球“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运行，其离地高度为同步卫星离地高度的十分之一，且运行方向与地球自转方向一致．关于该“空间站”的说法正确的有 ( ) A．运行的加速度一定等于其所在高度处的重力加速度 B．运行的速度等于同步卫星运行速度的10倍 C．站在地球赤道上的人观察到它向东运动 D．在“空间站”工作的宇航员因受力平衡而在其中悬浮或静止 9．我国自主研制的“嫦娥三号”，携带“玉兔”月球车已于2013年12月2日1时30分在西昌卫星发射中心发射升空，落月点有一个富有诗意的名字——“广寒宫”．若已知月球质量为m月，半径为R，引力常量为G，以下说法正确的是() A．若在月球上发射一颗绕月球做圆周运动的卫星，则最大运行速度为 R Gm月 B．若在月球上发射一颗绕月球做圆周运动的卫星，则最小周期为2π R Gm月 C．若在月球上以较小的初速度v0竖直上抛一个物体，则物体上升的最大高度为 R2v20 2Gm月 D．若在月球上以较小的初速度v0竖直上抛一个物体，则物体从抛出到落回抛出点所 用时间为R2v0 Gm月 ★10．宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，飞船为了追上轨道空间站完成对接，可采取的方法是() A．飞船加速直到追上空间站，完成对接 B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接 C．飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接 D．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接 11．人们认为某些白矮星(密度较大的恒星)每秒大约自转一周(万有引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，地球半径R约为6.4×103 km)． (1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不致由于快速转动被“甩”掉，它的密度至少为多少？ (2)设某白矮星密度约为此值，其半径等于地球半径，则它的第一宇宙速度约为多少？ ★12．如图所示，A是地球的同步卫星，另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h.已知地球半径为R，地球自转角速度为ω0，地球表面的重力加速度为g，O为地球中心． (1)求卫星B的运行周期； (2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相 距最近(O、B、A在同一直线上)，则至少经过多长时间，他们再一次相距最近？ 高中物理学习材料 （马鸣风萧萧**整理制作） 宇宙航行 同步练习 1.可以发射这样一颗人造地球卫星，使其圆轨道 （ ） A ．与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆 B ．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆 C ．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，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同心圆，但卫星相对地球表面是运动的 2．同步通信卫星相对于地面静止不动，犹如悬在高空中，下列说法中错误的是（ ） A. 各国的同步通信卫星都在同一圆周上运行 B. 同步通信卫星的速率是唯一的 C. 同步通信卫星处于平衡状态 D. 同步通信卫星加速度大小是唯一的 3. 对于人造地球卫星，可以判断 （ ） A ．根据gR v =，环绕速度随R 的增大而增大 B ．根据 r v = ω，当R 增大到原来的两倍时，卫星的角速度减小为原来的一半 C ．根据 2R GMm F =，当R 增大到原来的两倍时，卫星需要的向心力减小为原来的41 D ．根据 R mv F 2 =，当R 增大到原来的两倍时，卫星需要的向心力减小为原来的21 4．地球上有两位相距非常远的观察者，都发现自己的正上方有一颗人造地球卫星，相对自己静止不动，则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离可能是（ ） A ．一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离一定相等 B ．一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍 C ．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等 D ．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍 5．火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，他们的轨道近似为圆。已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比（ ） A ．火卫一距火星表面较近 B ．火卫二的角速度较大 C ．火卫一的运动速度较大 D ．火卫二的加向心速度较大 6．关于人造卫星，下列说法中可能的是（ ） A ．人造卫星环绕地球运行的速率是7.9 km/s 高中物理人教版必修2第六章万有引力与航天第5节宇宙航行同步练习C卷 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共6题；共12分) 1. （2分）同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星（） A . 它可以在地面上任一点的正上方，且离地心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上方，但离地心距离是一定的 C . 它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的 D . 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 【考点】 2. （2分） (2020高三上·安徽月考) 2020年6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第55颗北斗导航卫星，至此，北斗全球定位系统组网卫星部署圆满收官。北半系统星座由 （地球静止轨道）、（中圆地球轨道）、（倾斜地球同步轨道）三种轨道卫星组成，其中卫星和卫星轨道半径约为，卫星轨道半径为。关于北半导航卫星，下列说法正确的是（） A . 卫星在轨运行速度一定小于 B . 卫星相对地面是运动的，对应纬度是不停变化的，但对应经度是不变的 C . 卫星的线速度和卫星的线速度大小之比约 D . 卫星的向心加速度和卫星的向心加速度大小之比约为4∶9 【考点】 3. （2分）登上火星是人类的梦想，“嫦娥之父”欧阳自远透露：中国计划于2020年登陆火星。地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响。根据下表，火星和地球相比 A . 火星的公转周期较小 B . 火星做圆周运动的加速度较小 C . 火星表面的重力加速度较大 D . 火星的第一宇宙速度较大 【考点】 4. （2分） (2019高三上·哈尔滨月考) 2013年12月2日凌晨1时30分，嫦娥三号月球探测器搭载长征三号乙火箭发射升空,这是继2007年嫦娥一号、2010年嫦娥二号之后，我国发射的第3颗月球探测器，也是首颗月球软着陆探测器.嫦娥三号携带有一台无人月球车，重3吨多，是我国设计的最复杂的航天器.如图所示为其飞行轨道示意图，则下列说法正确的是（） A . 嫦娥三号在环月轨道2上运行周期比在环月轨道1上运行周期小 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。 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( ) 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 宇宙航行 (25分钟·60分) 一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分) 1.(2020·西城区高一检测)2019年10月11日,中国火星探测器首次公开亮相,暂命名为“火星一号”,计划于2020年发射,并实现火星的着陆巡视。已知火星的直径约为地球的53%,质量约为地球的11%,请通过估算判断以下说法正确的 是( ) A.火星表面的重力加速度小于9.8 m/s2 B.探测器在火星表面所受重力等于在地球表面所受重力 C.探测器在火星表面附近的环绕速度等于7.9 km/s D.火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度 【解析】选A。设火星质量为M0,半径为r,地球质量为M,半径为R,根据题意可知M0≈M,r≈R。根据黄金替代公式GM=gR2可得地球和火星表面重力加速度为g=,g0===·=g A.飞船在轨道Ⅱ上运动时,在P点的速度大于在Q点的速度 B.飞船在轨道Ⅰ上运动时,在P点的速度大于在轨道Ⅱ上运动时在P点的速度 C.飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度 D.若轨道Ⅰ贴近火星表面,测出飞船在轨道Ⅰ上运动的周期,就可以推知火星的密度 【解析】选B。轨道Ⅱ为椭圆,飞船在近地点速度大,远地点速度小,故在P点的速度大于在Q 点的速度,故A正确;飞船由轨道Ⅰ变为轨道Ⅱ时需在P点加速做离心运动,故在轨道Ⅰ上经过 P点的速度小于在轨道Ⅱ上经过P点的速度,故B错误;根据ma=G 有a=即加速度相同,故C正确;若轨道Ⅰ贴近火星表面,测出飞船在轨道Ⅰ上运动的周期T,由= ρ=,V=R3得ρ= 故D正确。 3.(多选)法籍意大利数学家拉格朗日在论文《三体问题》中指出:两个质量相差悬殊的天体(如太阳和地球)所在同一平面有5个特殊点,如图中的L1、L2、L3、L4、L5所示,若飞行器位于这些点上,会在太阳与地球引力共同作用下,可以几乎不消耗燃料而保持与地球同步绕太阳做圆周运动,人们称之为拉格朗日点。若发射一颗卫星定位于拉格朗日点L2,下列说法正确的是( ) A.该卫星绕太阳运动的周期和地球自转周期相等 B.该卫星在L2点处于平衡状态 §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 训练5宇宙航行 [基础题] 1．在现实生活中，下列关于绕地球运行的卫星的运动速度的说法中正确的是() A．一定等于7.9 km/s B．一定小于7.9 km/s C．大于或等于7.9 km/s，而小于11.2 km/s D．只需大于7.9 km/s 2．假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的() A. 2 倍B．1/ 2 倍C．1/2倍D．2倍 3．下列关于通讯卫星的说法中正确的是() A．为避免通讯卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上 B．通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有通讯卫星的周期都是24 h C．不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面上 D．不同通讯卫星运行的线速度大小是相同的，加速度的大小也是相同的 4．探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比() A．轨道半径变小 B．向心加速度变小 C．线速度变小 D．角速度变小 5．火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆．已知火卫一的周期为7小时39分，火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比() A．火卫一距离火星表面较近 B．火卫二的角速度较大 C．火卫一的运动速度较大 D．火卫二的向心加速度较大 6. 如图1所示，卫星A、B、C在相隔不远的不同轨道上，以地心为中心 做匀速圆周运动，且运动方向相同，若某时刻三颗卫星恰好在同一直 线上，则当卫星B经过一个周期时，下列关于三颗卫星的位置说法中正确的是图1 () A．三颗卫星的位置仍然在同一条直线上 B．卫星A位置超前于B，卫星C位置滞后于B C．卫星A位置滞后于B，卫星C位置超前于B D．由于缺少条件，无法确定它们的位置关系 7．关于近地卫星、同步卫星、赤道上的物体，以下说法正确的是() A．都是万有引力提供向心力 B．赤道上的物体和同步卫星的周期、线速度、角速度都相等 课时分层作业(十) 宇宙航行 (时间：40分钟分值：100分) 选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分) 1．下列关于第一宇宙速度的说法中正确的是( ) A．第一宇宙速度又称为逃逸速度 B．第一宇宙速度的数值是11.2 km/s C．第一宇宙速度的数值是7.9 km/s D．第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最小线速度 C [第三宇宙速度为16.7 km/s，也叫逃逸速度，故A错误；人造卫星在圆轨道上运行 时，运行速度v＝GM r ＝7.9 km/s，轨道半径越大，速度越小，故第一宇宙速度是卫星在圆 轨道上运行的最大线速度，最小发射速度，故B、D错误，C正确．] 2．如图所示的三颗人造地球卫星，下列说法正确的是( ) ①卫星可能的轨道为a、b、c②卫星可能的轨道为a、c③同步卫星可能的轨道为a、c④同步卫星可能的轨道为a A．①③是对的 B．②④是对的 C．②③是对的 D．①④是对的 B [卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度．但是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，所以地心必须是卫星圆轨道的圆心，因此卫星可能的轨道一定不会是b.同步卫星只能位于赤道的正上方，所以同步卫星可能的轨道为a.综上所述，正确选项为B．] 3．如图所示是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是( ) A ．根据v ＝gr 可知v A 物理公式大全 基本解释 用符号表示物理量，用式子表示几个物理量之间的关系。是物理规律的简洁反映。也是物理解题的关键 编辑本段英语翻译 Physics formula 编辑本段电磁辐射 介绍：微波辐射电磁能量，向空间传播，在任意距离r处的功率密度为：s=P/(4πr)^2, w/m^2，电视直播卫星的EIRP大约在15dBw左右，通常地面卫星电视的频率为4千兆或12千兆，接收天线口径分别为4千兆：1~3米，12千兆，0.5米就可以满足肉眼能够接受的图像（信噪比较好）。这是弱信号不会对人体造成伤害。微波炉也是电磁波能量加热食物，是大功率微波，与普通烧烤的区别是微波直接对内部加热，所以短时间就可以做熟，因此微波辐射的危害也是显而易见的，大家要小心，远离微波辐射源，包括手机要少用，住处远离有卫星上行发射功率的地球站，通常保持至少1000米距离，必要时窗户加装类似纱窗的金属屏蔽网。一、质点的运动（1）------直线运动1）匀变速直线运动 1.平均速度V平=x/t（定义式） 2.有用推论Vt^2-Vo^2=2ax 3.中间时刻速度Vt/2=V平=(Vt+V o)/2 4.末速度Vt=V o+at 5.中间位置速度Vx/2=[(V o^2+Vt^2)/2]^1/2 6.位移x=V平t=Vot+1/2at^2=Vo*t+(Vt-Vo)/2*t x=(Vt^2-Vo^2)/2a 7.加速度a=(Vt-Vo)/t （以Vo为正方向，a与Vo同向(加速)a>0；反向则a<0）8.实验用推论Δs=aT^2 （Δs为连续相邻相等时间(T)内位移之差）9.主要物理量及单位：初速度(V o):m/s；加速度(a):m/s^2；末速度(Vt):m/s；时间(t)秒(s)；位移(x):米（m）；路程：米；速度单位换算：1m/s=3.6km/h。注：(1)平均速度是矢量; (2)物体速度大,加速度不一定大; (3)a=(Vt-V o)/t只是量度式，不是决定式; (4)其它相关内容：质点、位移和路程、参考系、时间与时刻〔见第一册P19〕/s--t图、v--t 图/速度与速率、瞬时速度〔见第一册P24〕。2)自由落体运动 1.初速度Vo=0 2.末速度Vt=gt 3.下落高度h=gt方/2（从Vo位置向下计算） 4.推论Vt方;=2gh 注: (1)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，遵循匀变速直线运动规律；(2)a=g=9.8m/s2≈10m/s2（重力加速度在赤道附近较小，在高山处比平地小，方向竖直向下）。3)竖直上抛运动 1.位移x=Vot-(gt方2;)/2 2.末速度Vt=V o-gt （g=9.8m/s方≈10m/s方） 3.有用推论Vt方;-Vo方;=-2gs 4.上升最大高度Hmax=V o 方/2g(从抛出点算起） 5.往返时间t=2V o/g （从抛出落回原位置的时间）注：(1)全过程处理:是匀减速直线运动，以向上为正方向，加速度取负值；(2)分段处理：向上为匀减速直线运动，向下为自由落体运动，具有对称性；(3)上升与下落过程具有对称性,如在同点速度等值反向等。4)竖直下抛运动设初速度（即抛出速度）为Vo，因为a=g，取竖直向下的方向为正方向，则Vt=V o+gt S=V ot+0.5gt方二、质点的运动（2）----曲线运动、万有引力1)平抛运动 1.水平方向速度：Vx=V o 2.竖直方向速度：Vy=gt 3.水平方向位移：x=V ot 4.竖直方向位移：y=gt方/2 5. 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？ 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。 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？ 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？ 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。 高中物理《宇宙航行》教学设计 高中物理《宇宙航行》教学设计 一、预习目标： 预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。 二、预习内容 1、发射人造地球卫星的最初构想是什么？ 2、第一宇宙速度的计算方法有几种？ 3、你对我国的航空航天知识了解多少？ 课内探究学案 一、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。 学习重难点： （1）第一宇宙速度的推导； （2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别； 二、学习过程 1、抛物演示实验：学生观察落地点的变化，落地点为什么会变化？ 2、牛顿的思考与设想： 3、问题的提出：人造卫星为什么不掉下来，人造卫星的线速度有多大。 三、方法步骤： 学生活动：分组讨论，得出结论。 1、由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球的引力（即重力），用来充当绕地运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来。 2、由平抛物体的运动规律知： x=v0t① h=② 联立①、②可得：x=v0 即物体飞行的水平距离和初速度v0及竖直高度h有关，在竖直高度相同的情况下，水平距离的大小只与初速度v0有关，水平初速度越大，飞行的越远。 3、当平抛的水平初速度足够大时，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。 学生活动：阅读课文，找出相应答案。 1、卫星绕地球运转时做匀速圆周运动，此时的动力学方程是：G 2、向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。 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。 一、多选题 人教版 必修二 高一（下 ）第六章 5.宇宙航行 强化练习 1. 关于地球的第一宇宙速度，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 2. 第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度，则有( ) A．被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大 B．被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大 C．第一宇宙速度与被发射物体的质量无关 D．第一宇宙速度与地球的质量有关 3. 假如一个做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动则： A．根据公式，可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍 B ．根据公式可知，卫星所需的向心力将减小到原来的1／2 C ．根据公式可知，地球提供的向心力将减小到原来的1／4 D．根据上述选项B和C 中给出的公式，可知卫星运动的线速度将减小到原来的 二、单选题4. 北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星．关于这些卫星，以下说法正确的是 A ．5颗同步卫星的轨道半径都相同 B ．5颗同步卫星的运行轨道必定在同一平面内 C ．导航系统所有卫星的运行速度一定大于第一宇宙速度 D ．导航系统所有卫星中，运行轨道半径越大的，周期越小 5. 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（ ） A ． 16 B ． 32 C ．D ． 6. 已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为（ ） A ．3.5km/s B ．5.0km/s C ．17.7km/s D ．35.2km/s 7. 如图是某位同学设想的人造地球卫星轨道(卫星发动机关闭)，其中不可能的是( ) A ． B ． C ． D ． 8. 关于地球同步卫星的说法正确的是( ) A ．所有地球同步卫星一定在赤道上空 B ．不同的地球同步卫星，离地高度不同 C ．不同的地球同步卫星的向心加速度大小不相等人教版高中物理必修二宇宙航行同步练习(2)
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