物理6.5《宇宙航行》随堂学案(新人教版必修2)

第5节宇宙航行{课前感知}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。

{即讲即练}，得想追上同轨道上的空间站，直接加速会导致飞船轨道半径增大，由上式知飞船在一个新轨道上运行的速度比空间站的速度小，无法对接，故若先减速，它的轨道半径减小，但速度增大了，故上的速率大于在轨道上的角速度小于在轨道上经过Q点时的加速度大于它在轨点时的加速度的小发动机向前喷气，使的小发动机向后喷气，使的小发动机向前喷气，使图7-5-1图7-5-2图7-5-3时，减小为原来的【答案】【答案】{超越课堂}〖基础巩固〗1.关于地球的第一宇宙速度，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速度 D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度2.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.进入轨道时做匀速圆周运动，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3.同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下面说法中正确的是 ( ) 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数值 B.它可以在地面上任一点的正上方，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数值 D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的4.关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，以下判断正确的是 ( ) A.同一轨道上，质量大的卫星线速度大 B.同一轨道上，质量大的卫星向心加速度大 C.离地面越近的卫星线速度越大 D.离地面越远的卫星线速度越大5.2003年8月29日，火星、地球和太阳处于三点一线，上演“火星冲日”的天象奇观。

5 宇宙航行学习目标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.培养学生探究问题的热情,乐于学习的品质.自主探究1.牛顿关于发射人造地球卫星的构想:地球对周围的物体有的作用,因而抛出的物体要.但是抛出的初速度越大,物体就会飞得越.当速度足够大时,物体就不会落回地面,将围绕地球运转,成为一颗绕地球运动的.2.物体在地面附近绕地球做的速度,叫做第一宇宙速度.3.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,这时的发射速度叫做第二宇宙速度.4.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,这时的发射速度叫做第三宇宙速度.5.1957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为.1969年7月20日,人类成功登上月球.2003年10月15日,我国成功发射神舟五号载人飞船,把中国第一位航天员送入太空.合作探究一、牛顿的猜想二、宇宙速度1.第一宇宙速度推导:【想一想】有没有其他方法推导地球的第一宇宙速度?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,公式为=ma===;①a=,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;②ω=,随着轨道半径的增大,卫星的角速度;③T=,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;④v=,随着轨道半径的增大,卫星线速度;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.2.第二宇宙速度3.第三宇宙速度三、梦想成真同步卫星的特点:课堂检测1.据媒体报道,嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道,轨道高度200km,运行周期127分钟.若还知道引力常量和月球平均半径,仅利用以上条件不能求出的是( )A.月球表面的重力加速度B.月球对卫星的吸引力C.卫星绕月球运行的速度D.卫星绕月球运行的加速度2.1990年4月25日,科学家将哈勃天文望远镜送上距地球表面约600km的高空,使得人类对宇宙中星体的观测与研究有了极大的进展.假设哈勃望远镜沿圆轨道绕地球运行.已知地球半径为6.4×106m,利用地球同步卫星与地球表面的距离为3.6×107m这一事实可得到哈勃望远镜绕地球运行的周期.以下数据中最接近其运行周期的是( )A.0.6小时B.1.6小时C.4.0小时D.24小时3.火星的质量和半径分别约为地球的110和12,地球表面的重力加速度为g,则火星表面的重力加速度约为( )A.0.2gB.0.4gC.2.5gD.5g4.“嫦娥一号奔月”示意图如图所示,卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨,进入地月转移轨道,最终被月球引力捕获,成为绕月卫星,并开展对月球的探测,下列说法正确的是( )A.发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度B.在绕月圆轨道上,卫星周期与卫星质量有关C.卫星受月球的引力与它到月球中心距离的二次方成反比D.在绕月轨道上,卫星受地球的引力大于受月球的引力5.现有两颗绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星A和B,它们的轨道半径分别为r A和r B.如果r A<r B,则下列说法不正确的是( )A.卫星A的运行周期比卫星B的运行周期大B.卫星A的线速度比卫星B的线速度大C.卫星A的角速度比卫星B的角速度大D.卫星A的加速度比卫星B的加速度大6.假设太阳系中天体的密度不变,天体直径和天体之间距离都缩小到原来的一半,地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动,则下列物理量变化正确的是( )A.地球的向心力变为缩小前的一半B.地球的向心力变为缩小前的116C.地球绕太阳公转周期与缩小前的相同D.地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半7.天文学家发现了某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动,并测出了行星的轨道半径和运行周期.由此可推算出( )A.行星的质量B.行星的半径C.恒星的质量D.恒星的半径8.据报道,在太阳系外发现了首颗“宜居”行星,其质量约为地球质量的6.4倍,一个在地球表面重力为600N 的人在这个行星表面的重力将变为960N,由此可推知该行星的半径与地球半径之比约为( )A.0.5B.2C.3.2D.49.2007年4月24日,欧洲科学家宣布在太阳之外发现了一颗可能适合人类居住的类地行星Gliese581c .这颗围绕红矮星Gliese581运行的星球有类似地球的温度,表面可能有液态水存在,距离地球约为20光年,直径约为地球的1.5倍,质量约为地球的5倍,绕红矮星Gliese581运行的周期约为13天.假设有一艘宇宙飞船飞临该星球表面附近轨道,下列说法正确的是( )A.飞船在Gliese581c 表面附近运行的周期约为13天B.飞船在Gliese581c 表面附近运行时的速度大于7.9km/sC.人在Gliese581c 上所受重力比在地球上所受重力大D.Gliese581c 的平均密度比地球平均密度小10.我国绕月探测工程的预先研究和工程实施已取得重要进展.设地球、月球的质量分别为m 1、m 2,半径分别为R 1、R 2,人造地球卫星的第一宇宙速度为v ,对应的环绕周期为T ,则环绕月球表面附近圆轨道飞行的探测器的速度和周期分别为( )A.√21m 1m 2v ,√m 1m 23m 2m 13TB.√12m 2m 1v ,√m 2m 13m 1m 23TC.√m 2m 1m 1m 2v ,√m 2m 13m 1m 23TD.√m 1m 2m 2m 1v ,√m 1m 23m 2m 13T 11.1990年5月,紫金山天文台将他们发现的第2752号小行星命名为吴健雄星,该小行星的半径为16km .若将此小行星和地球均看成质量分布均匀的球体,小行星密度与地球相同.已知地球半径R=6400km,地球表面重力加速度为g.这个小行星表面的重力加速度为( )A.400gB.1400gC.20gD.120g 12.若人造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参考答案【巩固训练】v 1=v 3>v 2=v 4 ω1=ω3>ω2=ω4 T 1=T 3<T 2=T 4 a 1=a 3>a 2=a 41.ABD2.风云二号 风云一号 风云一号 当天晚上8点 自主探究1.万有引力 落回地面 远 人造卫星2.匀速圆周3.11.2 地球4.16.7 太阳5.苏联 96min 杨利伟 合作探究二、宇宙速度1.第一宇宙速度:推导:因为mmm m 2=mm 2m ,所以v=√mm m=7.9km/s 想一想:因为mmm m 2=mg ,mg=mm 2m ,所以v=√mm mmm m 2 mm 2mmω2r m 4π2r m 2 ①mm m 2 ②√mm m 3 减小 ③√4π2m 3mm 增大 ④√mm m 减小最小的发射速度 最大2.第二宇宙速度:使物体挣脱地球引力的束缚,不再绕地球运行,从地面发射所需的最小速度叫作第二宇宙速度.当物体的发射速度7.9km/s <v<11.2km/s 时,物体绕地球运动.3.第三宇宙速度:使物体挣脱太阳引力的束缚而飞离太阳系,从地面发射所需的最小速度叫作第三宇宙速度.16.7km/s .当物体的发射速度11.2km/s <v<16.7km/s 时,物体绕太阳运动.三、梦想成真同步卫星的特点:1.同步卫星的运行方向与地球自转方向一致.2.同步卫星的运转周期与地球自转周期相同.(T=24h)3.同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度.(ω=ω0)4.同步卫星的轨道平面均在赤道平面上,即所有的同步卫星都在赤道的正上方.5.同步卫星高度固定不变. 课堂检测1.B2.B3.B4.C5.A6.BC7.C8.B9.BC 10.A 11.B 12.BD。

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5 宇宙航行学习目标1.会分析人造地球卫星的受力和运动情况。

会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。

2.知道三个宇宙速度的含义和数值,会推导第一宇宙速度。

考试要求学考选考c c一、宇宙速度1。

牛顿的设想：如图1所示,把物体水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动,成为人造地球卫星。

图1原理：一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力提供，即G错误!＝m错误!，则卫星在轨道上运行的线速度v＝错误!.2.三个宇宙速度数值意义第一宇宙速度7.9 km/s卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度11.2km/s使卫星挣脱地球引力束缚永远离开地球的最小地面发射速度第三宇宙速度16.7km/s使卫星挣脱太阳引力束缚飞到太阳系外的最小地面发射速度二、梦想成真1。

1957年10月4日苏联成功发射了第一颗人造地球卫星。

2.1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入“东方一号”载人飞船，铸就了人类进入太空的丰碑.3.1969年7月，美国“阿波罗11号”飞船登上月球。

4。

2003年10月15日，我国“神舟五号”宇宙飞船发射成功，把中国第一位航天员杨利伟送入太空.判断下列说法的正误。

6.5 《宇宙航行》学案【课标要求】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。

3．理解卫星的运行速度与轨道半径的关系。

【重点难点】1． 第一宇宙速度的推导。

2．运行速率与轨道半径之间的关系。

【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。

第一宇宙速度，是发射卫星的________速度，同时也是卫星绕地球做匀速圆周运动时的________速度。

3 .①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 。

②世界上第一艘载人飞船是1961年4月12日在 发送成功，飞船绕地球一圈历时 。

③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。

④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。

成为中国登上太空的第一人。

[探究与生成][问题1] 人造卫星[教师点拨]1.在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终都要落回到地面. 由平抛物体的运动规律知：x =v 0t …………………..①，t=g h 2 ……………………….②。

联立①、②可得：x =v 0gh 2，即物体飞行的水平距离和初速度v 0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v 0有关，水平初速度越大，飞行的越远.2.如果在地面上抛出一个物体时的速度足够大，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.3. 月球也要受到地球引力的作用，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.牛顿曾依据平抛现象猜想了卫星的发射原理，但他没有看到他的猜想得以实现.今天，我们的科学家们把牛顿的猜想变成了现实.例1．宇航员站在一星球表面上某高处，沿水平方向抛出一个小球，经过时间小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为，若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为．已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为，万有引力常量为．求该星球的质量.【解析】要建立清晰的物理情景，理清解题思路，根据力学知识求出两者的联系量:重力加速度．设抛出点的高度为h ，第一次水平位移为x ，则有x 2+h 2=L 2， 第二次平抛过程有2 解得 ,设该行星表面上重力加速度为g ，由平抛运动规律得： , 由万有引力定律与牛顿第二定律得： 联立以上各式可解得求解力学知识和万有引力定律综合问题的方法：由万有引力和重力的关系求其他的物理量．【拓展与分享】.某星球的质量约为地球的9倍，半球约为地球的一半，若从地球表面上高h 处平抛一物体，射程x 为60 ｍ，则在该星球表面上，从同样高度，以同样的初速度平抛同一物体，射程应为多少？【思路分析】已知抛出点的高度为h ，设水平初速度为v 0，在星球上的水平距离为x '，星球表面的重力加速度为g 星，则有星g h 2v x 0='，又由星星星g 2=R GM 得，6x h 261hR 2v x 220==='地地星星GM R GM ,由已知条件可得在星球上的射程为10m 。

6.5 宇宙航行 学案（人教版必修2）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 /sB ．等于或小于7.9 km /sC ．一定大于7.9 km /sD ．介于7.9 km /s ～11.2 km /s6．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 r2，可知地球提供的向心力将 减小到原来的14④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 22A ．①③B ．②③C ．②④D ．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( )A ．7.9 km /sB ．16.7 km /sC ．2.9×104 km /sD ．5.8×104 km /s知识点二 人造地球卫星的运行规律3．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R ，线速度为v ，周期为T ，若使该 卫星的周期变为2T ，可行的办法是( )A ．R 不变，线速度变为v 2B ．v 不变，使轨道半径变为2RC ．轨道半径变为34RD ．v 不变，使轨道半径变为R 24．在圆轨道上运动的质量为m 的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R ，地 面上的重力加速度为g ，求：(1)卫星运动的线速度；(2)卫星运动的周期．知识点三 地球同步卫星5．关于地球同步卫星，下列说法正确的是( )A ．它的周期与地球自转周期相同B ．它的周期、高度、速度大小都是一定的C ．我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空D ．我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空6．据报道，我国的数据中继卫星“天链一号01星”于2008年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 /sB ．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【方法技巧练】卫星变轨问题的分析方法7．发射地球同步卫星时，图1先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将 卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，如图1所示，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上的角速度小于在轨道1上的角速度C ．卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度大于它在轨道2上经过Q 点时的加速度D ．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8．宇宙飞船在轨道上运行，由于地面指挥人员发现某一火箭残体的轨道与飞船轨道有一 交点，通知宇航员某一时间飞船有可能与火箭残体相遇．宇航员随即开动飞船上的发动 机使飞船加速，脱离原轨道，关于飞船的运动，下列说法正确的是( )A ．飞船高度降低B ．飞船高度升高C ．飞船周期变小D ．飞船的向心加速度变大参考答案课前预习练1．近地轨道 最大环绕 最小 7.9 km/s2．地球引力 引力 11.2 km/s3．引力 太阳系 16.7 km/s4．引力 m v 2r mω2r m (2πT )2r GM rGM r 32πr 3GM5．B 6．BC [第一宇宙速度是指卫星围绕天体表面做匀速圆周运动的线速度，满足关系G Mm R2＝m v 2R ，即v ＝GM R，且由该式知，它是最大的环绕速度；卫星发射得越高，需要的发射速度越大，故第一宇宙速度等于最小发射速度的数值，因此B 、C 正确．]7．D [人造卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供，由F ＝G Mm r2知轨道半径增大到原来的2倍，地球提供的向心力等于卫星所需的向心力，将变为原来的14，②错误，③正确；由G Mm r 2＝m v 2r 得v ＝ GM r知r 增加到原来的2倍时，速度变为原来的22，①错误，④正确，故D 正确．] 课堂探究练1．A [第一宇宙速度又叫环绕速度，A 对，B 错．根据G Mm R 2＝m v 2R可知环绕速度与地球的质量和半径有关，C 、D 错．]2．D [中子星上的第一宇宙速度即为它表面处的卫星的环绕速度，此时卫星的轨道半径近似地认为是该中子星的半径，且中子星对卫星的万有引力充当向心力，由G Mm r 2＝m v 2r， 得v ＝ GM r ，又M ＝ρV ＝ρ4πr 33，得v ＝r 4πGρ3＝ 1×104×4×3.14×6.67×10－11×1.2×10173m/s ＝5.8×107 m/s.] 点评 第一宇宙速度是卫星紧贴星球表面运行时的环绕速度，由卫星所受万有引力充当向心力即G Mm r 2＝m v 2r 便可求得v ＝GM r. 3．C [由GMm R 2＝mR 4π2T 2得，T ＝4π2R 3GM ＝2πR 3GM ，所以T ′＝2T ＝2πR ′3GM，解得R ′＝34R ，故选C.]4．(1)gR 2 (2)4π2R g解析 (1)人造地球卫星受地球的引力提供向心力，则GMm (2R )2＝m v 22R在地面，物体所受重力等于万有引力，GMm R2＝mg 两式联立解得v ＝gR 2. (2)T ＝2πr v ＝2π·2R gR 2＝4π2R g . 5．ABD 6．BC [由题意知，定点后的“天链一号01星”是同步卫星，即T ＝24 h ．由GMm r 2＝m v 2r＝mω2r ＝m 4π2T 2r ＝ma ，得：v ＝GM r ，运行速度应小于第一宇宙速度，A 错误．r ＝3GMT 24π2，由于T 一定，故r 一定，所以离地高度一定，B 正确．由ω＝2πT，T 同<T 月，ω同>ω月，C 正确．a ＝rω2＝r (2πT)2.赤道上物体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，故赤道上物体的向心加速度小于同步卫星的向心加速度，D 错误．]7．BD [本题主要考查人造地球卫星的运动，尤其是考查了地球同步卫星的发射过程，对考生理解物理模型有很高的要求．由G Mm r 2＝m v 2r 得，v ＝ GM r .因为r 3>r 1，所以v 3<v 1.由G Mm r 2＝mω2r 得，ω＝GM r 3.因为r 3>r 1，所以ω3<ω1.卫星在轨道1上经Q 点时的加速度为地球引力产生的加速度，而在轨道2上经过Q 点时，也只有地球引力产生加速度，故应相等．同理，卫星在轨道2上经P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度．]8．B [当宇宙飞船加速时，它所需向心力增大，因此飞船做离心运动，轨道半径增大，由此知A 错误，B 正确；由式子T ＝2πr 3GM 可知，r 增大，T 增大，故C 错误；由于a ＝GM r2，r 增大，a 变小，D 错误．]高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。

§6、5宇宙航行【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、记住三个宇宙速度的含义和数值3、了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点、卫星变轨问题【重难点】重点：第一宇宙速度的推导过程和方法难点：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预习案【自主学习】------大胆试1、第一宇宙速度的表达式为____________和____________，其大小为____________；第二宇宙速度的大小为____________；第三宇宙速度的大小为____________。

2、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引=F向，公式为：___________=ma=_________=_____ __=____ ___课堂探究案【合作探究】------我参与探究点一、宇宙速度1、16世纪牛顿就曾思考过这样一个问题：从地球的高山上将物体水平抛出，速度越大，落地点就。

如果抛出的速度足够大，物体就不再落回地面，它将运动，成为一颗。

【例题】1. 设地球质量为M，半径为R，求以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？请你用万有引力的有关知识把它听得懂 会做题 想明白 讲清楚 能命题 - 2 -8 一题多解 一题多变 多题一解算出来，要求写出计算步骤和结果。

（M=,kg 1098.524⨯ R=m 6104.6⨯）。

【例题】2.宇宙第一速度的另一种推导方法：在地面附近，万有引力近似等于重力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力。

【知识扩展】第一宇宙速度也叫环绕速度，是发射人造地球卫星所必须达到的最 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。

2、第二宇宙速度，大小： 。

意义：使卫星挣脱 的束缚，成为绕 运行的人造行星的最小发射速度，也称为逃逸速度。

高中物理6.5《宇宙航行》教学设计2新人教版必修2第5节宇宙航行新课教学1、宇宙速度教师活动：请同学们阅读课文第一自然段，同时思考下列问题［投影出示］：1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？2、什么叫人造地球卫星？学生活动：阅读课文，从课文中找出相应的答案。

1、在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终都要落回到地面。

2、如果在地面上抛出一个物体时的速度足够大，那么它将不再落回地面，而成为一个绕地球运转的卫星，这个物体此时就可认为是一颗人造地球卫星。

教师活动：引导学生深入探究1、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？2、物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系?3、若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？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=v0t①h= 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。

教师活动：总结、点评。

课件演示《人造卫星发射原理图》：平抛物体的速度逐渐增大，飞行距离也跟着增大，当速度足够大时，成为一颗绕地运转的卫星。

牛顿曾依据平抛现象猜想了卫星的发射原理，但他没有看到他的猜想得以实现。

今天，我们的科学家们把牛顿的猜想变成了现实。

教师活动：［过渡语］从上面学习可知，当平抛物体的初速度足够大时就可成为卫星。

那么，大到什么程度就叫足够大了呢？下面我们来讨论这一个问题。

请同学们阅读教材有关内容，同时考虑下面几个问题［投影出示］：1.卫星环绕地球运转的动力学方程是什么？2.为什么向高轨道发射卫星比向低轨道发射要困难？3.什么叫第一宇宙速度？什么叫第二宇宙速度？什么叫第三宇宙速度？学生活动：阅读课文，找出相应答案。

（教材全解）2013-2014学年高中物理第6章第5节宇宙航行课时学案新人教版必修2学习目标1.了解人造地球卫星的运行特点；2.学会处理涉及人造地球卫星运动的问题；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.感受人类对客观世界不断探索的精神和情感。

自主学习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.第一宇宙速度是物体在绕地球做匀速圆周运动的速度，大小为 km/s，第一宇宙速度是卫星的环绕速度，也是发射卫星的速度。

3.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 km/s，又叫速度。

4.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 km/s，又叫速度。

5.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== = = ，由此可得v= ，ω= ，a= ,T= 。

自我检测1.关于第一宇宙速度，下列说法正确的是（）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地球卫星的运行速度C.它是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在远地点的速度2.同步卫星是与地球自转同步的卫星，它的周期T=24 h。

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3.2004年10月19日，中国第一颗业务型同步气象卫星——“风云二号C”发射升空，并进入预定轨道。

下列关于这颗卫星在轨道上运行的描述，正确的是（）A.速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间B.周期小于地球自转周期C.加速度小于地面重力加速度D.处于平衡状态课内探究一、宇宙速度1.抛出的石头会落地，为什么飞船及卫星会绕地球运动呢？2.平抛物体的初速度满足什么条件时，物体就不再落回地面？3.7.9 km/s是否是人造地球卫星绕地球运行的最小速度？4.人造地球卫星的v、ω、T、a与r的关系？卫星的运行速度：卫星的角速度：卫星的周期：卫星的向心加速度：例1在圆轨道上运行的质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，则下列说法中正确的是（）A.卫星运行的速度为B.卫星运行的周期为4πC.卫星的加速度为gD.卫星的加速度为g例2有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比∶=4∶1,则（1）卫星的线速度之比和角速度之比；（2）卫星的周期之比；（3）卫星的向心加速度之比。

6.5 宇宙航行教学目标一、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。

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。

教学难点卫星的发射速度与运行速度的关系。

教学过程一、导入新课通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。

然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。

本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行的。

（利用幻灯片，向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。

）二、新课教学（一）宇宙速度1. 第一宇宙速度①推导：问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km 。

分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。

由万有引力提供向心力： 22=Mm v G m R R，得：v =又∵2Mm mg G R =∴7.9km /s ==ν结论：如果发射速度小于7.9km/s ，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s ，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s 。

6.5 宇宙航行（学案）一、学习目标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。

二、课前预习1、设天体A绕天体B做匀速圆周运动，则天体A的线速度、角速度、周期及加速度的大小分别由哪些量决定？2、请大家看下面的几条卫星轨道，试判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的？并总结A3度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。

如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。

如图。

请你替牛顿算一算，需要多大的速度物体才能不落回地球，而是像卫星一样绕地球做匀速圆周运动？4、为什么抛出速度小于7.9km/s时物体会落到地面上，而不会做匀速圆周运动呢？5、如果抛出速度大于7.9km/s呢？6、第一宇宙速度，第二宇宙速度（逃逸速度），第三宇宙速度。

当抛出速度v满足7.9km/s<v<11.2km/s时，物体将；当抛出速度v满足11.2km/s≤v<16.7km/s时，物体将；当抛出速度v满足16.7km/s≤v时，物体将。

7、大家可记得在别的什么地方我们也接触到了7.9km/s这个速度啊？请同学们好好回忆一下。

8、通过刚才的计算我们知道7.9km/s的速度是卫星在地球表面运动时的速度，即近地卫星的速度。

实际应用中的近地卫星在100～200km的高度飞行，与地球半径6400km相比，完全可以说是在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离r即轨道半径。

9、比近地轨道外层轨道上的卫星的线速度与7.9km/s相比是大还是小呢？10、如果要将卫星发现到外层轨道，发射速度应该比7.9km/s大还是小呢？11、发射速度：；运动速度（环绕速度）。

12、①如右图，四颗均绕地球做匀速圆周运动，方向为逆时针方向。

如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？②假设某卫星正在地面附近绕地球做匀速圆周运动，速度是7.9km/s。

现要想该卫星进入外层轨道，如何操作？③在牛顿抛物设想中，当抛出速度v满足7.9km/s<v<11.2km/s时，物体做什么运动？13、第一宇宙速度是（“最大”或“最小”）的环绕速度，同时也是的发射速度。

6.5 宇宙航行第1课时导学案【考点要求】环绕速度（Ⅱ）；第二宇宙速度和第三宇宙速度（Ⅰ）【教学目标】了解人造卫星的有关知识；知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度；能讨论人造卫星的速度、角速度、周期等与轨道半径的关系；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.(阅读教材P44-45，不看不做)（一）宇宙速度1、第一宇宙速度的大小为__________,它是卫星________的环绕速度，也是卫星发射的_________速度；2、第二宇宙速度的大小为_______,它又叫脱离速度，它表示的意思为：当发射速度_____时，就会克服______的引力，离开地球，成为绕_______飞行的人造卫星或飞到其他星球上。

3、第三宇宙速度又叫逃逸速度，大小为________,它表示为当发射速度大于_____时，物体会挣脱_______的束缚，飞到太阳系外。

（二）梦想成真1、世界上第一颗人造卫星是在什么时间由哪个国家发射成功的？2.在哪一年我国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家？我国第一位被送上太空的宇航员叫什么名字？一、宇宙速度第一宇宙速度：①设地球质量为M，半径为R。

人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。

那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算？②若2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-，kg M 241098.5⨯=，m R 6104.6⨯=，则当卫星在地面附近飞行时的速度为：第二宇宙速度：第三宇宙速度：二、人造卫星[说一说]：如何正确的理解人造卫星的运行规律？1、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，2、同步卫星：其特点是：①周期_____地球自转周期；T=24h; ②角速度_____地球自转角速度；③轨道平面与赤道平面______; ④所有同步卫星的轨道半径都______,他们距地面的高度_______，即他们处在______轨道上；3、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，公式为：___________=ma=__________=____________=____________;①a=__________,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； ②v=__________,随着轨道半径的增大，卫星线速度 ______ ；③w=__________,随着轨道半径的增大，卫星的角速度_____ ；④T=__________,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84.4min ，其他卫星的周期都大于这个数值；[试一试]：例1.如图所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆轨道上的三颗卫星，a 、b 的质量相等且小于c 的质量，则 （ ）A 、b 所需的向心力最小；B 、b 、c 的周期相同且大于a 的周期；C、b、c的向心加速度大小相等，且大于a的加速度；D、b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度；例2.假如一做匀速圆周运动的人造卫星的轨道半径增加到原来的2倍，仍做匀速圆周运动，则（）A、根据公式v=rw可知卫星的线速度增加为原来的2倍；B、根据公式F=mv2/r可知卫星所需的向心力将减小到原来的1/2;C、根据公式F=GMm/r2可知地球提供的向心力将减为原来的1/4;D、根据上面B、C中的公式，卫星运行的线速度将减小为原来的2/2；例3.地球和月球的质量之比为81：1，半径之比为4：1，求：（1）地球和月球表面的重力加速度之比？（2）在地球上和月球上发射卫星所需要的最小速度之比？4、所有卫星的轨道平面都应 ____5、人造卫星的超重与失重①人造卫星在发射，有一段加速运动；在返回时，有一段减速运动，这两个过程的加速度方向都是向上的，因而是_________状态；②卫星在沿圆轨道运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于_________状态；因而与重力有关的仪器均不能使用，与重力有关的实验不能进行。

5．宇宙航行[学习目标] 1。

知道三个宇宙速度的含义和数值，会计算第一宇宙速度.(重点)２.掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．(重点) 3.理解近地卫星、同步卫星的区别.(难点) ４。

掌握卫星的变轨问题．（难点)一、人造地球卫星1．人造地球卫星的发射及原理(1）牛顿设想:如图甲所示,当物体被抛出的速度足够大时,它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星．甲乙(２）发射过程简介:如图乙所示,发射人造地球卫星,一般使用三级火箭,最后一级火箭脱离时,卫星的速度称为发射速度,使卫星进入地球轨道的过程也大致为三个阶段．２．动力学特点一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供.３．卫星环绕地球运动的规律由Ｇ错误!＝m错误!未定义书签。

可得v＝错误!未定义书签。

二、宇宙速度1.三种宇宙速度1957年10月,苏联成功发射了第一颗人造地球卫星.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.2０１０年10月１日,我国的“嫦娥二号"探月卫星发射成功．2０13年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功．1.思考判断(正确的打“√"，错误的打“×”）（１）发射人造地球卫星需要足够大的速度．（√)(2)卫星绕地球运行不需要力的作用．ﻩ(×）(3）卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大．ﻩ(×）（4)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是１０ｋm/s.（×）(5)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是７。

9 ｋｍ/s。

(√）２．中国计划于2０2０年发射火星探测器，探测器发射升空后首先绕太阳转动一段时间再调整轨道飞向火星.火星探测器的发射速度(）A.等于7．９ｍ/sＢ．大于16。

7 m/sC．大于7.９ m/s且小于１１。

2 m/sD．大于11。

2m/ｓ且小于 16.7 m／sD[第一宇宙速度为7。

6.5宇宙航行第 2 课时 导教案【考点要求】万有引力定律及其应用（Ⅱ）【教课目的】会剖析卫星 ( 或飞船 ) 的变轨问题；掌握双星的运动特色及其问题的剖析方法．( 阅读教材 P44-45 ，不看不做 )线速度、角速度、周期、向心加快度与半径的关系：由 GMmmv 2得 v =，故有 r 越大， v 越 。

r 2r由 GMmm2 r得 ω=，故有 r 越大， ω 越。

r 2由 GMmm 4 2r 得 T =， 故有 r 越大， T 越。

r 2T 2由 GMmma n ，得 a n =，故有 r 越大， a n 越。

r 2一、卫星变轨当卫星因为某种原由速度忽然改变时 （开启或封闭发动机或空气阻力作用），万有引力就不再等于向心力，卫星将做变轨运动。

FMV 2(1) 当卫星的速度忽然增添时， R, 即万有引力不足以供给向心力，卫星将做GM_________运动，轨道半径变 _____，但一旦进入新的轨道运转由 vR 知其运转速度要 _____。

FMV 2(2) 当卫星的速度忽然减小时， R ，即万有引力大于卫星所需的向心力， 卫星将做vGMR_________运动，轨道半径变 _____，进入新的轨道运转时由知其运转速度将 _____。

[试一试 ]例 1.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，而后经点火，使其沿椭圆轨道 2 运转，最后再次点火，将卫星送入圆轨道3，轨道1、2 相切于 Q点，轨道 2、3 相切于 P 点，则卫星分别在 1、2、 3 轨道上正常运转时，说法正确的选项是（）A、卫星在轨道3上的速率大于在轨道 1 的速率；B、卫星在轨道3上的角速度小于在轨道 1 上的角速度；C、卫星在轨道1上经过 Q点时的加快度大于它在轨道 2 上经过 Q点时的加快度；D、卫星在轨道2上经过 P 点时的加快度等于它在轨道 3 上经过 P 点时的加快度；练1. 2013 年 12 月2 日，肩负着“落月”和“勘探”重担的“嫦娥三号”沿地月转移轨道直奔月球，在距月球表面 100 km 的 P 点进行第一次制动后被月球捕捉，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞翔，以后，卫星在 P 点又经过第二次“刹车制动” ，进入距月球表面 100 km的圆形工作轨道Ⅱ，绕月球做匀速圆周运动，在经过P 点时会再一次“刹车制动”进入近月点距地球15公里的椭圆轨道Ⅲ，而后择机在近月点降落进行软着陆，如下图，则以下说法正确的选项是( ) A．“嫦娥三号”在轨道Ⅰ上运动的周期最长B．“嫦娥三号”在轨道Ⅲ上运动的周期最长C．“嫦娥三号”经过P 点时在轨道Ⅱ上运动的线速度最大D．“嫦娥三号”经过P 点时，在三个轨道上的加快度相等二、双星问题1．双星：两个离得比较近的天体，在相互间的引力作用下绕二者连线上的一点做圆周运动，这样的两颗星构成的系统称为双星．2．双星问题的特色(1)两星的运动轨道为齐心圆，圆心是它们之间连线上的某一点．(2)两星的向心力大小相等，由它们间的万有引力供给．(3)两星的运动周期、角速度同样．(4) 两星的轨道半径之和等于两星之间的距离，即r 1＋ r 2＝ L.Gmm3．双星问题的办理方法：双星间的万有引力供给了它们做圆周运动的向心力，即122＝ mL1ω2 r 1＝m2ω2r 2.4．双星问题的两个结论：(1)运动半径： m1r 1＝ m2r 24π2L3(2)质量之和： m1＋ m2＝GT2例 2. 宇宙中，两颗靠得比较近的恒星，只遇到相互之间的万有引力作用相互绕转，称之为双星系统，设某双星系统绕其连线上的O 点做匀速圆周运动，如下图．若AO＜ OB，则（）A．双星的总质量必定，转动周期越小，双星之间的距离就越小B．星球A的向心力必定大于 B 的向心力C．星球A的质量必定小于 B 的质量D．星球A的线速度必定大于 B 的线速度练 2. 宇宙中两个相距较近的天体称为“双星”，它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动，但二者不会因万有引力的作用而吸引到一同．设二者的质量分别为m1和 m2，二者相距为 L. 求：(1)双星的轨道半径之比；(2)双星的线速度之比；(3)双星的角速度．。