高中物理第六章第五节宇宙航行导学案无答案新人教版必修21

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第5节宇宙航行［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。

了解人造卫星的有关知识,掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

3。

了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况。

[学习过程］:任务一:牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图1所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星.据此思考并小组讨论以下问题：1、当抛出速度较小时,物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？2、若地球的质量为M，地球半径为R，引力常量为G,试推导物体刚好不落回地面时的运行速度.并求此时速度的大小（已知地球半径R＝6 400 km,地球质量M＝5.98×1024 kg)答案（1）当抛出速度较小时，物体做平抛运动.当物体刚好不落回地面时，物体绕地球做匀速圆周运动.(2)物体的向心力由万有引力提供，G错误!＝m错误!解得v＝错误!.当刚好不落回地面时，紧贴地面飞行时r＝R，v＝错误!＝7。

9 km/s.［教师概括] 宇宙速度：宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度。

1.第一宇宙速度vⅠ＝7.9 km/s(1)推导方法一：由G错误!＝m错误!得v＝错误!方法二：由mg＝m错误!得v＝错误!（2）理解:第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度.2。

§ 6.5宇宙航行学习目标1. 了解卫星的发射运行等情况 .了解飞船飞入太空的情况.2. 知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度• 3•激情投入、交流、讨论，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度学习重点：知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度 学习难点：推导第一宇宙速度 预习案1 •第一宇宙速度的推导方法一：设地球质量为 M 半径为R,绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m 飞行器的速度(第一宇宙速度)为 V 。

，飞行器运动所需的向心力是由万有引力提供的，近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径R 代表卫星到地心的距离，所以 ，；，由此解出v方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，所以关于第一宇宙速度有三种说法：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，是近地卫 星的环绕速度，是地球卫星的最大运行速度。

另外第一宇宙速度是卫星相对于地心的线速度。

地面上发射卫星时的发射速度，是卫星获得的相对地 面的速度与地球自转速度的合速度。

所以赤道上自西向东发射卫星可以节省一定的能量。

2•第二宇宙速度，是飞行器克服地球的引力，离开地球束缚的速度，是在地球上发射绕太阳运行或飞 到其他行星上去的飞行器的最小发射速度。

其值为：________ 。

第三厂、宇宙速度，是在地面附近发射一个物体，使它挣脱太阳引力的束缚， • .「■飞到太阳系外，必须达到的速度。

其值是 _____________ 。

丿3 •人造地球卫星一二i 巴时渔(1)人造地球卫星的轨道和运行速度-'i •上-卫星地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供向心力，卫星受 「一「CM到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆 =_/心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。

这样就存在三类人 ……)造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于'赤道上方；②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；③一般轨道，卫星轨道和赤 道成一定角度。

第五节宇宙航行班级：小组：学生姓名：【学习目标】1.理解三个宇宙速度的意义，知其大小.2.认识人造地球卫星的运行规律,会计算有关量.3.了解人类航天事业的发展,树立探索太空科学的信念.【学法指导】理解三个宇宙速度的意义。

【自主预习】1.地球对周围的物体由_____________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 .如果没有 ,当速度足够大时,物体就不会落到地面上,将围绕地球运转,成为一颗绕地球运动的 .2.第一宇宙速度的表达式是 ,如果地面附近物体与地球间的万有引力近似等于重力,则第一宇宙速度还可表示为 ,其值为 .3.要使人造卫星绕地球运行,它进入地面附近的轨道速度必需等于或大于__________km/s，并且小于 km/s;要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行，成为人造行星，必须使它的速度等于或大于 km/s；要想使它飞到太阳系以外的地方去，它的速度必须等于或大于 km/s.牛顿的思考与设想：1、抛出的物体速度v 越大，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？2、牛顿根据自己的设想草拟了一幅极富创意的人造卫星原理图。

试画出草图，并给小组成员复述。

3、平抛的物体速度v 逐渐增大，物体的落地点如何变化？4、速度达到一定值后，物体能否落回地面？5、若不能，此速度必须满足什么条件？6、此速度再增大，又会出现什么现象？7、此抛出的物体速度增大到何种程度才能绕地球做圆周运动？【自主探究】问题1.1、抛出的石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？2、卫星、月球没有落下来具备什么条件？【合作探究】1、所有卫星绕地球运动的圆轨道有什么共同点？为什么？2.卫星在任意轨道上，r与线速度v、角速度w、周期T的关系各是什么？3、什么是同步卫星，它局里地面的高度是地球半径的多少倍？【拓展延伸】【例题1】一颗卫星在离地高度等于地球半径的轨道上运转，计算其环绕速度和周期.(用你学过的知识解答,需要的数据请自己设法查找)解析：【训练1】某中子星的质量大约与太阳质量相等，为2.0×1030kg，但是它的半径只有10km,求：（1）此中子星表面的自由落体加速度。

人教版高二物理必修二第六章万有引力与航天导学案（含答案，精排版）宇宙航行之绕行之双星系统制造：_____________ ______________班级： .组名： . 姓名： .时间：年月日【本卷要求】：1.自主性、积极性2.动脑思索3.费曼学习法：确定一个学习的知识点；假定你在教授他人该知识点；遇到卡壳时回忆相关知识点；简化你的言语，到达深刻易懂的水平。

4.每个点都要达标，达标的规范是可以〝独立做出来〞，不达标你的努力就表达不出来5.听懂是骗人的，看懂是骗人的，做出来才是自己的6.该记的记，该了解的了解，该练习的练习，该总结的总结，勿懒散！7.明白在学习什么东西，对其中的概念、定律等要追根溯源，弄清来龙去脉才干了解透彻、运用灵敏8.先会后熟：一种题型先模拟、思索，弄懂了，再多做几道同类型的，总结出这种题型的做法，直到条件反射9.每做完一道题都要总结该题触及的知识点和方法10.做完本卷，总结该章节的知识结构，以及罕见题型及做法11.独立限时总分值作答12.多做多思，孰能生巧，熟到条件反射，这样一是能见到更多的出题方式，二是能提高做题速度13.依据遗忘曲线，停止循环温习14.步骤规范，书写整洁15.错题本的树立：在每次发的试卷资料的右上角写上日期，同一科目的试卷按日期顺序放好。

在做错的题号上画叉号，在不会做的题号上画问号，以后就是一本很好的错题集。

其他资料亦如此处置。

这种方式复杂适用。

同时，当你积聚到一定水平，看到自己做过的厚厚的资料，难道不会由衷的发生一种成就感么？！【一分钟德育】你能否在睡觉前反思一下明天的行为？●学会反思，是一团体不时增强自我修养，让自己成为社会的一个优秀分子的重要途径之一。

●睡觉之前是一团体一天最冷静的时分，这时分你思索效果比拟明智。

●回过头来再看一看，我们就会有一些新的启迪和收获。

学会反思，是一团体不时增强自我修养，让自己成为社会的一个优秀分子的重要途径之一。

我可以坦诚地通知你，我虽然算不上一个十分优秀的人，但我从学校毕业走向社会20多年来，多少做过一些对社会有益的事。

第5讲 宇宙航行[目标定位] 1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度的公式.2.理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系.3.了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情．一、人造地球卫星1.牛顿的设想：如图1所示，在高山上水平抛出一物体，当物体的初速度______时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的________________．图12．原理：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________＝m v 2r ，则卫星在轨道上运行的线速度v ＝__________.想一想 卫星离地面越高，其线速度越大吗？二、宇宙速度 1．第一宇宙速度v 1＝______ km/s ，卫星在__________绕地球做匀速圆周运动的速度，又称环绕速度． 2．第二宇宙速度v 2＝______ km/s ，使卫星挣脱______引力束缚的最小地面发射速度，又称脱离速度． 3．第三宇宙速度v 3＝______ km/s ，使卫星挣脱______引力束缚的______地面发射速度，也叫逃逸速度．想一想 下列说法是否正确：(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.( ) 三、梦想成真1957年10月______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______； 2003年10月15日我国航天员________被送入太空.一、对三个宇宙速度的理解宇宙速度是在地球上满足不同要求的卫星发射速度． 1．第一宇宙速度(环绕速度)(1)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，是人造地球卫星的最小发射速度，v ＝7.9 km/s.(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/s 2，则2．第二宇宙速度(脱离速度)：在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为11.2 km/s. 3．第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力作用，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度，其大小为16.7 km/s. 注意：第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，也是最小发射速度．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181，月球的半径约为地球半径的14，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 /sD ．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 ，求该星球上的第一宇宙速度．二、人造卫星运动问题的处理思路及规律 1．轨道及特点(1)轨道：赤道轨道、极地轨道及其他轨道．如图2所示．图2(2)特点：所有的轨道圆心都在地心． 2．处理思路及规律将人造卫星视为绕地球(或其他天体)做匀速圆周运动，所需向心力等于地球(或其他天体)对卫星的万有引力，即：G Mmr 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m ⎝⎛⎭⎫2πT 2r ＝ma 所以v ＝GMr，r 越大，v 越小， ω＝GMr 3，r 越大，ω越小， T ＝2πr 3GM，r 越大，T 越大， a ＝GMr2，r 越大，a 越小．注意：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，与卫星的质量、形状等因素无关．例3 a 、b 、c 、d 是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星．其中a 、c 的轨道相交于P ，b 、d 在同一个圆轨道上，b 、c 轨道在同一平面上．某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图3所示，下列说法中正确的是( )图3A．a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度B．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度C．a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度D．a、c存在P点相撞的危险三、地球同步卫星1．同步卫星：指相对于地面静止的卫星，又叫通讯卫星．2．六个“一定”：(1)运行方向一定：同步卫星的运行方向与地球的自转方向一致；(2)周期一定：运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h；(3)角速度一定：等于地球自转角速度；(4)轨道平面一定：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内；(5)高度一定：所有同步卫星离地面高度相同，均为36 000 km；(6)速率一定：所有同步卫星的环绕速度相同．特别提醒(1)所有同步卫星的周期T、轨道半径r、环绕速度v、角速度ω及向心加速度a的大小均相同；但因质量可能不同，所受万有引力(向心力)可能不同．(2)所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆，它们都在同一轨道上运动且都相对静止．例4关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是()A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C．它以第一宇宙速度运行D．它运行的角速度与地球自转角速度相同对三个宇宙速度的理解1．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v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝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 2B ．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人造卫星运动的规律2．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3．设地球的半径为R ，质量为m 的卫星在距地面高为2R 处做匀速圆周运动，地面的重力加速度为g ，则( ) A ．卫星的线速度为 gR 3 B ．卫星的角速度为g 8RC ．卫星做圆周运动所需的向心力为19mgD ．卫星的周期为2π3R g地球同步卫星4．由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的( ) A. 质量可以不同 B. 轨道半径可以不同 C. 轨道平面可以不同 D. 速率可以不同答案精析第5讲 宇宙航行预习导学一、1.足够大 人造地球卫星 2．匀速圆周 万有引力 G Mmr 2GMr想一想 不是．由v ＝GMr可知，卫星离地面越高，线速度越小． 二、1.7.9 地球表面附近 2．11.2 地球 3．16.7 太阳 最小想一想 (1)卫星绕地球做圆周运动飞行时的轨道半径越小，其线速度就越大，最大速度等于第一宇宙速度7.9 km /s ，(1)错；地球卫星的最小发射速度为7.9 km/s ，即第一宇宙速度，(2)对．三、苏联 月球 杨利伟 课堂讲义例1 B [星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度． 卫星所需的向心力由万有引力提供， G Mmr 2＝m v 2r，得v ＝GMr ，又由M 月M 地＝181、r 月r 地＝14，故月球和地球上第一宇宙速度之比v 月v 地＝29，故v 月＝7.9×29 km /s≈1.8 km/s ，因此B 项正确．]例22v Rt解析 根据匀变速运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g ＝2vt ，该星球的第一宇宙速度，即为卫星在其表面附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的引力(重力)提供卫星做圆周运动的向心力，则mg ＝m v 21R，该星球表面的第一宇宙速度为v 1＝gR ＝2v Rt. 例3 A [由G Mm r 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m 4π2T2r ＝ma 可知，选项B 、C 错误，选项A 正确；因a 、c轨道半径相同，周期相同，只要图示时刻不撞，以后就不可能相撞了．]例4 D [由G Mm r 2＝m v 2r 得r ＝GMv 2，可知轨道半径与卫星质量无关，A 错；同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重合，即在赤道上空运行，不能在北京上空运行，B 错；第一宇宙速度是卫星在最低圆轨道上运行的速度，而同步卫星在高轨道上运行，其运行速度小于第一宇宙速度，C 错；所谓“同步”就是卫星保持与地面赤道上某一点相对静止，所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，D 对．] 对点练习1．CD [根据v ＝GMr可知，卫星的轨道半径r 越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v 1＝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，选项D 正确；实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项A 错误；美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项B 错误；第二宇宙速度是在地面附近使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造行星的最小发射速度，选项C 正确．] 2．AC [由GMm r 2＝ma ＝m v 2r ＝m 4π2T 2r 得：a ＝GMr2，v ＝GMr ，r ＝3GMT 24π2，则T 大时，r 大，a 小，v 小，且由ω＝2πT知T 大，ω小，故正确选项为A 、C.]3．AC [由G Mm R 2＝mg 和G Mm (3R )2＝m v 23R ＝mω2·3R ＝m 4π2T 2·3R 可求得卫星的线速度为v ＝gR 3，角速度ω＝13g3R，周期T ＝6π 3Rg，卫星做圆周运动所需的向心力等于万有引力，即F ＝G Mm (3R )2＝19mg ，故选项A 、C 正确．] 4．A [万有引力提供卫星的向心力GMm r 2＝m (2πT )2r ＝m v 2r ，解得周期T ＝2πr 3GM，环绕速度v ＝GMr，可见周期相同的情况下轨道半径必然相同，B 错误．轨道半径相同必然环绕速度相同，D 错误．同步卫星相对于地面静止在赤道上空，所有的同步卫星轨道运行在赤道上空同一个圆轨道上，C 错误．同步卫星的质量可以不同，A 正确．]5．宇宙航行学习目标知识脉络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)人造地球卫星[先填空]1．人造地球卫星的发射及原理(1)牛顿设想：如图6-5-1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．甲乙图6-5-1(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 m E mr 2＝m v 2r 可得v ＝Gm E r .[再判断]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．(×) 3．卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大．(×) [后思考]人造卫星能够绕地球转动而不落回地面，是否是由于卫星不再受到地球引力的作用？图6-5-2【提示】 不是，卫星仍然受到地球引力的作用，但地球引力全部用来提供向心力．[合作探讨]在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，请思考：图6-5-3探讨1：这些卫星的轨道平面有什么特点？ 【提示】 这些卫星的轨道平面都通过地心．探讨2：这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？ 【提示】 卫星的线速度、角速度、周期都跟卫星的轨道半径有关． [核心点击]1．人造卫星的轨道：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点上空的极地轨道．当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道．如图6-5-4所示．图6-5-42．人造卫星的运行规律：人造卫星的运行规律类似行星运行规律． (1)常用关系式．①G Mm r 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m 4π2T 2r . ②mg ＝G Mmr 2. ③G Mmr 2＝ma .(2)常用结论：卫星离地面高度越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小．可以概括为“越远越慢、越远越小”．3．地球同步卫星(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫做地球同步卫星．(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)．1．如图6-5-5所示的三颗人造地球卫星，下列说法正确的是()图6-5-5①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aA．①③是对的B．②④是对的C．②③是对的D．①④是对的【解析】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.【答案】B2．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【解析】由G Mmr2＝mrω2＝mv2r＝mr4π2T2＝ma，得v＝GMr，ω＝GMr3，T＝2πr3GM，a＝GMr2，由于r天>r神，所以v天<v神，ω天<ω神，T天>T神，a天<a神；故正确选项为B.【答案】B3．关于地球同步卫星的说法正确的是()【导学号：50152075】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D．所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等【解析】地球同步卫星一定位于赤道上方，周期一定，离地面高度一定，向心加速度大小一定，所以A项正确，B、C项错误；由于F＝G Mmr2，所以不同的卫星质量不同，其向心力也不同，D项错误．【答案】 A同步卫星、近地卫星和赤道上随地球自转物体的比较1．近地卫星是轨道半径近似等于地球半径的卫星，卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供．同步卫星是在赤道平面内，定点在某一特定高度的卫星，其做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供．在赤道上随地球自转做匀速圆周运动的物体是地球的一部分，它不是地球的卫星，充当向心力的是物体所受的万有引力与重力之差．2．近地卫星与同步卫星的共同点是卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供；同步卫星与赤道上随地球自转的物体的共同点是具有相同的角速度．当比较近地卫星和赤道上物体的运动规律时，往往借助同步卫星这一纽带，这样会使问题迎刃而解．宇宙速度[先填空]1．三种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11.2 km/s使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度第三宇宙速度16.7 km/s使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度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．[再判断]1．绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.(×)2．在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s.(√)3．要发射一颗月球人造卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s.(×)[后思考]美国有部电影叫《光速侠》，是说一个叫Daniel Light的家伙在一次事故后，发现自己拥有了能以光速奔跑的能力．根据所学物理知识分析，如果“光速侠”要以光速从纽约跑到洛杉矶救人，可能实现吗？图6-5-6【提示】 不可能实现．当人或物体的速度达到第二宇宙速度时，会脱离地球，到达外太空，即在地表运动的速度不能超过第一宇宙速度7.9 km/s.[合作探讨]发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：图6-5-7探讨1：不同星球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？【提示】 不同，根据G Mm R 2＝m v 2R ，v ＝GM R ，可见第一宇宙速度由星球的质量和半径决定．探讨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？【提示】 轨道越高，需要的发射速度越大．[核心点击]1．认识第一宇宙速度：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．推导万有引力提供卫星运动的向心力 重力提供卫星运动的向心力 公式G Mm R 2＝m v 2R mg ＝m v 2R 结果 v ＝GMR v ＝gR 卫星要克服地球对它的引力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，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 r 2＝m v 2r 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．4．关于宇宙速度的说法，正确的是( )A ．第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度B ．第一宇宙速度是地球同步卫星的发射速度C ．人造地球卫星运行时的速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间D ．第三宇宙速度是物体逃离地球的最小速度【解析】 第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，同时也是人造地球卫星的最大运行速度，故A 对，B 、C 错；第二宇宙速度是物体逃离地球的最小速度，D 错．【答案】 A5．若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为( )【导学号：50152076】A ．16 km/sB ．32 km/sC ．4 km/sD ．2 km/s【解析】 第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，对于近地卫星，其轨道半径近似等于星球半径，所受万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，根据万有引力定律和牛顿第二定律得G Mm r 2＝m v 2r解得v ＝GMr因为行星的质量M ′是地球质量M 的6倍，半径R ′是地球半径R 的1.5倍，故v ′v ＝GM ′R ′GM R ＝M ′R MR ′＝2 即v ′＝2v ＝2×8 km/s ＝16 km/s ，A 正确．【答案】 A6．已知某星球的半径为R ，在该星球表面航天员以速度v 0水平抛出的小球经过时间t 落到一倾角为θ的斜面上时，其速度方向与斜面垂直，不计一切阻力，忽略星球的自转，引力常量为G .求：(1)该星球的质量；(2)该星球的第一宇宙速度．【解析】 (1)平抛的速度垂直斜面，由运动规律：v 0＝v y tan θ，v y ＝gt星球表面：G Mm R 2＝mg解得M ＝v 0R 2Gt tan θ.(2)星球表面转动的卫星m ′g ＝m ′v 2R解得v ＝v 0Rt tan θ.【答案】 (1)v 0R 2Gt tan θ (2)v 0Rt tan θ地球三种宇宙速度的理解(1)三种宇宙速度均指在地球上的发射速度．(2)第一宇宙速度是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，也是卫星的最小发射速度．(3)轨道半径越大的卫星，其运行速度越小，但其地面发射速度越大．。

第5节宇宙航行[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.了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.3.了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况.[学习过程]：任务一：牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图1所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星.据此思考并小组讨论以下问题：1、当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？2、若地球的质量为M，地球半径为R，引力常量为G，试推导物体刚好不落回地面时的运行速度.并求此时速度的大小(已知地球半径R＝6 400 km，地球质量M＝5.98×1024 kg)答案(1)当抛出速度较小时，物体做平抛运动.当物体刚好不落回地面时，物体绕地球做匀速圆周运动.(2)物体的向心力由万有引力提供，G Mmr2＝mv2r解得v＝GMr.当刚好不落回地面时，紧贴地面飞行时r＝R，v＝GMR＝7.9 km/s.[教师概括] 宇宙速度：宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度.1.第一宇宙速度vⅠ＝7.9 km/s(1)推导方法一：由G MmR2＝mv2R得v＝GMR方法二：由mg＝m v2R得v＝gR(2)理解：第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度.2.第二宇宙速度vⅡ＝11.2 km/s，是从地面上发射物体并使之脱离地球束缚的最小发射速度，又称逃逸速度.3.第三宇宙速度vⅢ＝16.7 km/s，是从地面上发射物体并使之脱离太阳束缚的最小发射速度，又称脱离速度.任务二：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. 思考并小组讨论以下问题：1、卫星绕地球做匀速圆周运动，a、b、c中可以作为卫星轨道的是哪条？为什么？2、根据万有引力定律和向心力公式推导卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.答案 (1)b 、c 轨道都可以.因为卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，而万有引力是始终指向地心的，故卫星做匀速圆周运动的向心力必须指向地心，因此b 、c 轨道都可以，a 轨道不可以. (2)卫星所受万有引力提供向心力，G Mm r 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m(2πT)2r ，所以v ＝GMr ，ω＝ GMr3，T ＝2π r3GM. [教师概括] 人造地球卫星的运动特点： 1.所有卫星的轨道平面均过地心.2.卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系 根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，即有： GMm r 2＝ma ＝m v 2r ＝m ω2r ＝m(4π2T 2)r (1)a ＝GMr2，r 越大，a 越小. (2)v ＝ GMr，r 越大，v 越小. (3)ω＝GMr3，r 越大，ω越小. (4)T ＝2πr3GM，r 越大，T 越大. 任务三：同步卫星也叫通讯卫星，它相对于地面静止，和地球自转的周期相同，即T ＝24 h.已知地球的质量M ＝6×1024kg ，地球半径R ＝6 400 km ，引力常量G ＝6.67×10－11N·m 2/kg 2.请根据以上信息以及所学知识求出以下问题： (1)同步卫星所处的轨道平面.答案 (1)假设卫星的轨道在某一纬线圈的上方跟着地球的自转做同步地匀速圆周运动，卫星运动的向心力由地球对它的引力的一个分力提供.由于另一个分力的作用将使卫星轨道靠向赤道，故只有在赤道上方，同步卫星才能稳定的运行.(2)由万有引力提供向心力和已知周期T 得GMm R ＋h 2＝m(R ＋h)(2πT )2，所以h ＝ 3GMT 24π2－R ，代入数据得h ＝3.6×107 m. 2)同步卫星的离地高度h. [教师概括]同步卫星的特点：1.定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内.2.定周期：运转周期与地球自转周期相同，T ＝24 h.3.定高度(半径)：离地面高度为36 000 km.4.定速率：运行速率为3.1×103m/s. 任务四：完成下列练习，检测本堂课学习效果1、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( B )A. 2 倍B.22倍 C.12倍 D.2倍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，求该星球上的第一宇宙速度的大小.答案2vR t3、如图3所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星，a和b的质量相等，且小于c的质量，则( ABD )A.b所需向心力最小高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

第5节 宇宙航行[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.了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.3.了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况.[学习过程]：任务一：牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图1所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星.据此思考并小组讨论以下问题：1、当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？2、若地球的质量为M ，地球半径为R ，引力常量为G ，试推导物体刚好不落回地面时的运行速度.并求此时速度的大小(已知地球半径R ＝6 400 km ，地球质量M ＝5.98×1024kg)答案 (1)当抛出速度较小时，物体做平抛运动.当物体刚好不落回地面时，物体绕地球做匀速圆周运动. (2)物体的向心力由万有引力提供，G Mm r 2＝m v 2r解得v ＝ GM r .当刚好不落回地面时，紧贴地面飞行时r ＝R ，v ＝ GM R＝7.9 km/s. [教师概括] 宇宙速度：宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度.1.第一宇宙速度v Ⅰ＝7.9 km/s(1)推导 方法一：由G Mm R 2＝m v 2R得v ＝ GM R方法二：由mg ＝m v 2R 得v ＝gR (2)理解：第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度.2.第二宇宙速度v Ⅱ＝11.2 km/s ，是从地面上发射物体并使之脱离地球束缚的最小发射速度，又称逃逸速度.3.第三宇宙速度v Ⅲ＝16.7 km/s ，是从地面上发射物体并使之脱离太阳束缚的最小发射速度，又称脱离速度.任务二：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. 思考并小组讨论以下问题：1、卫星绕地球做匀速圆周运动，a 、b 、c 中可以作为卫星轨道的是哪条？为什么？2、根据万有引力定律和向心力公式推导卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.答案 (1)b 、c 轨道都可以.因为卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，而万有引力是始终指向地心的，故卫星做匀速圆周运动的向心力必须指向地心，因此b 、c 轨道都可以，a 轨道不可以.(2)卫星所受万有引力提供向心力，G Mm r 2＝m v 2r ＝m ω2r ＝m (2πT)2r ，所以v ＝ GM r ，ω＝ GM r 3，T ＝2π r 3GM. [教师概括] 人造地球卫星的运动特点：1.所有卫星的轨道平面均过地心.2.卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，即有：GMm r 2＝ma ＝m v 2r ＝m ω2r ＝m (4π2T2)r (1)a ＝GM r 2，r 越大，a 越小.(2)v ＝GM r ，r 越大，v 越小. (3)ω＝GM r 3，r 越大，ω越小. (4)T ＝2π r 3GM，r 越大，T 越大. 任务三：同步卫星也叫通讯卫星，它相对于地面静止，和地球自转的周期相同，即T ＝24 h.已知地球的质量M ＝6×1024 kg ，地球半径R ＝6 400 km ，引力常量G ＝6.67×10－11 N·m 2/kg 2.请根据以上信息以及所学知识求出以下问题：(1)同步卫星所处的轨道平面.答案 (1)假设卫星的轨道在某一纬线圈的上方跟着地球的自转做同步地匀速圆周运动，卫星运动的向心力由地球对它的引力的一个分力提供.由于另一个分力的作用将使卫星轨道靠向赤道，故只有在赤道上方，同步卫星才能稳定的运行. (2)由万有引力提供向心力和已知周期T 得G Mm R ＋h2＝m (R ＋h )(2πT )2，所以h ＝ 3GMT 24π2－R ，代入数据得h ＝3.6×107 m.2)同步卫星的离地高度h.[教师概括]同步卫星的特点：1.定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内.2.定周期：运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h.3.定高度(半径)：离地面高度为36 000 km.4.定速率：运行速率为3.1×103 m/s.任务四：完成下列练习，检测本堂课学习效果1、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( B )A. 2 倍B.22倍 C.12倍 D.2倍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，求该星球上的第一宇宙速度的大小.答案2vR t3、如图3所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星，a和b的质量相等，且小于c的质量，则( ABD )A.b所需向心力最小。

5．宇宙航行三维目标知识与技能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。