湖北省咸宁市鄂南高级中学高中物理第6.6《宇宙航行》导学案新人教版必修2

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高中物理第六章宇宙航行(提高)学案新人教版必修2

要点三、宇宙速度要点诠释： 1.第一宇宙速度（环绕速度）
指人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的
速度，是人造卫星的最小发射速度，其大小为 v1 7.9km / s
说明：（1）由于在人造卫星的发射过程中，火箭要克服地球的引力做功，所以将卫星发射到离地球越远的轨道，在地面上所需的发射速度就越大，故人造卫星的最小发射速度对应将卫星发射到近地表面运行，此时发射时的动能全部转化为绕行的动能而不需要转化为重力势能。（2）第一宇宙速度的推导
v2 r
、
a
r 2
、
a
4 2r T2
、a
g
Байду номын сангаас
这样几种表达式，要根据具体问题，把这几种表达式代入方程，讨
论相关问题。要点二、人造卫星要点诠释：
1. 人造卫星将物体以水平速度从某一高度抛出，当速度增加时，水平射程增大，速度增大到某一值时，物体就会绕地球做圆周运动，则此物体就成为地球的卫星，人造地球卫星的向心力是由地球对卫星的万有引力来充当的． (1)人造卫星的分类：卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、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． (2)人造卫星的两个速度：①发射速度：将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度．② 环绕速度：卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动所具有的速度．由于发射过程中要克服地球的引力做功，所以发射速度越大，卫星离地面越高，实际绕地球运行的速度越小．向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难得多．
GMm
由
r2
mr
2 T
2
，知
r
3
GMT 2 4 2
，由于 T 一定，所以 r 不变，而 r＝R+h，h 为离地

高中物理第六章《宇宙航行》学案新人教版必修2-新人教版高一必修2物理学案

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 。

人教版高中物理必修第2册宇宙航行导学案

导学案
1.课题名称：
人教版高一必修2物理第七章万有引力与宇宙航行——宇宙航行
2.学习任务：
（1）通过牛顿的设想了解人造卫星的发射原理，知道三个宇宙速度的含义，并能够推导第一宇宙速度。

（2）能正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，知道什么是同步卫星。

（3）了解人类探索宇宙的进程及我国的航天成就。

3.学习准备：
准备好教材（没有纸质版看电子版）及笔记本。

边观看边做记录。

4.学习方式和环节：
观看视频课学习，适时控制播放，按老师指令完成相应的课上学习任务。

学习环节主要有：
环节一：了解三种宇宙速度
➢思考与讨论1：高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念。

➢思考与讨论2：有人说第一宇宙速度也可用v =（式中g为地球表面处重力加速度，R为地球半径）算出，你认为正确吗？
注意：第一宇宙速度两种推导方式。

环节二：讨论人造卫星的运行规律
1.人造卫星的轨道。

2.做匀速圆周运动的人造卫星运行规律。

高中物理第6章 5 宇宙航行教案新人教版必修2-新人教版高一必修2物理教案

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 Mm r 2＝m v 2r可得v 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．(×)(3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大．(×)(4)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/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7.9 m/sB ．大于16.7 m/sC ．大于7.9 m/s 且小于11.2 m/sD ．大于11.2 m/s 且小于 16.7 m/sD [第一宇宙速度为7.9 km/s ，第二宇宙速度为11.2 km/s ，第三宇宙速度为16.7 km/s ，由题意可知：火星探测器的发射速度大于11.2 km/s 且小于16.7 km/s.故D 正确．]3．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D ．所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等A [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 Mm r2，所以不同的卫星质量不同，其向心力也不同，D 项错误．]人造卫星和同步卫星问题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．如图所示．2．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，叫作地球同步卫星．(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)．【例1】(多选)如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判断正确的是( ) A．三者的周期关系为T A＜T B＜T CB．三者向心加速度大小关系为a A＞a B＞a CC．三者角速度的大小关系为ωA＝ωC＜ωBD．三者线速度的大小关系为v A＜v C＜v B思路点拨：该题抓住以下特点分析：①A 、C 的共同特点：具有相同的周期和角速度．②B 、C 的共同特点：F 万＝F 向，即GMm r 2＝m v 2r等． CD [因为同步卫星转动周期与地球自转周期相同，故T A ＝T C ，故A 错误；因为同步卫星的周期和地球自转相同，故ωA ＝ωC ，根据a ＝rω2知，A 和C 的向心加速度大小关系为a A ＜a C ，故B 错误；因为A 、C 的角速度相同，抓住B 、C 间万有引力提供圆周运动向心力有：G mM r 2＝mrω2 可得角速度ω＝GM r 3，所以C 的半径大，角速度小于B 即：ωA ＝ωC ＜ωB ，C 正确；B 、C 比较：G mM r 2＝m v 2r得线速度v ＝GM r ，知v C ＜v B ，A 、C 间比较：v ＝rω，知C 半径大线速度大，故有v A ＜v C ＜v B, D 正确．故选C 、D.]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．1．我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高．“高分五号”轨道高度约为705 km ，而“高分四号”轨道高度约为36 000 km ，它们都绕地球做圆周运动．与高分四号相比，下列物理量中“高分五号”较小的是( )A ．周期B ．角速度C ．线速度D ．向心加速度A [设地球质量为M ，人造卫星质量为m ，人造卫星做匀速圆周运动时，根据万有引力提供向心力有G Mm r 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r ＝ma ，得v ＝GM r ，ω＝GM r 3，T ＝2πr 3GM ，a ＝GM r2，因为“高分四号”的轨道半径比“高分五号”的轨道半径大，所以选项A 正确，B 、C 、D 错误．]第一宇宙速度的理解和计算对于近地人造卫星，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，则方法一：r ≈R ―――――――→万有引力提供向心力G Mm R 2＝m v 2R ―→v ＝GM R≈7.9 km/s 方法二：万有引力近似等于卫星重力――――――――→卫星重力提供向心力mg ＝m v 2R―→v ＝gR ≈7.9 km/s 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．对发射速度和环绕速度的理解(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．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．(2)“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．【例2】 2017年11月5日19时45分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十四、二十五颗北斗导航卫星．若已知地球表面重力加速度为g ，引力常量为G ，地球的第一宇宙速度为v 1，则( )A ．根据题给条件可以估算出地球的质量B ．据题给条件不能估算地球的平均密度C ．第一宇宙速度v 1是人造地球卫星的最大发射速度，也是最小环绕速度D ．在地球表面以速度2v 1发射的卫星将会脱离太阳的束缚，飞到太阳系之外A [设地球半径为R ，则地球的第一宇宙速度为v 1＝gR ，对近地卫星有G Mm R 2＝mg ，联立可得M ＝v 41gG ，A 正确；地球体积V ＝43πR 3＝43π⎝ ⎛⎭⎪⎫v 21g 3，结合M ＝v 41gG ，可以估算出地球的平均密度为ρ＝3g 24πGv 21，B 错误；第一宇宙速度v 1是人造地球卫星的最小发射速度，也是最大的环绕速度，C 错误；第一宇宙速度v 1＝7.9 km/s ，第二宇宙速度v 2＝11.2 km/s ，第三宇宙速度v 3＝16.7 km/s ，在地球表面以速度2v 1发射的卫星，速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，此卫星称为绕太阳运动的卫星，D 错误．]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．2．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( )A ．16 km/sB ．32 km/sC ．4 km/sD ．2 km/sA [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 ＝GM r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 ′GMR ＝M ′R MR ′＝2 即v ′＝2v ＝2×8 km/s＝16 km/s ，A 正确．]人造卫星的变轨问题1卫星变轨时，先是线速度v 发生变化导致需要的向心力发生变化，进而使轨道半径r 发生变化．(1)当卫星减速时，卫星所需的向心力F 向＝m v 2r减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变迁．(2)当卫星加速时，卫星所需的向心力F 向＝m v 2r增大，万有引力不足以提供卫星所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变迁．以上两点是比较椭圆和圆轨道切点速度的依据．2．飞船对接问题(1)低轨道飞船与高轨道空间站对接如图甲所示，低轨道飞船通过合理地加速，沿椭圆轨道(做离心运动)追上高轨道空间站与其完成对接．甲乙(2)同一轨道飞船与空间站对接如图乙所示，后面的飞船先减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度．【例3】 (多选)如图所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点(如图所示)则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时，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 点时的加速度思路点拨：①判断卫星在不同圆轨道的运行速度大小时，可根据“越远越慢”的规律判断．②判断卫星在同一椭圆轨道上不同点的速度大小时，可根据开普勒第二定律判断，即离中心天体越远，速度越小．③判断卫星由圆轨道进入椭圆轨道或由椭圆轨道进入圆轨道时的速度大小如何变化时，可根据离心运动或近心运动的条件进行分析．④判断卫星的加速度大小时，可根据a ＝F m ＝G M r 2判断． BD [对A ：G Mm r 2＝m v 2r ，移项化简得v ＝GM r，所以卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率，所以A 错误．对B ：G Mm r 2＝mω2r ，移项化简得ω＝GM r 3，所以卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度，所以B 正确．对C ：G Mm r 2＝ma ，移项化简得GM r2＝a ，由于都在Q 点，轨道高度是相同的，所以a 是相同的，所以C 是错误的．对D ：G Mm r 2＝ma ，移项化简得GM r2＝a ，由于都在P 点，轨道高度是相同的，所以a 是相同的，所以D 是正确的．]上例中，卫星在轨道2上的P 点向轨道3上转移时需要加速还是减速？卫星上的小火箭向哪个方向喷气？提示：加速向后喷气3．(多选)如图所示，一飞行器围绕地球沿半径为r 的圆轨道1运动．经P 点时，启动推进器短时间向前喷气使其变轨，2、3是与轨道1相切于P 点的可能轨道．则飞行器( )A ．相对于变轨前运行周期变长B ．变轨后将沿轨道3运动C ．变轨前、后在两轨道上经P 点的速度大小相等D ．变轨前、后在两轨道上经P 点的加速度大小相等BD [由于在P 点推进器向前喷气，故飞行器将做减速运动，v减小，飞行器做圆周运动需要的向心力：F n ＝m v 2r减小，小于在P 点受到的万有引力：G Mm r2，则飞行器将开始做近心运动，轨道半径r 减小．根据开普勒行星运动定律知，卫星轨道半径减小，则周期减小，A 错误；因为飞行器做近心运动，轨道半径减小，故将沿轨道3运动，B 正确；因为变轨过程是飞行器向前喷气过程，故是减速过程，所以变轨前后经过P 点的速度大小不相等，C 错误；飞行器在轨道P 点都是由万有引力产生加速度，因为在同一点P ，万有引力产生的加速度大小相等，D 正确．选B 、D.]课堂小结知识脉络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．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A[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．]2．(多选)关于环绕地球运行的卫星，下列说法正确的是( ) A．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，可能具有相同的周期B．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率C．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同D．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合AB [分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，可能具有相同的周期，故A 正确；沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道对称的不同位置具有相同的速率，故B 正确；根据万有引力提供向心力，列出等式：G Mm R ＋h 2＝m (R ＋h )4π2T 2，其中R 为地球半径，h 为同步卫星离地面的高度．由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，所以T 为一定值，根据上面等式得出：同步卫星离地面的高度h 也为一定值，故C 错误；沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面不一定重合，但圆心都在地心，故D 错误．]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B [由G Mm r 2＝mrω2＝m v 2r ＝mr 4π2T 2＝ma ，得v ＝GM r，ω＝GM r 3，T ＝2πr 3GM ，a ＝GM r 2，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.]4．(多选)2017年4月，我国第一艘货运飞船天舟一号顺利升空，随后与天宫二号交会对接．假设天舟一号从B 点发射经过椭圆轨道运动到天宫二号的圆轨道上完成交会，如图所示，A 、B 两点分别为椭圆轨道的远地点和近地点．则( )A ．天宫二号的运行速度小于7.9 km/sB ．天舟一号在A 点的速度大于天宫二号的运行速度C ．天舟一号运行周期小于天宫二号的运行周期D ．天舟一号在A 点的加速度大于天宫二号在A 点加速度 AC [7.9 km/s 是绕地球做圆周运动的最大环绕速度，天宫二号的运行速度小于7.9 km/s ，故A 正确．天舟一号在A 点加速才能进入天宫二号的圆轨道，则天舟一号在A 点的速度小于天宫二号的运行速度，选项B 错误；根据开普勒第三定律a 3T 2＝k 可知，天舟一号运行的半长轴小于天宫二号的运行半径，则天舟一号运行周期小于天宫二号的运行周期，选项C 正确；根据a ＝GM r 2可知天舟一号在A 点的加速度等于天宫二号在A 点加速度，选项D 错误．]。

高中物理第六章第6节《宇宙航行》教案必修2

《宇宙航行》教学设计一、[教学内容分析]“宇宙航行〞是人教版—普通高中《物理》教材·必修2—第六章“万有引力与航天〞的第五小节。

主要介绍了万有引力定律的实践成就，及航天事业的发展及其巨大成果。

教材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“万有引力与航天〞中的一个重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。

人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是学生学习、了解现代科技知识的一个极好素材。

通过对人造卫星原理、宇宙速度等宇宙航行知识的学习，学生不仅可以对万有引力定律有个更全面、更深入的认识，对人类进行宇宙航行有一个更为系统的了解，还有助于帮助学生巩固前面所学的运动学和动力学知识，同时，也可以培养学生对航天科学的热爱，增强民族自豪感和自信心。

二、[教学对象分析]从知识层面来看，在学习本节课之前，学生已经学过了平抛运动、匀速圆周运动的规律，具备解决宇宙航行问题的知识基础。

另外，通过本章前四节课的学习，学生对万有引力定律的内容及其在天文学上的理论应用也有了初步的认识，但对人造地球卫星的原理尚不清楚，对人类航天事业也需要进一步的了解。

从学生的认知特点及思维规律来看，高一学生的思维方式，尚处在由初中形象思维为主、向高中抽象思维为主过渡的阶段，容易接受表象的知识，但对知识体系的条理性掌握、对易混淆知识的辨别能力还有所欠缺。

所以需要教师在教学过程中的巧妙引导和指点。

三、[教学目标及重难点]〔1〕教学目标知识与技能1.知道三个宇宙速度的数值及意义，并会推导第一宇宙速度。

2.了解人造卫星的原理及运行规律，建立起关于各种卫星的运行状况的正确图景。

过程与方法1.经历探究人造卫星由设想变为现实的过程，体会猜想、外推的科学方法，培养学生的科学思维。

2.通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，以及对卫星运动规律的研究，培养学生分析、推导、归纳及合理表达能力，养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯。

导学案最新高中物理人教版必修二：6.5宇宙航行

6．5 《宇宙航行》6．6 《经典力学的局限性》导学案【学习目标】1．了解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．了解经典力学的局限性【重点难点】第一宇宙速度的推导和对第一宇宙速度的确切理解【学法指导】认真阅读教材，第一宇宙速度的概念，理解三个宇宙速度的示意图.【知识链接】将天体(行星或卫星）的运动简化为匀速圆周运动，天体所需的向心力由万有引力提供，则天体的绕行速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系总结如下：（1）由22GMm vmr r=得，=v_______，可见，轨道半径r越大，v________；（2）由_________=__________得，=ω______，可见，r越大，ω________；(3）由_________=___________得，T=_________，可见，r越大，T______；（4）由_________=ma得，a=________,可见，r越大，a________。

【学习过程】一、宇宙速度阅读教材44页.体会牛顿对人造地球卫星的最初构想。

1．第一宇宙速度。

第一宇宙速度是卫星在___________附近做________圆周运动时必须具有的线速度.思考2：根据“知识链接”，第一宇宙速度是所有沿圆轨道运行的卫星中_______的线速度。

思考3：理解第一宇宙速度,需要强调哪两个要点？________________________________ 卫星所受的向心力由万有引力提供，即R v m RMm G 212=，得v 1=___________，又星球表面万有引力约等于重力，即mg RMm G =2,故v 1=_________。

思考4:计算地球的第一宇宙速度。

R=6．37×106m ，地面g=9．8m/s 2,v 1=_________. 思考5：神舟号飞船距离地面的高度约为340km ，根据上面的讨论，你能否得出神舟号飞船的线速度？(7．7km/s ）解：2．第二宇宙速度第二宇宙速度，是指在星球______附近发射飞行器，使其克服该星球的引力永远离开该星球所需的最小速度，也是能绕该星球做椭圆运动的卫星在近地点的最大速度.地球的第二宇宙速度v Ⅱ=11．2km/s 。

宇宙航行+导学案高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4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.了解我国在航天方面的成就，知道近地卫星、同步卫星的特点3.能分析卫星变轨问题学习重点三个宇宙速度的含义，卫星运行问题分析【考点指导】本节知识在考试说明中为I级要求,是高考考查的重点内容之一，在历年的高考试题中几乎年年都考。

考题多联系当今航天科学技术实际,考查角度灵活多样,题型以选择题为主,试题难度适中,要求考生注重理解能力及物理建模能力的培养。

【素养目标】1.通过对地球卫星圆周运动的分析推导得出卫星线速度、角速度等物理量的表达式并加以理解2.采用比较法，理解地球表面物体近地卫星、同步卫星做圆周运动的区别与联系【自主学习】结合牛顿设想思考：地球上的物体，怎样才能离开地球进行宇宙航行呢？【合作学习·难点探究】任务一、推导第一宇宙速度，知道第二、第三宇宙速度1、思考：以多大的速度抛出物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？若已知Ｇ=6.67×10-11N m2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2，，请用两种方法推导出这个速度总结：2、思考：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？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？总结：（1）第一宇宙速度（V1=7.9km/s ）是最小的发射速度，最大的环绕速度（2）第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，使之能够克服地球的引力，永远离开地球所需的最小发射速度，其大小为11.2 km/s.当发射速度7.9 km/s<v0<11.2 km/s时，飞行器绕地球运行的轨道是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同．（3）第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度，其大小为16.7 km/s.【例1】下列关于三种宇宙速度的说法正确的是( )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v1，小于v2B．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的束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星环绕地球做圆周运动的最大运行速度E.被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大【针对训练1】中国计划在2020年发射火星探测器，并在10年后实现火星的采样返回。

高中物理第六章宇宙航行导学案必修2

宇宙航行导学案设计：崔金磊田长杰陈福东审核付治华 2009-4-2学习目标1 会用万有引力定律计算天体质量，了解“称量地球质量”“计算太阳质量”的基本思路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 感知人类探索宇宙的梦想，树立献身科学的人生价值观。

自主探究1情境创设1970年4月24日，第一颗人造地球卫星“东方红”1号在酒泉发射成功，我国成为世界上第五个发射卫星的国家。

1975年11月26日，首颗返回式卫星发射成功，3天后顺利返回，我国成为世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。

2003年10月15日，中国第一艘载人飞船“神舟五号”发射成功。

2005年10月12日，“神舟六号”载人飞船发射升空。

2008年9月25日“神舟七号”载人飞船发射升空并于9月28日成功着陆于内蒙古四子王旗主着陆场着陆。

如图所示，这些对你有何启发？你知道卫星是如何发射升空的吗？2自主学习一、“科学真实迷人”阅读教材“科学真实迷人”部分的内容，思考问题：1、推导出地球质量的表达式，说明卡文迪许为什么能把自己的实验说成是“称量地球的重量”？2、设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11 Nm2/kg2，试估算地球的质量。

二、计算天体的质量阅读教材“天体质量的计算”部分的内容，同时考虑下列问题：1、应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是什么?2、求解天体质量的方程依据是什么?三、发现未知天体1、应用万有引力定律除可估算天体质量外，还可以在天文学上有何应用？2、应用万有引力定律发现了哪些行星？四、宇宙速度阅读课文P第一自然段，同时思考下列问题：401、在地面抛出的物体为什么要落回地面？月亮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？4、什么叫人造地球卫星？5、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？合作交流1 学生交流结合卫星运转的动力学方程，推导第一宇宙速度：2 教师点拨应用展示例1 一艘宇宙飞船绕一个不知名的、半径为R的行星表面飞行，环绕一周飞行时间为T 。

2024-2025学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行4宇宙航行(2)教案新人教版必修2

3.实验法：通过实验和模拟软件，让学生亲身体验宇宙航行的原理，提高学生的实践操作能力。
-利用物理实验室或教室多媒体设备，进行轨道运动、向心加速度等实验。
-引导学生观察实验现象，分析实验结果，加深对物理原理的理解。
教学手段：
1.多媒体设备：利用多媒体课件、视频、动画等形式，生动展示宇宙航行的相关知识，提高学生的学习兴趣。
-以教材为核心，结合实际问题进行讲解，使学生能够将理论知识与实际应用相结合。
-针对学生的疑问进行解答，巩固所学知识，提高学生的理解能力。
2.讨论法：组织学生进行小组讨论，针对宇宙航行中的实际问题进行探讨，培养学生独立思考、合作解决问题的能力。
-设计具有启发性的问题，引导学生主动探索，提高课堂氛围。
-鼓励学生发表自己的观点，倾听他人的意见，形成良好的交流与互动。
教学资源：
1.教材：新人教版必修2第七章万有引力与宇宙航行
2.辅助材料：网络资源、科普书籍、教学视频等
注意事项：
1.确保教学内容与教材紧密联系，遵循教学大纲要求。
2.注重培养学生的思考问题与解决问题的能力。
3.关注学生的个体差异，因材施教，提高教学质量。
核心素养目标分析
本节课围绕“宇宙航行”主题，旨在培养学生的物理学科核心素养。通过学习宇宙航行的基本概念与原理，引导学生形成以下几方面的能力：
重点题型整理
示例1：计算宇宙飞行器在圆形轨道上的向心加速度和速度。
-给定条件：已知地球的质量M、半径R以及宇宙飞行器在地球表面上的重力加速度g。
-解答步骤：
1.使用牛顿万有引力定律计算地球对宇宙飞行器的引力F：F = G * M * m / r^2，其中G为万有引力常数，m为宇宙飞行器的质量，r为飞行器到地心的距离。

高中物理导学案人教版必修二：宇宙航行2

高一物理必修2【学习目标】1、回顾三个宇宙速度，知道人造卫星的发射速度和运行速度的区别于关系。

2、了解人造卫星与近地卫星的计算问题。

3、了解卫星轨道变化导致各物理量的变化。

【自主学习】任务一知识回顾及思考1.回顾三个宇宙速度的定义及大小2.。

计算天体第一宇宙速度方法？3. 人造卫星的发射速度和运行速度有什么区别？它们的大小有何关系？任务二梦想成真（阅读教材p44-p45页，了解卫星问题的基本物理量之间的关系是什么?）【合作探究】1、根据人造卫星的有关原理，总结各物理量如w.T.V.R 之间的关系。

（2）、= v/r=3、变轨问题，如 r 变大，ω变、v 变、T 变。

例1、 1999年5月10日，我国成功地发射了“一箭双星”，将“风云1号”气象卫星和“实验5号”科学实验卫星送入离地面870km 的轨道，已知地球半径为6400km ，这两颗卫星的运动速度约为（）A 、11.2km ／sB 、7.9km ／sC 、7.4km ／sD 、2.1km ／s例2、如图所示，a 、b 、c 是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是（）A 、b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度；B 、b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度；C 、c 加速可追上同一轨道上的b ，b 减速可等候同一轨道上的c ；D 、a 卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大。

例 3.有一绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，其运动方向与地球的自转方向相同。

轨道半径为2R （R 为地球半径）。

地球自转的角速度为ω0。

若某时刻卫星经过赤道上某幢楼房的上空，那么卫星再次经过这幢楼房的上空时，需经历的时间为A. B. C. D.1a 、b 绕地球运行的轨道半径r a =2r b ，下列说法中正确的是： A 、由公式F=rm v 2可知，卫星a 的向心力是b 的1/2， rv m r mM G 22=（1）、由：得：v= r T m r mM G 222⎪⎭⎫ ⎝⎛=π得：T= （3）、由： R g 82πRg -02ωπ02ωπB 、由公式F=G 2r Mm可知，卫星a 的向心力是b 的1/4，C 、由公式F=m rv 2可知，卫星a 的向心力是b 的2倍， D 、以上说法都不对。

高中物理6.5宇宙航行预习案新人教必修2

宇宙航行【教学目标】一、知识与技术1．能叙述人造卫星的最初构思，会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。

2．明白三个宇宙速度的含义和数值，会用两种办法推导第一宇宙速度。

二、进程与方式1．通过对人造卫星的发射原理和第一宇宙速度公式推导的学习，使学生经历科学探讨、分析、归纳的思维进程。

2．通过试探问题的探讨了解人造卫星的有关知识。

三、情感态度价值观感受人类对客观世界不断探讨的科学精神和情感。

【预习任务】1．阅读教材“宇宙速度”部份，试探并回答以下问题：（1）了解人造地球卫星的最初构思，体会平抛规律的适用条件。

（2）理解什么是第一宇宙速度，并学会如何计算其大小。

现在若是继续增大物体抛出的速度，会出现什么现象？（3）理解什么是第二宇宙速度，并知道其大小。

（4）理解什么是第三宇宙速度，并明白其大小。

2．阅读教材“梦想成真”部份，试探并回答以下问题：（1）按照讲义数据“卫星质量83.6kg,每96min绕地球飞行一圈”，计算世界上第一颗人造卫星的轨道半径、高度和角速度。

（2）查找资料并讨论“同步卫星”的特点及相关内容的计算方式。

【试探与讨论】1.卫星的发射速度与围绕速度是一回事吗？2．人造卫星的周期能够小于80min吗？试通过计算说明。

3．“同步卫星”在绕地球运行时，有哪些物理量是肯定的？哪些物理量是不肯定的？【自主检测】1．完成课后第1题，并总结出计算“神舟”系列飞船的周期、半径和高度的方式。

2．完成课后第2题，并比较求第一宇宙速度的两种方式。

3．完成课后第3题，体会求解人造卫星问题的两条大体思路：（1）万有引力提供向心力；（2）在地球表面周围时万有引力看做与重力相等。

4．关于第一宇宙速度，下面说法正确的是（）A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B．它是近地圆形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形轨道的最小发射速度D．它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地址的速度【组内检查】1．什么是三个宇宙速度，大小别离是多少？2．卫星的发射速度与围绕速度是一回事吗？3．“同步卫星”在绕地球运行时，有哪些物理量是肯定的？哪些物理量是不肯定的？。

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湖北省咸宁市鄂南高级中学人教版高中物理必修二第6.6《宇宙航
行》导学案
【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；
【知识链接】设中心天体质量为M，绕行天体绕中心天体的轨道半径为r，引力常量为G，求绕行天体的线速度为v，角速度w，周期T。

向心加速度a？
【学习过程】
一．第一宇宙速度
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，解得
v=_____。

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。

二．第二宇宙速度
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：________。

三．第三宇宙速度
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_________。

四．同步卫星
是指相对于地面静止的卫星。

同步卫星必定位于赤道轨道，周期等于地球自转周期。

知道了同步卫星的周期，就可以根据万有引力定律、牛顿第二定律和圆周运动向心加速度知识，计算同步卫星的高度、速度等有关数据。

设地球质量为M，半径为R，地球自转周期为T, 引力常量为G，求绕地球做匀速圆周运动的同步卫星离地面的高度h,线速度为v，角速度w，向心加速度a？
五．卫星变轨
发射卫星时先将卫星发射至近地圆轨道1（如图所示），然后再次点火，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。

点时的加速度。

D．卫星在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点时
的加速度。

三、典例分析
【范例精析】
例题1.金星的半径是地球的0.95倍，质量是地球的0.82倍，金星表面的自由落体加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？(8.9m/s2;7.34Km/s)
例题2.已知地球半径R=6.4×106m，地球质量M=6.0×1024kg，地球自转周期为24小时，地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，第一宇宙速度v1=7.9×103m/s。

若发射一颗地球同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和速度应为多大？
【学习小结】（温馨提示：结合学习目标进行小结）
【当堂检测】
1.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速度是下列的（）
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7.9～11.2 km/s之间
2.人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，下列说法正确的是（）
A.半径越大，速度越小，周期越小
B.半径越大，速度越小，周期越大
C.所有卫星的速度均是相同的，与半径无关
D.所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关
3. 在地球 (看作质量均匀分布的球体)上空有许多同步卫星,下面说法中正确的是 ( )
A. 它们的质量可能不同
B. 它们的速度可能不同
C. 它们的向心加速度可能不同
D. 它们离地心的距离可能不同
4. 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线(非赤道)是共面的同心圆
B．与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆
C．与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，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的同心圆，但卫星相对地球表面是运动的
5.关于人造地球卫星及其中物体的超重和失重问题，下列说法正确的是：（）
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.进入轨道时作匀速圆周运动，产生完全失重现象，但仍受重力作用
D.失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的。

湖北省咸宁市鄂南高级中学高中物理 第6.6《宇宙航行》导学案 新人教版必修2

最新人教版高中物理必修2第六章《宇宙航行》教案