第6章 第5节 宇宙航行
宇宙航行教学设计
《宇宙航行》教学设计——兴城市高级中学闫金铎一．教材分析人教版必修二第六章第五节《宇宙航行》重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义。
本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术理论基础。
引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理，进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维和分析推理的能力。
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。
二．学情分析通过前面的学习，学生已对平抛运动、曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解。
在此基础上，通过教师合理诱导，按照迁移规律科学地设计问题情境，促进学生探究，获得新知。
尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，表达也许欠妥。
但只要始终参与到学习情境中，五官体验激活思维，大胆猜想，敢于表达，就都能获得发展和提高。
三．教学目标（一）知识与技能1．通过观察思考、合作探究使学生知道人造地球卫星的发射原理；2．通过阅读、合理诱导与精心研究使学生掌握三个宇宙速度，学会推导第一宇宙速度的两个求解公式；3．通过公式分析、练习反馈使学生掌握用万有引力定律和圆周运动知识求解有关卫星运动的基本问题。
（二）过程与方法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，使学生经历科学探究、分析、归纳的思维过程；2．教育学生在处理实际问题时，如何忽略次要因素，抓住主要因素，抽象出物理模型。
从而对学生进行物理研究方法的培养。
（三）情感态度与价值观1．在主动学习合作探究过程中，体验和谐、流畅、民主、愉悦的学习情境，在满怀热望的探究中不断获得美的感受和成功的喜悦。
2．介绍我国航天事业的发展现状，激发学生的求知欲和热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感，培养爱国热情。
四．教学重点1．人造卫星的发射原理，第一宇宙速度的推导；2．卫星做圆周运动时，各运动量与轨道半径r的关系。
新课标人教版高一物理必修二 第六章 第5节 宇宙航行
速度就越小。 (3)第一宇宙速度是地球人造卫星的最小发射速度。因为若发射 Mm v0 2 速度 v0<v＝7.9 km/s， 则有 G r2 >m r ， 即万有引力大于卫星所需向 心力，卫星将向圆心运动而落回地面。可见，要将卫星送入轨道， 必须使发射速度 v0≥v＝7.9 km/s。
2．第二宇宙速度
方法2：
重力提供卫星 v2 → mg＝m r → v＝ gr ≈7.9 km/s 运动的向心力
[名师点睛] (1)对于地球而言，第一宇宙速度是定值，大小仅与地球有关， 与卫星无关。 (2)第一宇宙速度是环绕地球做匀速圆周运动的最大速度。由 v ＝ GM r 可以看出，卫星距地面越高，它绕地球做匀速圆周运动的
得 v′＝2v＝2× 8 km/s＝16 km/s。
[答案] A
对于任何天体，计算其近地卫星环绕速度时，都 是根据万有引力提供向心力，近地卫星的轨道半径等
于天体的半径，然后利用牛顿第二定律列式计算。
1．人造卫星绕地球运行的动力学原理
人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力
作用，人造卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供。 2．卫星的轨道 (1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆 轨道。
故 A 项错误，B 项正确；人造卫星环绕地球做匀速圆周运动 的最大速度是 7.9 km/s， 故 C 错， 7.9 km/s 是人造卫星的最小 发射速度，故 D 项错。
答案：B
3．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 C．线速度变小 B．向心加速度变小 D．角速度变小 )
椭圆，地球位于一个焦点上。
(2)当16.7 km/s>v≥11.2 km/s时，卫星脱离地球的束缚， 成为太阳系的一颗“小行星”或绕其他行星运动的卫星。 (3)不同星体的宇宙速度是各不相同的，大小由星体的质 量及其半径，星体表面的重力加速度决定。
【成才之路】高中新课标人教版物理必修二第六章万有引力与航天第五节宇宙航行
【成才之路】⾼中新课标⼈教版物理必修⼆第六章万有引⼒与航天第五节宇宙航⾏第6章第5节基础夯实1．(⼴东滨河中学08～09学年⾼⼀下学期期中)地球同步卫星与静⽌在地⾚道上的物体⽐较，下列物理量相同的是()A．线速度B．⾓速度C．向⼼加速度D．周期2．随着“天宫”计划的实施，我国的航天员⼈数及航天员在太空中停留的时间逐渐增加，体育锻炼成了⼀个必不可少的环节．下列器材最适合航天员在轨道舱中锻炼时使⽤的是()A．哑铃B．弹簧拉⼒器C．单杠D．徒⼿跑步机解析：跳出思维定势是解决本题的关键．⼤多数的运动器材是靠⾃⾝或运动者的“重量”发挥作⽤的，⼀到“失重”的环境它们就完全派不上⽤场，⽽“太空”正是这样⼀个环境——在太空中的⼀切物体处于完全失重状态．3．(蚌埠⼆中09～10学年⾼⼀下学期期中)2008年9⽉25⽇⾄28⽇，我国成功实施了“神⾈”七号载⼈飞船航天飞⾏．在刘伯明、景海鹏的配合下，翟志刚顺利完成了中国⼈的第⼀次太空⾏⾛.9⽉27⽇19时24分，“神⾈”七号飞⾏到31圈时，成功释放了伴飞⼩卫星，通过伴飞⼩卫星可以拍摄“神⾈”七号的运⾏情况．若在⽆牵连情况下伴飞⼩卫星与“神⾈”七号保持相对静⽌，下列说法中正确的是()A．伴飞⼩卫星与“神⾈”七号飞船绕地球运动的⾓速度相同B．伴飞⼩卫星绕地球沿圆轨道运动的速度⽐第⼀宇宙速度⼤C．霍志刚在太空⾏⾛时的加速度和地⾯上的重⼒加速度⼤⼩相等D．霍志刚在太空⾏⾛时不受地球的万有引⼒作⽤，处于完全失重状态4．(2009年青岛模拟)据美国媒体报道，美国和俄罗斯的两颗通信卫星于2009年2⽉11⽇在西伯利亚上空相撞，这是⼈类有史以来的⾸次卫星在轨碰撞事件．碰撞发⽣的地点位于西伯利亚上空490英⾥(约790公⾥)，⽐国际空间站的轨道⾼270英⾥(约434公⾥)．若两颗卫星的运⾏轨道均可视为圆轨道，下列说法正确的是()A．碰撞后的碎⽚若受到⼤⽓层的阻⼒作⽤，轨道半径将变⼩，则有可能与国际空间站相撞B．在碰撞轨道上运⾏的卫星，其周期⽐国际空间站的周期⼩C．美国卫星的运⾏周期⼤于俄罗斯卫星的运⾏周期D．在同步轨道上，若后⾯的卫星⼀旦加速，将有可能与前⾯的卫星相撞5．(⼭东平度⼀中08～09学年⾼⼀下学期模块检测)2009年美国航天局成功发射了开普勒探测器，以完成寻找太阳系外类地可居住⾏星的任务．已知它围绕太阳做匀速圆周运动的周期约为372.5天，则开普勒探测器与地球相⽐()A．离太阳的距离较近B．围绕太阳运⾏的线速度较⼩C．围绕太阳运⾏的⾓速度较⼤D．围绕太阳运⾏的向⼼加速度较⼤解析：因为探测器的周期⽐地球⼤，所以它离太阳的距离较远，其⾓速度、向⼼加速度、线速度较地球⼩．6．在地⾯附近发射飞⾏器，如果发射速度⼤于7.9km/s，⽽⼩于11.2km/s，它绕地球运⾏的轨迹就不是圆，⽽是________．当飞⾏器的速度等于或⼤于________km/s时，它就会克服地球的引⼒，永远离开地球．在地⾯附近发射⼀个飞⾏器，要使它挣脱太阳引⼒的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或________km/s，这个速度叫做________．答案：椭圆11.2⼤于16.7第三宇宙速度(逃逸速度)7．我国已启动⽉球探测计划“嫦娥⼯程”，如图为设想中的“嫦娥1号”⽉球探测器飞⾏路线⽰意图．(1)在探测器飞离地球的过程中，地球对它的引⼒________(选填“增⼤”“减⼩”或“不变”)．(2)结合图中信息，通过推理，可以得出的结论是()①探测器飞离地球时速度⽅向指向⽉球②探测器经过多次轨道修正，进⼊预定绕⽉轨道③探测器绕地球的旋转⽅向与绕⽉球的旋转⽅向⼀致④探测器进⼊绕⽉轨道后，运⾏半径逐渐减⼩，直⾄到达预定轨道A ．①③B ．①④C ．②③D ．②④答案：(1)减⼩解析：(1)根据万有引⼒定律F ＝G Mm r 2，当距离增⼤时，引⼒减⼩； (2)由探测器的飞⾏路线可以看出：探测器飞离地球时指向⽉球的前⽅，当到达⽉球轨道时与⽉球“相遇”，①错误；探测器经多次轨道修正后，才进⼊预定绕⽉轨道，②正确；探测器绕地球旋转⽅向为逆时针⽅向，绕⽉球旋转⽅向为顺时针⽅向，③错误；探测器进⼊绕⽉轨道后，运⾏半径逐渐减⼩，直⾄到达预定轨道，④正确．8．(上海市交⼤附中08～09⾼⼀下学期期中)2009年4⽉5⽇，朝鲜中央通讯社发表声明宣布，朝鲜当天上午在位于舞⽔端⾥的卫星发射基地成功发射了⼀枚⽕箭，顺利将“光明星2号”试验通信卫星送⼊轨道．国际社会对此⼴泛关注．美国军⽅5⽇说，朝鲜当天发射的“卫星”未能进⼊轨道，发射物各节全部坠海；韩国政府⽅向作类似表述；俄罗斯外交部发⾔⼈涅斯捷连科5⽇表⽰，俄⽅已确认朝鲜发射卫星的事实，并呼吁有关⽅⾯在这⼀问题的评价上保持克制．假如该卫星绕地球运⾏且轨道接近圆形，卫星运⾏周期为T ，试求卫星距离地⾯的⾼度．(已知地球半径为R ，地球表⾯的重⼒加速度为g )答案：h ＝(gR 2T 2/4π2)13－R 解析：对地球上的物体m 1，m 1g ＝Gm 1M /R 2对卫星m 2，Gm 2M /(R ＋h )2＝4π2m 2(R ＋h )/T 2解之得：h ＝(gR 2T 2/4π2)13R 能⼒提升1．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解析：从G Mm r 2＝m v 2r 得r ＝GM v 2轨道半径与卫星质量⽆关．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，第⼀宇宙速度是卫星在最低圆道上运⾏的速度，⽽同步卫星是在⾼轨道上运⾏，其运⾏速度⼩于第⼀宇宙速度．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2．2001年3⽉23⽇“和平”号空间站完成了它的历史使命，坠落在浩瀚的南太平洋．“和平”号空间站是20世纪质量最⼤，寿命最长，载⼈最多，技术最先进的航天器，它在空间运⾏长达15年，下⾯有关“和平”号空间站坠落过程的说明正确的是() A．“和平”号空间站进⼊较稠密⼤⽓层时，将与空⽓摩擦，空⽓阻⼒⼤⼤增加B．“和平”号空间站在整个坠落过程中的运动轨迹是直线C．“和平”号空间站在整个坠落过程中的运动轨迹是曲线D．“和平”号空间站在进⼊⼤⽓层前，⾼度降低，速度变⼤解析：由F引＝F向得v＝GMr则⾼度降低，运动轨道半径减⼩，速度变⼤，进⼊⼤⽓层，空间站所受空⽓阻⼒⼤⼤增加，将沿着曲线坠落，不可能沿直线⾏进．3．(江西⾦溪⼀中08～09学年⾼⼀下学期期中)⼏⼗亿年来，⽉球总是以同⼀⾯对着地球，⼈们只能看到⽉貌的59%，由于在地球上看不到⽉球的背⾯，所以⽉球的背⾯蒙上了⼀层⼗分神秘的⾊彩．试通过对⽉球运动的分析，说明⼈们在地球上看不到⽉球背⾯的原因是()A．⽉球的⾃转周期与地球的⾃转周期相同B．⽉球的⾃转周期与地球的公转周期相同C．⽉球的公转周期与地球的⾃转周期相同D．⽉球的公转周期与⽉球的⾃转周期相同4．(四川绵阳南⼭中学08～09学年⾼⼀下学期期中)如图所⽰，卫星A、B、C在相隔不远的不同轨道上，以地球为中⼼做匀速圆周运动，且运动⽅向相同．若在某时刻恰好在同⼀直线上，则当卫星B经过⼀个周期时，下列关于三个卫星的位置说法中正确的是()A．三个卫星的位置仍在⼀条直线上B．卫星A位置超前于B，卫星C位置滞后于BC．卫星A位置滞后于B，卫星C位置超前于BD．由于缺少条件，⽆法⽐较它们的位置解析：卫星的轨道半径越⼤，其周期越长．5．(安徽潜⼭中学08～09学年⾼⼀下学期期中)2006年2⽉10⽇，如图所⽰的图形最终被确定为中国⽉球探测⼯程形象标志，它以中国书法的笔触，抽象地勾勒出⼀轮明⽉，⼀双脚印踏在其上，象征着⽉球探测的终极梦想，⼀位敢于思考的同学，为探⽉宇航员设计了测量⼀颗卫星绕某星球表⾯做圆周运动的最⼩周期的⽅法：在某星球表⾯以初速度v0竖直上抛⼀个物体，若物体只受该星球引⼒作⽤，忽略其他⼒的影响，物体上升的最⼤⾼度为h ，已知该星球的直径为d ，如果在这个星球上发射⼀颗绕它运⾏的卫星，其做圆周运动的最⼩周期为( )A.πv 0dhv 0d h D.2πv 0d h解析：v 20＝2g ′h ，∴g ′＝v 202h ，⼜mg ′＝m 4π2T 2·d 2，∴T ＝2πv 0dh . 6．随着科学技术的发展，⼈类已经实现了载⼈航天飞⾏，试回答下列问题：(1)载⼈航天飞船做近地飞⾏时的速度约为________km/s(已知地球半径R 地＝6400km ，地球表⾯重⼒加速度g ＝10m/s 2)．(2)为了使飞船达到上述速度需有⼀个加速过程，在加速过程中，宇航员处于________状态．⼈们把这种状态下的视重与静⽌在地球表⾯时的重⼒的⽐值⽤k 表⽰，则k ＝________(设宇航员的质量为m ，加速过程的加速度为a )选择宇航员时，要求他对这种状态的耐受⼒值为4≤k ≤12，说明飞船发射时的加速度值的变化范围为________．(3)航天飞船进⼊距地球表⾯3R 地的轨道绕地球做圆周运动时，质量为64kg 的宇航员处于______状态，他的视重为________N ；实际所受重⼒为________N.答案：(1)8 (2)超重 g ＋a g3g ～11g (3)完全失重 0 40 解析：(1)载⼈飞船近地飞⾏时，轨道半径近似等于地球半径，万有引⼒近似等于在地⾯表⾯的重⼒，提供其运⾏的向⼼⼒，mg ＝m v 2R 地，故v ＝gR 地＝10×6.4km/s ＝8km/s. (2)设在飞船向上加速过程中宇航员受⽀持⼒F N ，由⽜顿第⼆定律F N －mg ＝ma ，得F N ＝m (g ＋a )>mg ，宇航员处于超重状态，k ＝F N mg ＝a ＋g g，由题意4≤k ≤12，所以有3g ≤a ≤11g . (3)航天飞船在绕地球做匀速圆周运动时，重⼒完全⽤来提供向⼼⼒，宇航员处于完全失重状态，视重(对座椅的压⼒)为零，其实际所受重⼒也因离地⾼度增加⽽减少，为G ′＝mg (R R ＋h )2＝116mg ＝40N.。
(完整word版)宇宙航行教学设计
《宇宙航行》教学设计一．教材分析人教版必修二第六章第五节《宇宙航行》重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度,介绍了三个宇宙速度的含义。
本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术理论基础。
引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理,进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维和分析推理的能力。
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。
二．学情分析通过前面的学习，学生已对平抛运动、曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解。
在此基础上，通过教师合理诱导,按照迁移规律科学地设计问题情境,促进学生探究，获得新知。
尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，表达也许欠妥。
但只要始终参与到学习情境中,五官体验激活思维,大胆猜想，敢于表达，就都能获得发展和提高.三．教学目标(一）知识与技能1．通过观察思考、合作探究使学生知道人造地球卫星的发射原理;2．通过阅读、合理诱导与精心研究使学生掌握三个宇宙速度，学会推导第一宇宙速度的两个求解公式；3．通过公式分析、练习反馈使学生掌握用万有引力定律和圆周运动知识求解有关卫星运动的基本问题。
（二）过程与方法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，使学生经历科学探究、分析、归纳的思维过程；2．教育学生在处理实际问题时，如何忽略次要因素，抓住主要因素,抽象出物理模型。
从而对学生进行物理研究方法的培养。
(三）情感态度与价值观1．在主动学习合作探究过程中，体验和谐、流畅、民主、愉悦的学习情境，在满怀热望的探究中不断获得美的感受和成功的喜悦。
2．介绍我国航天事业的发展现状，激发学生的求知欲和热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感，培养爱国热情。
四．教学重点1．人造卫星的发射原理，第一宇宙速度的推导；2．卫星做圆周运动时，各运动量与轨道半径r的关系。
2020学年人教版必修2习题：第六章万有引力与航天第5节宇宙航行1含答案
第5节宇宙航行（满分100分，45分钟完成）班级_______姓名_______ 目的要求：1．能用万有引力定律和圆周运动的知识，计算天体的质量、密度和星球表面的重力加速度；2．理解描述人造卫星的各物理物理量的特点及与轨道的对应关系。
第Ⅰ卷(选择题共48分)一、选择题：本大题共8小题，每小题6分，共48分。
在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确，选对的得6分，对而不全得3分。
选错或不选的得0分。
1．关于万有引力定律应用于天文学研究的历史事实，下列说法正确的是（）A．天王星、海王星和冥王星，都是运用万有引力定律，经过大量计算后发现的B．18世纪时人们发现太阳的第七颗行星的运动轨道总是同根据万有引力定律计算出来的结果有比较大的偏差，于是人们推测出在这颗行星的轨道外还有一颗行星C．太阳的第八颗行星是牛顿发现万有引力定律的时候，经过大量计算而发现的D．太阳的第九颗行星是英国剑桥大学的学生亚当斯和勒维列合作研究，利用万有引力定律共同发现的2. 已知月球中心到地球中心的距离大约是地球半径的60倍，则月球绕地球运行的向心加速度与地球表面的重力加速度之比为（）A．1∶60 B．1C．1∶3600 D．60∶13．地球半径为R，地面附近的重力加速度为g，物体在离地面高度为h处的重力加速度的表达式是（）A．R hgR+B．RgR h+C．22()R hgR+D．22()RgR h+4．离地面有一定高度的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其实际绕行速率是（）A．一定大于7.9×103m/sB．一定小于7.9×103m/sC．一定等于7.9×103m/sD．7.9×103m/s＜v＜11.2×103m/s5．人造地球卫星由于受大气阻力，其轨道半径逐渐减小，其相应的线速度和周期的变化情况是（）A．速度减小，周期增大B．速度减小，周期减小C．速度增大，周期减小D．速度增大，周期增大6．关于第一宇宙速度，下列说法中不正确．．．的是（）A．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度B．实际卫星做匀速圆周运动的速度大于第一宇宙速度C．它是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度D．它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度7．同步地球卫星相对地面静止不动，犹如悬在高空中，下列说法错误．．的是（）A．同步卫星处于平衡状态B．同步卫星的速率是唯一的C．各国的同步卫星都在同一圆周上运行D．同步卫星加速度大小是唯一的8．设月球绕地球运动的周期为27天，则地球的同步卫星到地球中心的距离r与月球中心到地球中心的距离R之比为A．13B．19C．127D．118第Ⅱ卷（非选择题，共52分）二、填空、实验题：本大题共5小题，每小题5分，共25分。
6.5宇宙航行说课稿
必修二第六章第五节
衡水二中 高一二级部 物理组 说课人：张懂玉
一、背景分析
1.教材分析
《宇宙航行》选自物理必修二第六章第五节，主 要介绍了万有引力的实践性成就和万有引力理论使人 类实现“飞天”梦想。 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。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“万有引力定律”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。
三、教学设计特点
以上是本节的教学设计，有以下特点： 本节课始终以学生为主体精心设计教学活动,广泛利用 网络资源,创设教学情境,调动学生情感。在教学过程 中, 引导鼓励学生大胆猜测,探索研究,体验与科学家牛 顿原始研究人造卫星发射原理相似的“再发现”过程,引 起情感共鸣,积极主动学习。
新课教学
思 考
三、卫星的运行规律 （思维拓展）
1.卫星在不同高度的轨道、绕地球运转的 运行速度怎么求呢？ 2.卫星运行速度与发射速度是一回事么？
将各种卫星绕地球运动近似看成匀速圆周运动 万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，则：
v2 4 2 2 G m m r m r, 2 2 r r T Mm
新课教学
二、宇宙速度（精心研究 合理推
导）
?
将卫星绕地球的运动近似成匀速圆周运动，计算发 射人造卫星的速度?
（方法一）万有引力提供物体作圆周运动的向心力 ,代入数据得：v = 7.9km/s
人教版高中物理必修2第六章第5节宇宙航行练习题
高中物理人教版必修2第六章5宇宙航行练习题一、单选题1.我国在轨运行的气象卫星有两类，如图所示，一类是极地轨道卫星“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为，另一类是地球同步轨道卫星“风云2号”，运行周期为下列说法正确的是A. “风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度B. “风云2号”的运行速度大于C. “风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度D. “风云1号”“风云2号”相对地面均静止2.北斗问天，国之夙愿．我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍．在发射地球静止轨道卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球静止轨道Ⅱ则下列说法中正确的是A. 该卫星的发射速度必定大于B. 卫星在地球静止轨道Ⅱ的运行速度必定大于C. 卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道ⅡD. 卫星在轨道Ⅰ上经过Q点加速度小于在轨道Ⅱ上经过Q点的加速度3.在发射一颗质量为m的人造地球同步卫星时，先将其发射到贴近地球表面运行的圆轨道Ⅰ上离地面高度忽略不计，再通过一椭圆轨道Ⅱ变轨后到达距地面高为h的预定圆轨道Ⅲ上。
已知它在圆轨道Ⅰ上运行的加速度为g，地球半径为R，卫星在变轨过程中质量不变，则A. 卫星在轨道Ⅲ上运行的加速度大小为B. 卫星在轨道Ⅲ上运行的线速度大小为C. 卫星在轨道Ⅲ上的动能大于在轨道Ⅰ上的动能D. 卫星在轨道Ⅲ上的机械能小于在轨道Ⅰ上的机械能4.利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯．目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的倍．假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为A. B. C. D.5.关于第一宇宙速度，下列说法不正确的是A. 它是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最小运行速度B. 它是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度C. 它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度D. 它是发射卫星时的最小发射速度6.地球赤道上的山丘e，近地资源卫星p、同步通信卫星q和月球m，均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动设e、p、q、m的圆周运动速率分别为、、、，向心加速度分别为、、、，则A. B.C. D.7.2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星同步卫星，该卫星A. 入轨后可以位于北京正上方B. 入轨后的速度大于第一宇宙速度C. 发射速度大于第二宇宙速度D. 若发射到近地圆轨道所需能量较少8.北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。
高中物理必修二6-5宇宙航行自主学习任务单
独立、完整、准确地完成地球第一宇宙速度计算的推导。
任务三：明确三个宇宙速度的涵义，明确分辨物体具有某一发射速度时卫星运行的运动情况。
请着重注意：宇宙速度的单位。
任务四：区别“发射速度”和“环绕速度”的不同，准确理解“7.9km/s是地球卫星最小的发射速度和最大的环绕速度”这句话的涵义。
3.学习方法建议：
勤思多想，大胆预测
4. 课堂学习形式预告：
知识树建构
二、学习任务
通过观看教学录像自学，完成下列学习任务：
任务一：掌握牛顿关于发射卫星的思维过程。
请注意：在牛顿对卫星的设想中，发射速度较小时，物体可看做平抛运动，不过速度达到一定程度时，地球不能再看做是平面了，物体的运动性质已经发生了变化。
自主学习任务单
一、学习指南
1.课题名称：
人教版高二年级物理必修二第六章第五节《宇宙航行了解人造地球卫星的最初构想
通过观看教学视频，了解三大宇宙速度的意义，掌握第一宇宙速度的求解方法。
通过观看教学视频，独立完成《自主学习任务单》
通过阅读教材和课后材料搜集，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。
任务五：阅读教材“梦想成真”部分后，通过书籍或互联网等搜索国内外的航天前沿信息，为课堂“我眼中的航天”做好准备。
关键词：卫星的分类、卫星的功能、中国航天前沿、中国航天员之最
三、困惑与建议
宇宙航行教学设计
利用第一宇宙速度是近地环绕速度的特点和地面附近重力近似等于万有引力来进行学生间的智力竞赛。
理论
探究
由
提出问题
（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？
（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？
总结：第一宇宙速度是发射卫星所需的最小速度，是所有环绕地球运行卫星的最大速度。
引导：发射速度越大，人造卫星就进入更高的轨道，当速度大到某一值时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运动我们把这个速度叫第二宇宙速度（脱离速度），它的大小为v2=11.2km/s。
同时分析飞到太阳系以外的宇宙空间，速度必须等于或大于16.7km/s，这个速度叫第三宇宙速度（逃逸速度）。
学以
致用
展示各种卫星的图片，和学生一起讨论有关卫星的轨道和同步卫星的相关知识。并用动画展示同步卫星的运行和近地卫星的区别
梦想
成真
本节课的最后，播放了一段嫦娥奔月的视频，和宇航员在月球上的足迹图片。预计不久的将来，哪个国家也将登上月球，同学们高呼“中国”，那么我们现在能做些什么呢？让同学感想到：我们是祖国的未来的希望，现在需要努力学习科学文化知识，将来为祖国的航天事业做贡献。要培养学生坚韧不拨、勇于探索、协力合作的科学精神以及严谨求实、谦虚谨慎、勇于质疑科学态度；也要培养学习者热爱科学、热爱祖国的情感；努力学习、振兴中华的责任感。
（3）卫星做圆周运动时，各物理量的关系；
（4）同步卫星速度与卫星发射速度的区别；
（2）卫星做圆周运动时，各物理量的关系。
（四）教学流程图
（五）教学过程
环节
教学内容
设计意图
人教版高中物理必修二第六章第五节宇宙航行+测试题+Word版含答案.pptx
上，两卫星到地球中心的距离一定相等．故选C. 答案：C 6．(多选)如图，近地人造卫星和月球绕地球的运行轨道可视为
圆．设卫星、月球绕地球公转周期分别为 T 卫、T 月，地球自转周期为 T地， 则 ()
学无止 境
A．T 卫＜T 月 C．T 卫＜T 地
v2 mR 可得，选项
C
错误．由
F＝34GπRmρ，F＝mR4Tπ22可知，周期之比
为 1∶1，故 D 错误．
答案：A 8．“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( )
（R＋h静）3
ω静
≈2， ＝
（R＋h中）3
ω中
R＋h中3 R＋h静 ≈
21，
v静 ＝
v中
R＋h中
a静 R＋h中2
≈0.79， ＝
≈0.395，故只有A 正确．
R＋h静
a中 R＋h静
答案：A 9．如图所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星 A、B、C 绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法
律可得 Mm0＝m0g， G R2
ρ＝34MπR，3
ρ地 g地R月
ρ月＝
＝1.5. g月R地
答案：(1)2 6 (2)1.5
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
人教版物理高一必修二第六章第五节宇宙航行同步训练
人教版物理高一必修二第六章第五节宇宙航行同步训练一、单选题1. 关于天体运动的说法，下列正确的是( )A．牛顿思考了苹果落地的问题，发现了万有引力定律，并用扭秤测出引力常量B．卡文迪许做了著名的“月-地”检验，验证地面上物体的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同种性质的力C．万有引力定律的发现预言了彗星回归，预言了未知星体海王星和冥王星D．使卫星环绕地球运行的最小的发射速度称第一宇宙速度；高轨道卫星环绕速度较小，所以发射更容易些2. 地面上发射人造卫星，不同发射速度会产生不同的结果，下列说法正确的是（）A．要使卫星绕地球运动，发射速度至少要达到11.2km/sB．要使卫星飞出太阳系，发射速度至少要达到16.7km/sC．发射速度介于7.9km/s和11.2km/s之间，卫星能绕太阳运动D．发射速度小于7.9km/s，卫星能在地面附近绕地球做匀速圆周运动3.一位同学为了测算卫星在月球表面附近做匀速圆周运动的环绕速度，提出了如下实验方案：在月球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，测出物体上升的最大高度h，已知月球的半径为R，便可测算出绕月卫星的环绕速度。
按此方案，绕月卫星的环绕速度为（）A．B．C ．D ．4. 据报道．我国数据中继卫星“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l 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卫星”，下列说法正确的是（ ）A ．离地面高度一定，相对地面运动B ．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大C ．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等D ．运行速度大于7.9km/s5. 假设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n 倍,则( )A ．同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的B ．同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的C ．同步卫星的运行速度是地球赤道上的物体随地球自转速度的n 2倍D ．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的6. 亚洲Ⅰ号卫星是我国发射的通讯卫星，它是地球同步卫星，设地球自转角速度一定，下面关于亚洲Ⅰ号卫星的说法正确的是( )A ．它绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度B ．它沿着与赤道成一定角度的轨道运动C ．运行的轨道半径可以有不同的取值D ．如果需要可以发射到北京上空B ．地球赤道处的重力加速度变小A ．地球的第一宇宙速度变小比（）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，地球的其它条件都不变，则未来与现在相7.C．地球同步卫星距地面的高度变小D．地球同步卫星的线速度变小8. 如图为“高分一号”卫星与北斗导航系统中的“G1”卫星，在空中某一平面内绕地心O做匀速圆周运动的示意图。
【人教版】高中物理必修二全册优秀教案：第六章万有引力与航天第5节宇宙航行
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。
高一物理人教版必修二第六章第5节《宇宙航行》说课稿
《宇宙航行》说课稿尊敬的各位领导，各位老师，大家好。
今天我说课的题目选自人教版高中物理必修二第六章第五节《宇宙航行》。
下面我将从教材分析、学情分析，教学目标、教学重难点、教学方法、教学程序、作业设计与板书设计几个的方面进行阐述。
一、教材分析《宇宙航行》是新课程人教版必修二第六章第五节的内容，本节课是以学生前面已掌握的平抛运动、圆周运动和向心力等知识以及万有引力定律为基础，重点推导了第一宇宙速度，介绍了第二、第三宇宙速度。
通过对人造卫星、宇宙速度的介绍，使学生对航天科学产生兴趣，增强民族自信心和自豪感。
是学生进一步学习研究天体物理问题的基础。
二、学情分析从学生年龄特征来看，大多是00后出生，他们已经对本节知识有一定的接受能力，但是对知识体系条理性掌握，对易混淆知识的辨别能力还欠缺。
从学生的知识基础来看，本节与第五章息息相关，不同水平的学生学起来认知程度不一样。
从认知特点及思维规律来看，学生容易接收表象、浅显的知识，不易接收推理性强、易混淆的知识。
因此在教学过程中教师要作合理的引导。
三、教学目标1、知识与技能（1）知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。
（2）会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。
（3）理解卫星的运行速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系。
2、过程与方法(1)在学习牛顿对卫星发射猜想的同时，培养学生科学探索能力；(2)培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。
3、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，激发学生学习物理知识的热情。
（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。
四、教学重点依据课程标准要求和本节教材实际，并结合课后习题，确定本节的教学重点为：宇宙第一速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。
因为高一学生思维还不够敏捷，很难做到大跨度的思维跳跃，对于人造卫星、宇宙飞船等高科技产品，学生在学习时往往存在一定的心里障碍。
人教版高一物理必修二 第六章 第五节 宇宙航行 教学设计
知识与技能： 1） 了解人造地球卫星的最初构想 2） 知道三个宇宙速度的含义和数值，会推倒第一宇宙速度 3） 掌握人造地球卫星的处理方法,会求轨道半径、角速度、线速度、周期。 4） 了解人类发展对航天事业的贡献 过程与方法： 1） 通过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。
教学目标
2） 通过人造卫星的加速度、 速度、 角速度、 周期跟轨道半径的关系的讨论， 进一步理解卫星的有关规律。 3） 通过学生自己搜集报告航天事业及相关科学的过程， 补充学生相关知识 同时培养学生自学和应用网络资源的能力。 情感态度与价值观： 1） 通过介绍和多媒体展示牛顿对于人造地球卫星的最初构想， 使学生体验 科学探索的过程。 2） 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。 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价值观。
学生活动 回答：它们的落地点不 同，速度越大，落地点离 山脚越远。
设计意图 以学过的平 抛运动知识 引入到人造 地球卫星知 识的学习，不 但使学生了
学生猜想并交流想法。
解科学探索 的过程，更让 学生体会到 尖端科学的 最初设想都 是从已知的 简单科学知 识出发的。激 发学生对基 础知识的兴 趣，增强学生 对科学探索 的信心。
第六章 第五节 宇宙航行 教学设计
本节内容是万有引力定律应用的重点内容，是匀速圆周运动和万有 引力定律的结合。在宇宙速度的教学部分，教师合理的为学生搭建 台阶，学生建立物理模型应用已知的圆周运动和万有引力定律推导 人造卫星的环绕速度，培养学生解决物理问题的能力。高一年级的
设计思想
学生学习兴趣浓厚，但是学习上比较有依赖性，本节课程除了宇宙 速度部分需要老师的引导，大部分都可以让学生参与课堂教学中进 行自学互学，这正是一个培养学生学习方法的好机会。学生通过搜 集、 整理、 汇报的形式完成这一部分的学习， 真正成为课堂的主体， 培养自学能力的同时，增强了同学间的合作互助能力。
2019年高中物理第六章第5节宇宙航行讲义(含解析)新人教版
宇宙航行一、宇宙速度┄┄┄┄┄┄┄┄①1．牛顿的设想把物体从高山上水平抛出，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。
2．三种宇宙速度[说明]人造卫星能够绕地球转动而不落回地面，不是卫星不再受到地球引力的作用了，只是地球引力全部用来提供向心力。
二、梦想成真┄┄┄┄┄┄┄┄②1．1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造卫星。
2．1969年7月，美国阿波罗11号登上月球。
3．2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空。
4．2008年9月，我国成功发射“神舟七号”载人飞船，并首次实现太空行走。
①[判一判]1．第一宇宙速度是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度(√)2．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度(×)3．绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s(×)4．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(×)1.地球的第一宇宙速度及推导第一宇宙速度又叫环绕速度，是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，也是人造地球卫星的最小发射速度，其大小的推导有两种方法：方法一方法二2．第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，使之能够脱离地球的引力作用永远离开地球所必需的最小发射速度，也叫脱离速度，其大小为v ＝11.2 km/s 。
3．第三宇宙速度在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，也叫逃逸速度，其大小为v ＝16.7 km/s 。
[典型例题]例1.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/sB ．32 km/sC ．4 km/sD ．2 km/s[解析] 由G Mm R 2＝m v 2R 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，即M ′＝6M ，R ′＝1.5R ，所以v ′v＝GM ′R ′GM R＝M ′RMR ′＝2，则v ′＝2v ＝16 km/s ，A 正确。
6-5、6第五节 宇宙航行
第六章 第五、六节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解析：第一宇宙速度是卫星的最小发射速度、最大绕行速度．故选B 、C. 答案：BC2．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( )A ．卫星A 的运动周期比卫星B 的运动周期大 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 解析：由G Mmr 2＝m v 2r ＝m ω2r得v ＝GMr，ω＝ GMr 3又T ＝2πω＝2πr 3GM由此分析A 正确． 答案：A3．土卫十和土卫十一是土星的两颗卫星，都沿近似为圆周的轨道绕土星运动，其参数如表：A ．受土星的万有引力较大B ．绕土星做圆周运动的周期较大C ．绕土星做圆周运动的向心加速度较大D ．动能较大解析：设土星质量为M ，其卫星质量为m ，卫星轨道半径为r ，土星对卫星的万有引力F引＝G Mmr 2，M 不变，r 相同，则m 大的受到的引力大，故A 正确．再由G Mm r 2＝ma n ＝m 4π2T 2r ＝m v 2r可知：T ＝2πr 3GM ，a n ＝GMr2，因轨道半径相同，则两卫星的周期、向心加速度都相同，故B 、C 错．卫星的动能E k ＝12m v 2＝G Mm2r ，则m 大的E k 大，故D 正确．答案：AD4．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 ．角速度变小解析：探测器做匀速圆周运动由万有引力提供向心力，则：G Mm r 2＝m 4π2T 2r ，整理得T ＝2πr 3GM，可知周期T 较小的轨道，其半径r 也小，A 正确； 由G Mm r 2＝ma n ＝m v 2r ＝mrω2，整理得：a n ＝G Mr2，v ＝GMr，ω＝GMr 3，可知半径变小，向心加速度变大，线速度变大，角速度变大，故B 、C 、D 错误．答案：A5．在地球上发射一颗近地卫星需7.9 km/s 的速度，在月球上发射的近月卫星需要多大速度？(已知地球和月球质量之比M 地∶M 月＝81∶1，半径之比R 地∶R 月＝4∶1)解析：设卫星的环绕速度为v ，则由G MmR 2＝m v 2R ，得v ＝GMR ，所以v 月v 地＝ M 月R 地M 地R 月＝ 1×481×1＝29， 解得v 月＝29v 地＝1.76 km/s.答案：1.76 km/s(时间：45分钟满分：60分)1.如图所示中的圆a、b、c，其圆心均在地球的自转轴线上．b、c的圆心与地心重合，对卫星环绕地球做匀速圆周运动而言()A．卫星的轨道可能为aB．卫星的轨道可能为bC．卫星的轨道可能为cD．同步卫星的轨道只可能为b解析：卫星轨道的中心与地球中心重合，这样的卫星轨道才可能存在．故可能为B、C.同步卫星轨道只能与赤道是共面同心圆．故D对．答案：BCD2．人造地球卫星的轨道半径越大，则()A．速度越小，周期越小B．速度越小，加速度越小C．加速度越小，周期越大D．角速度越小，加速度越大解析：由v＝GMr，ω＝GMr3，T＝4π2r3GM，a＝GMr2，可得出B、C选项正确．答案：BC3．在轨道上运行的人造地球卫星，若卫星上的天线突然折断，则天线将() A．做自由落体运动B．做平抛运动C．和卫星一起绕地球在同一轨道上运行D．由于惯性沿轨道切线方向做直线运动解析：折断的天线由于惯性而具有卫星原来的速度，在地球引力作用下继续在原轨道上运行，故选C.明确折断的天线与卫星具有相同的运动情况和受力情况是解题的关键．答案：C4．甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道．以下判断正确的是( )A ．甲的周期大于乙的周期B ．乙的速度大于第一宇宙速度C ．甲的加速度小于乙的加速度D ．甲在运行时能经过北极的正上方解析：地球卫星绕地球做圆周运动时，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律知G Mm r 2＝m 4π2rT2，得T ＝2π r 3GM .r 甲>r 乙，故T 甲>T 乙，选项A 正确；贴近地球表面运行的卫星的速度称为第一宇宙速度，由G Mm r 2＝m v2r 知v ＝GMr，r 乙>R 地，故v 乙比第一宇宙速度小，选项B 错误；由G Mm r 2＝ma ，知a ＝GMr 2，r 甲>r 乙，故a 甲<a 乙，选项C 正确；同步卫星在赤道正上方运行，故不能通过北极正上方，选项D 错误．答案：AC5．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/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 Mmr 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 ′RMR ′＝2， 即v ′＝2v ＝2×8 km/s ＝16 km/s ，A 对．答案：A6．1989年10月18日，人类发射的“伽利略”号木星探测器进入太空，于1995年12月7日到达木星附近，然后绕木星运转并不断发回拍摄到的照片，人类发射该探测器的发射速度应为( )A ．等于7.9 km/sB ．大于7.9 km/s 而小于11.2 km/sC ．大于11.2 km/s 而小于16.7 km/sD ．大于16.7 km/s解析：要到达木星，发射速度应介于第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，故选C. 答案：C7．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解析：超、失重是一种表象，是从重力和弹力的大小关系而定义的．当向上加速时超重，向下减速时(a 方向向上)也超重，故A 、B 正确．卫星做匀速圆周运动时，万有引力完全提供向心力，卫星及卫星内的物体皆处于完全失重状态，故C 正确．失重的原因是重力(或万有引力)使物体产生了向心加速度，故D 错．答案：ABC8．某同学设想驾驶一辆“陆地—太空”两用汽车，沿地球赤道行驶并且汽车相对于地球速度可以增加到足够大．当汽车速度增加到某一值时，它将成为脱离地面绕地球做圆周运动的“航天汽车”．不计空气阻力，已知地球的半径R ＝6 400 km.下列说法正确的是( )A ．汽车在地面上速度增加时，它对地面的压力增大B ．当汽车速度增加到7.9 km/s ，将离开地面绕地球做圆周运动C ．此“航天汽车”环绕地球做圆周运动的最小周期为1 hD ．在此“航天汽车”上可以用弹簧测力计测量物体的重力解析：由mg －N ＝m v 2R 得N ＝mg －m v 2R ，可知A 错；7.9 km/s 是最小的发射速度，也是最大的环绕速度，B 对；由mg ＝m ⎝⎛⎭⎫2πT 2R 知T ＝84分钟，C 错；“航天汽车”上处于完全失重状态，任何与重力有关的实验都无法进行，D 错．答案：B二、非选择题(共2个小题，每题10分，共20分)9．一颗人造地球卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，已知地球的第一宇宙速度是v 1＝7.9 km/s ，问：(1)这颗卫星运行的线速度多大？ (2)它绕地球运动的向心加速度多大？(3)质量为1 kg 的仪器放在卫星内的平台上，仪器的重力多大？它对平台的压力多大？ 解析：(1)卫星近地运行时，有：G Mm R 2＝m v 21R 卫星离地高度为R 时，有：G Mm 4R 2＝m v 222R ，从而可得v 2＝5.6 km/s.(2)卫星离地高度为R 时，有：G Mm 4R 2＝ma ；靠近地面时，有：G MmR 2＝mg ，从而可得a ＝g /4＝2.45 m/s 2.(3)在卫星内，仪器的重力就是地球对它的吸引力，则：G ′＝mg ′＝ma ＝2.45 N ；由于卫星内仪器的重力充当向心力，仪器处于完全失重状态，所以仪器对平台的压力为零．答案：(1)5.6 km/s (2)2.45 m/s 2 (3)2.45 N 010．已知地球的半径为R ＝6 400 km ，地球表面附近的重力加速度g ＝9.8 m/s 2，若发射一颗地球的同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和速度应为多大？解析：设同步卫星的质量为m ，离地面的高度为h ，速度为v ，周期为T ，地球的质量为M ，同步卫星的周期等于地球自转的周期．G MmR2＝mg① G Mm (R ＋h )2＝m (R ＋h )⎝⎛⎭⎫2πT 2②由①②式得h ＝3R 2T 2g 4π2－R＝3(6 400×103)2×(24×3 600)2×9.84×3.142 m－6 400×103 m ≈3.6×107 m. 又因为G Mm(R ＋h )2＝m v 2R ＋h③由①③式得v＝R2g R＋h＝(6 400×103)2×9.86 400×103＋3.6×107m/s≈3.1×103 m/s.答案：3.6×107 m 3.1×103 m/s。
6-5第5节 宇宙航行
2．地球同步卫星． 相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通信卫星．同 步卫星有以下几个特点： (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，且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)要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向心力是万有引力提 供的，万有引力必须在轨道平面上，所以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．
二、人造地球卫星 1．人造卫星的运行规律． (1)人造卫星的运行速率． Mm mv 由G 2 ＝ ，得 v＝ r r
2
GM ，即为人造卫星绕地球做匀速圆周 r GM ＝ gR＝ 7.9 km/s，这是 R
运动时的线速度．说明轨道半径越大，卫星做圆周运动的线速度就越 小；当 r＝ R时，卫星绕地面运行， v＝
第一宇宙速度，也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． Mm 4π2 由 G 2 ＝ mr 2 ，得 T＝ 2π r T r3 .说明轨道半径越大，卫星做圆 GM R3 ， GM
周运动的周期就越大，即所需时间越长；当 r＝ R时，T＝ 2π
这是卫星绕地球做圆周运动时所需的最短时间．又 GM＝ gR2，所以 T＝ 2π r3 . gR2
第5节 宇宙航行
课标定位 ①了解人造地球卫星的最初设想．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．
填一填 · 知识清单 ———————————————— 宇宙速度 1． 牛顿的设想 如图 6－ 5－ 1所示，当 1 ______足够大时，物体将会围绕地球旋转 而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的人造卫星． 2．卫星的速度 v Mm 卫星绕地球转动时， 2 ________提供向心力，即 G 2 ＝ m ，其 r r 中 r为卫星到地心的距离，则 v＝ 3 ______.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第5节宇宙航行
【学习目标】
1.了解人造卫星的有关知识，知道其运动规律。
2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
3.搞清环绕速度与轨道半径的关系。
【学习过程】
一、宇宙速度
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，解得
v=_____。
对第一宇宙速度的理解：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小发射速度，是近地卫星的环绕速度，是地球卫星的最大运行速度。
2．第二宇宙速度：是飞行器脱离地球引力束缚的最小发射速度，其值为：________。
3. 第三宇宙速度，是飞行器脱离太阳引力束缚的最小发射速度，其值为：________。
◇拓展辨析◇
a:运行速度:指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
b:发射速度:指被发射物体离开地面时的水平初速度
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也是环绕地球运行的最大速度. 二、同步卫星
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平面，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力公式知识，计算同步卫星的高度、速度等有关数据。
【范例精析】
例1：无人飞船“神舟二号”曾在离地面高度H=3.4×105m的圆轨道上运行了47h，求这段时间里它绕地球多少周？（地球半径R=6.37×106m，重力加速度g=9.8m/s2）
变式1—1 .关于第一宇宙的速度，下面说法错误的是（）
A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B．它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度
C．它是能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动时近地点的速度
变式1—2.发射人造地球卫星时，求人造地球卫星绕地球运行的周期不得低于多少分钟？
例2：已知地球半径R=6.4×106m，地球质量M=6.0×1024kg，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？
变式2—1.地球半径为R，地面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球同步卫星离地面的高度为h，则地球同步卫星的线速度大小为（）
变式2—2.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，相对于自己静止不动，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，两颗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，两颗卫星到地球中心的距离可以不相等，但应成整数倍
C.两人都在赤道上，两颗卫星到地球中心的距离一定相等
D.两人都在赤道上，两颗卫星到地球中心的距离可以不相等
【夯实基础】
1.关于宇宙速度，下列说法正确的是（）
A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行的最小发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
2.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
3. 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
4.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
5.人造卫星由于受大气阻力，轨道半径逐渐减小，则线速度和周期变化情况为（）A．线速度增大，周期增大B．线速度增大，周期减小
C．线速度减小，周期增大D．线速度减小，周期减小
【知能提升】
1．航天飞机绕地球做匀速圆周运动时，机上的物体处于失重状态，是指这个物体（）A. 不受地球的吸引力 B. 受到地球吸引力和向心力平衡C. 受到地球的引力提供了物体做圆周运动的向心力 D. 对支持它的物体的压力为零2．人造地球卫星由于受大气阻力，其轨道半径逐渐减小，其相应的线速度和周期的变化情况是（）
A. 速度减小，周期增大
B. 速度减小，周期减小
C. 速度增大，周期增大
D. 速度增大，周期减小
3．宇航员在一个半径为R的星球上，以速度v0竖直上抛一个物体，经过t秒后物体落回原抛物点，如果宇航员想把这个物体沿星球表面水平抛，而使它不再落回星球，则抛出速度至少应是（）
4．2011年8月，“嫦娥二号”成功进入了绕“日地拉格朗日点”的轨道，我国成为世界上第三个造访该点的国家，如图所示，该拉格朗日点位于太阳与地球连线的延长线上，一飞行器位于该点，在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动，则此飞行器的
( )
A ．线速度大于地球的线速度
B ．向心加速度大于地球的向心加速度
C ．向心力仅由太阳的引力提供
D ．向心力仅由地球的引力提供 【出类拔萃】
1.双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动。
研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化。
若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T ,经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k 倍，两星之间的距离变为原来的n 倍，则此时圆周运动的周期为( )
T k
n A 23. T k n B 3. T k n C 2. T k n D . 2．组成星球的物质是靠引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率，如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持赤道附近的物体做圆周运动。
已知一个星球的质量为M ，半径为R ，假设该星球是均匀分布的，求它的最小自转周期。
3．1997年8月26日在日本举行的国际学术大会上，德国Max Plank 学会的一个研究组宣布了他们的研究结果：银河系的中心可能存在一个大“黑洞”。
所谓“黑洞”，它是某些天体的最后演变结果。
(1) 根据长期观测发现，距离某“黑洞”6.0×1012m 的另一个星体（设其质量为m 2）以２×１０6m/s 的速度绕“黑洞”旋转，求该“黑洞”的质量m 1;（结果要求二位有效数字）
（2）根据天体物理学知识，物体从某天体上的逃逸速度公式为
v= ,其中引力常量Ｇ＝6.67×10-11Ｎm 2/kg -2,M 为天体质量，Ｒ为天体半径。
且已知逃逸的速度大于真空中光速的天体叫“黑洞”。
请估算（１）中“黑洞”的可能最大半径。
（结果要求一位有效数字）。