高中物理第三章4人造卫星宇宙速度教案3教科版必修2
高中物理必修二教案-3.4 人造卫星 宇宙速度6-教科版
人造卫星宇宙速度【教学目标】1、知识与技能（1）了解人造卫星的有关知识（2）分析人造卫星的运动规律（3）掌握三个宇宙速度的物理意义，（4）会推导第一宇宙速度；（5）简单了解航天发展史；（6）能用所学知识求解卫星基本问题。
2、过程与方法（1）培养学生观察数据分析数据的能力；（2）培养学生科学推理、探索能力；（3）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；（4）学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。
（5）培养学生自学和应用网络资源的能力。
（6）理解科学技术与社会的互动关系，培养学生科学的民主意识。
3、情感态度与价值观介绍世界及我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。
【教学重难点】教学重点：（1）卫星运行的动力学特点规律，第一宇宙速度的推导。
教学难点：（1）卫星的运行速度与发射速度的区别；（2）第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星运行的最大速度。
【教学方法】讲授、讨论并辅以多媒体演示及网络环境下的自学等多种形式的教学方法。
体现信息化教学和综合化的思路，有效合理地应用各种教育教学手段，丰富学生的学习方式，优化教学过程。
【教学器材】网络设备及相应的教学软件。
【教学手段】多媒体设备、物理课件【教学过程】一、新课引入教师：（ppt 关于嫦娥奔月，万户，宇宙苍穹的图片）有一个传说凄惨而美丽，有一个假设大胆但无知，有一种追求几代人一直在继续……学生：欣赏图片。
教师：仰望星空，浩瀚的宇宙苍穹给人以无限遐想，千百年来，人类一直向往能插上翅膀飞出地球，去探索宇宙的奥秘，李白的“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽明月”是怎样的一种豪情？到今天这一梦想实现了吗？学生：实现了。
（激起学生兴趣）教师：世界上第一颗人造卫星的发射，揭开了人类探索宇宙的新篇章。
提问1：（1）世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的？（2）我国哪一年发射了自己的人造卫星？（3）迄今我国共发射了多少颗人造卫星？学生：踊跃回答教师：从1970年4月24日东方红一号的成功发射，到2007年10月24日嫦娥一号发射我国发射人造卫星和其他探测器60多个，他们分别在通信，气象，探测，导航等多个领域发挥着重要作用。
4.人造卫星宇宙速度-教科版必修2教案
4. 人造卫星——宇宙速度-教科版必修2教案一、人造卫星的定义和作用人造卫星是人类发射到地球或其他天体轨道上的机械装置，主要用于科学探测、通信、气象观测、导航定位等领域。
人造卫星的发射和运行需要达到特定的速度和高度条件，通常需要通过火箭运载发射到轨道上。
人造卫星的重要作用有：•科学探测：人造卫星可以探测外层空间的信息、画像、观测和研究宇宙的起源、天体物理、大气层、地球环境等方面的问题。
•通信传输：人造卫星可以提供全球范围内的通讯服务、广播电视信号、多媒体信息、移动通信、卫星导航等服务。
•气象观测：人造卫星可以通过气象遥感技术观测大气层的云层、温度、气压等参数，多普勒气象雷达技术，提高天气预报的准确率。
•导航定位：人造卫星还可以提供精准的卫星导航、地理信息服务，促进国际贸易、交通运输的发展。
二、人造卫星发射需要达到的速度人造卫星进入轨道需要两个速度阶段：离地速度和宇宙速度。
离地速度是指火箭飞行器从地面起飞到地球周围输送燃料的过程，也就是所谓的“脱离地心引力”阶段。
离地速度大小取决于火箭的起飞方式和质量大小，一般约为11km/s。
宇宙速度则是人造卫星在轨道上一直维持的速度，它是指在地球引力场的影响下，在轨道高度上一定距离上保持的最小速度。
宇宙速度的大小取决于人造卫星所处的轨道高度，一般在地球距离太阳平均距离的1/3公里每秒左右，大约为7.9km/s。
三、人造卫星轨道种类和运行方式人造卫星的轨道种类主要包括地球同步轨道、中地轨道、远地点轨道和低轨道。
•地球同步轨道（GEO）：在地球赤道上高度为3.5787万公里处，人造卫星绕地球旋转一周的时间恰好为24小时，与地球自转周期同步，能够与地球赤道上的某一点始终保持相同的位置，以实现卫星上的广播、电话、电视等通信和气象、环境监测等功能。
•中地轨道（MEO）：高度在2000-36000公里之间，主要用于卫星导航、车联网和移动通信等领域。
•远地点轨道（HBO）：高度在36000-400000公里间，适用于科学探测、通讯、观测和卫星导航等领域。
高中物理第三章4人造卫星宇宙速度教案3教科版必修2
第4节人造卫星宇宙速度=7. 9km/s.这就是卫星绕地面附近做圆周运动所需的速度, 叫第一宇宙速度，也称环绕速度.【板书】1.第一宇宙速度（环绕速度）Vt= 7. 9km/s地球质量：5.98X1O24kg 半桎：637X106m展示课件并讲解请学生根据所学知识，推导第一宇宙速度的另一种表达b= d推导：地面附近重力提供向心力,V mg = m —即R所以将R=6. 37X 10 m , g= 9. 8m/s?代入，求出第一宇宙速度仍为7. 9km /s.如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于7.9km /s, 而小于11.2km /s,它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭圆.当物体的速度等于或大于11.2km /s时，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星.所以，11. 2km/s是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速度，也称脱离速度.观察、思考物体做圆用运动的向心力曲万商外力提供,E V2\向二m——16. 7km/&第一字击it火学习效果评价：本节课较好地完成了预定的教学目标，学生能应用万有引力定律解决简单的人造卫星和宇宙速度问题.此过程激发了学生的学习兴趣.但是本节也反映出学生的数学推理能力较差，建立物理模型解决实际问题的意识较弱.教学反思：本节课的教学活动，始终以学生为主体，精心设计学习活动，创设教学情境，调动学生积极性，及时启发、诱导、点拨，促进学生大胆猜想，独立思维，探索研究，经历、体验与牛顿研究人造卫星发射原理相似的“再发现”过程.2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分.在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1.放射性元素A经过2次a衰变和1次0衰变后生成一新元素B,则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了A. 1位B. 2位C. 3位D. 4位2.如图所示，质量为M的小车放在光滑水平面上，小车上用细线悬吊一质量为m的小球，M>m,用一力F水平向右拉小球，使小球和车一起以加速度a向右运动时，细线与竖直方向成a角，细线的拉力为T。
教科版高中物理必修二3.4人造卫星宇宙速度教案
人造卫星宇宙速度
【教学目标】
1．认识人造卫星的有关知识及运动规律。
2．理解人造卫星的发射原理及宇宙速度的推导。
3．结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量。
【教学重点】
1．认识人造卫星的有关知识及运动规律。
2．结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量。
【教学难点】
会理解人造卫星的发射原理及宇宙速度的推导。
【教学过程】
一、情境导入
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。
你知道是谁率先提出了制造并发射人造地球卫星的设想吗？
二、新知学习
（一）从幻想到现实——人造卫星
1．卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体。
2．人造卫星用于通信、导航、侦察、收集气象数据和其他许多领域内的科学研究。
（二）宇宙速度
1．第一宇宙速度：使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度，其大小为v1＝7.9 km/s，又称环绕速度。
2．第二宇宙速度：使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为v2＝km/s，又称脱离速度。
3．第三宇宙速度：使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为v3＝km/s，也叫逃逸速度。
【想一想】
如果要发射一个火星探测器，试问这个探测器将大体以多大的速度从地球上发射？
提示：火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度和第三宇宙速度之间，即11.2 km/s<v<16.7 km/s。
-学高中创新设计物理教科版必修2学案：第3章第4节人造卫星宇宙速度精品教育.doc
2019-学年高中创新设计物理教科版必修2学案：第3章第4节人造卫星宇宙速度精品教育1第4节人造卫星宇宙速度阅读教材第52页“人造卫星”部分，了解人类迈向太空的重大历史事件。
1．1895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基在《天地幻想和天球引力效应》论文中，率先提出制造人造地球卫星的设想。
2．1957年10月4日苏联成功发射了第一颗人造地球卫星。
思维拓展宇航员在太空中离开飞船后而不落回地面，是否是由于宇航员不再受到地球的引力作用？答案不是。
宇航员在太空中离开飞船后，依然绕地球运动，受到地球的引力提供向心力。
二、宇宙速度阅读教材第52～53页“宇宙速度”部分，初步了解人造卫星的动力学原理。
(1)不同天体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？(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？答案(1)不同。
由第一宇宙速度的计算式v＝GMR可以看出，第一宇宙速度的值取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关。
(2)越大。
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。
预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中人造地球卫星[要点归纳]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提供向心力。
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。
人造地球卫星的三种轨道2．卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系(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)。
2020-2021学年高中物理 第三章 万有引力定律 4 人造卫星 宇宙速度教案 教科版必修2
人造卫星宇宙速度【教材分析】本节是教科版《必修2》万有引力定律一章的最后一节，是引导万有引力定律的综合应用，是学生利用所学知识解决实际问题的内容．新教材增加了人造地球卫星从提出设想到成功发射的历程，并且揭示了人造地球卫星在通信、导航、收集气象数据和其他许多领域内的应用，加强了学生生活与现代社会及科技发展的联系，使学生更加关注物理学的技术应用所带来的社会问题，更加关注科学技术的现状及发展趋势可以增强学生的求知欲，发展科学探索的兴趣，学习科学探究的方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，体现了新课标的总体目标要求．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．新课程标准要求：了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度；通过了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用，培养学生科学服务于人类的意识．【学情分析】学生应该知道什么是环绕速度，会通过公式计算人造卫星的环绕速度，知道为什么人造卫星不会从天上掉下来，分析卫星的运行规律．学生还应该知道什么是第二宇宙速度和第三宇宙速度，卫星达到第二宇宙速度和第三宇宙速度时将会怎样运动．【教学目标】通过本节课的学习探究，你应该：1.通过课内交流、小组讨论、教师点评，理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期及向心加速度与轨道半径的关系。
2.通过小组讨论、计算，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
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。
【教学准备】视频、动画、网上资源、多媒体技术．【教学重点难点】第一宇宙速度的推导、运行速率与轨道半径之间的关系．【教学方式】讲授、讨论．【教学过程】【活动一】知道人造卫星、推导人造卫星v、ω、a、T和半径的关系【活动二】宇宙速度阅读教师点评宇宙速度了解第二宇宙速度和第三宇宙速度的意义。
教师提问：当卫星的运行速度大于第一宇宙速度时，卫星又会怎样运动呢？导学生得出第二、第三宇宙速度的含义．培养阅读概括能力。
高中物理第三章4人造卫星宇宙速度教案2教科版必修2
第4节人造卫星宇宙速度教学环节教学内容教学说明一、利用图片，创设情景，引出课题二、探究卫星是如何发射和环绕的1．由学生讲述卫星的形成过程．2．观看视频：“嫦娥一号”的发射、变轨和环绕地球运行的模拟演示．卫星的形成过程很复杂，经过简化可以看出有这样几步：发射、转轨、环绕．随着“神舟五号”、“神舟六号”和“嫦娥一号”的发射，各种媒体全方位报道，学生对卫星的了解程度已经很高了，给学生机会回顾和感受．提出问题．三、如何研究卫星的运动1．观看视频：卫星模拟轨道．一部分卫星的轨道是圆的，还有一部分卫星的轨道是椭圆的．我们把椭圆轨道也近似为圆来处理，这样就可以按照圆周运动的规律来研究卫星的运动了．2．神舟五号的椭圆轨道远地点和近地点的距离分别是 350 千米和 200 千米．地球半径是6400 千米，请学生讨论说明能否近似用圆周运动代替椭圆轨道研究卫星问题．3．探究卫星做圆周运动时由什么力提供向心力．地球对卫星的引力和卫星需要的向心力之间有什么样的关系？课件演示各种不同的卫星轨道．教师总是告诉学生用圆周运动规律处理卫星问题，学生会是心存疑虑：“这样的处理有用吗？”用圆周运动处理卫星问题不仅简化了问题，也是符合实际情况的．通过真实数据让学生心悦诚服地接受这种近似．四、推导卫星的环绕速度、角速度、周期（一）线速度以及线速度的变化1．人造地球卫星在空中运行时 , 仅受到地球对它的万有引力作用，这时，这个运动就是卫星做匀速圆周运动所需要的向心力．根据由上式可知， r 越大，即卫星离地面越高 ,它环绕地球运动的速度v越小．对于靠近地面运行的卫星，可以认为 r 近似等于地球的半径地球对物体的引力近似等于卫星的重力 mg ，则有：由学生推导并讨论线速度、角速度、周期随轨道半径的变化．线速度随着半径的变化而变化．v＝ 7.9km /s这就是人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，是所有环绕地球运动的卫星的最大速度．这个速度也是发射一颗地球人造卫星所具有的最小速度，叫第一宇宙速度．2．播放视频：三颗不同轨道卫星的速度不同学生学习卫星最大的难点在于没有空间整体形象，通过视频、课件让学生建立起地球与卫星之间的立体图景是很重要的．（二）角速度以及角速度的变化同步卫星（ 1 ）同步卫星的高度是确定的： h＝36000 km．（ 2 ）理解同步卫星“同步”的意义．（ 3 ）探究同步卫星的位置．2．观看视频：同步卫星的轨道以及同步卫星的发射．推导之后由学生讨论：角速度随着轨道半径的变化而变化．学生对同步卫星这个词很熟悉，对什么是同步、什么位置可以同步不了解．提出问题：是否可以在北京上空固定一颗同步卫星？（三）周期以及周期的变化周期最小的卫星同时也是速度最大的卫星．2．观看视频：离地面不同高度的卫星速度大小不同，周期不同．3．讨论：线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系：一定四定，一变四变．推导之后由学生讨论：周期随着轨道半径的变化而变化．视频中三颗不同的卫星，轨道半径、线速度、角速度、周期都不同，对同一颗卫星来说，这四个物理量之间有着怎样的关系？五、卫星的发射速度1．讨论卫星是怎样发射出去的？录像显示发射过程很复杂，我们把复杂的技术过程略去，回到基本原理上来，一个物体如何直接告诉学生宇宙速度是发射速度，学生虽然接受，心成为一颗卫星呢？2．牛顿的设想：观看视频．从四条轨迹看，物体成为一颗地球卫星的条件，就是平行于地面发射的速度要足够大．第一宇宙速度： 7.9km /s．第二宇宙速度： 11.2km /s．第三宇宙速度： 16.7km /s．3．观看视频：以不同的速度发射的物体轨迹不同．中的疑虑是很大的，每个卫星发射前的速度不都是零吗？哪个速度才是发射速度呢？六、简述我国航天发展1．图片：嫦娥奔月的轨迹图．2．回顾卫星的发展，展望我国航天事业的未来．卫星的发射有时候要从低轨道通过变轨到高轨道，卫星返回时要从高轨道通过变轨回到低轨道，变轨是怎么实现的呢？教学流程图：学习效果评价：（略．根据实际情况设计，注意可操作性）教学反思：1．卫星问题涉及到发射、变轨和环绕三个环节．课标要求重点在环绕部分，对发射只要求了解三个宇宙速度．随着“神舟五号”、“神舟六号”和“嫦娥一号”发射过程的全方位报导，学生对卫星的了解已经很丰富了．尤其对点火升空、椭圆轨道、变轨等印象深刻．在教学设计中我试着帮助学生把头脑中已有的知识串联起来形成一个较为完整的知识结构．2．对于知识掌握较好的学生，我认为教师的处理应该灵活一些．比如变轨问题，实际是牛顿定律的应用．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。
高中物理第三章4人造卫星宇宙速度教案4教科版必修2
第4节人造卫星宇宙速度教学过程：过程1．设计问题情境，复习知识，应用万有引力定律解决问题①观看视频资料“土星的光环”②教师提问：“试用力学方法判定土星的光环究竟是土星物质的外延还是绕土星的卫星带？”这个问题由学生讨论，分别请学生提出自己的方案并加以解释：如果是连续物，则这些物体做匀速圆周运动的线速度与半径成正比，如果是卫星，则这些物体做匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比．③教师给出结论：通过观察，发现光环是土星的卫星带．设计意图：通过这一环节，学生利用已有知识解决教师设定的问题，即复习了万有引力定律，为新课打好知识基础，又激发起学生学习知识、解决问题的欲望．过程2：创设情境，合理分析，激发①观看视频“万户奔月”地球的天然卫星是月亮，人们自古就有“奔月”的梦想，我国古代的万户就是其中一个，他曾经将自己用 47 枚火箭捆绑，尝试飞天，点火后火箭爆炸，万户不幸牺牲．教师提问：万户问什么没有成功？学生分析回答．一次次的失败并没有阻止人类进行太空探索活动．终于，第一颗人造卫星于 1957 年 10 月 4 日在前苏联升空，中国也于 1970 年发射了第一颗人造卫星．特别是去年 10 月 15 日至 16 日，中国第一次实现载人航天，宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”绕地飞行 14 圈，顺利返回，圆了中国人盼望已久的飞天之梦，这是每一个中国人的骄傲和自豪！教师提问：“那么人类是怎样把物体发射出去，送入太空的呢？”②观察动画“牛顿的设想” 1 、 2 、 3 步．教师提问：为什么都落回了地面？学生回答，因为受到万有引力，有的说是重力的作用．教师提问：观察和比较不同速度的物体运动轨迹，你能发现什么？学生观察、思考讨论，得出物体的初速度越大，飞得越远．教师提问：从刚才的结论，你还能想到什么？学生回答物体会围绕地球转动，速度大到一定程度，物体将做离心运动，可能飞出太阳系．观察动画“牛顿的设想” 4 、 5 、 6 步．师生小结：牛顿设想的运动是完全可能的．当抛出物体的初速度足够大时，物体将围绕地球做匀速圆周运动，成为一颗人造地球卫星．（出示课题：人造卫星宇宙速度）设计意图：学生在教师设计的问题情境中进一步思考、讨论、推理，在愉快的观察、思考中获得成功的喜悦．学生能用圆周运动的特点从已知理论的角度证明这种可能性，从而引导学生掌握科学的思维方法．过程3：应用定律，合理探究，研究宇宙速度：①推导第一宇宙速度教师提问：要有足够大的速度才能使抛出的物体成为人造卫星，这个速度是多大呢？已知地球和人造卫星质量分别为 M 和 m ，地球半径为 R．学生进行推导，在正确的解题思路引导下得出结果．让一个学生在黑板上推导．教师观察其他同学解题指导答疑，大多数学生能推导得出公式，完成旧知的迁移构建，课件再现推导过程，帮助全体学生达标．师生共同合作，得出第一宇宙速度 v1＝ 7.9km /s ，并简要说明其意义．②带领学生完成教材第 54 页“活动”，推导第一宇宙速度③了解第二宇宙速度和第三宇宙速度的意义教师提问：当卫星的运行速度大于第一宇宙速度时，卫星又会怎样运动呢？学生独立思考、发言卫星的运行速度大于第一宇宙速度的可能．教师通过教材第 54 页图 3-4-3 ，引导学生得出第二、第三宇宙速度的含义．设计意图：让学生充分参与课堂教学，真正成为课堂的主体．过程4．熟悉思路和方法，研究卫星运行规律①观看视频了解我国航天技术．教师提问：“神舟六号”运行圆轨道高度为 343 公里，周期 90 分钟，根据这些数据我们能分析出卫星的运行速度、周期等物理量吗？②学生探究人造卫星运行规律，讨论发言，教师总结归纳．不同轨道有不同的线速度，轨道半径 r 越大，线速度 v 越小；不同轨道有不同的角速度，轨道半径 r 越大，角速度ω越小；不同的轨道有不同的运行周期，轨道半径 r 越大，周期 T 越大；不同轨道有不同的向心加速度，轨道半径 r 越大，向心加速度越小．③探讨人造卫星的发射速度和环绕地球的运行速度的不同．设计意图：学生通过对人造卫星的加速度、速度、角速度、周期跟轨道半径关系的讨论，进一步学习利用圆周运动规律和万有引力定律分析问题的方法，了解中国的航天事业的发展，激发爱国热情．过程5．学习教材“发展空间”，研究同步卫星①观看视频材料“同步卫星”．教师提问：什么样的卫星叫同步卫星？我们北京的上空会不会有一颗同步卫星呢？学生观看视频，分析资料，在教师的引领下总结归纳同步卫星的特点．周期一定、角速度一定、轨道一定、环绕速度大小一定、向心加速度大小一定．②阅读教材第 56 页“发展空间”的材料．教师提问：大家能不能根据材料画出卫星的不同的发射轨道，并分析两种发射方法的优缺点？学生动手画出轨迹并分析讨论．教师利用 flash 动画归纳概括．设计思想：同步卫星的两种发射方法，开拓了学生的视野，发展了学生的好奇心；结合圆周运动的知识对同步卫星的变轨发射做进一步讨论，可以增强学生的求知欲，发展科学探索的兴趣，学习科学探究的方法，发展自主学习的能力，养成良好的思维习惯．过程6：课外探究、布置作业①课堂小结．人造地球卫星的发射原理、宇宙速度、卫星的发射速度与运行速度、同步卫星．②完成教材“发展空间”的实验室和物理在线的内容，完成一篇小论文．设计思想：理科的学生要重视理科小论文写作，注重对学生进行这方面的训练，是每位物理老师应尽的责任．教学流程图：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。
高中物理《人造卫星宇宙速度》教学设计 教科版必修2-教科版高中必修2物理教案
人造卫星 宇宙速度教学设计课前预习：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．第二宇宙速度是指人造卫星不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度，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，那么有：G Mmr 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，其环绕速度可以是以下的哪些数据( ) 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/s6．关于第一宇宙速度，以下表达正确的选项是( ) 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， 那么以下说法正确的选项是( )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 ＝GMmr 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22A ．①③B ．②③C ．②④D ．③④课堂探究：〔学生看书，讨论，做题，总结〕 知识点一 第一宇宙速度 1．以下表述正确的选项是( ) 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．假设某中子星的半径为10 km ，密度为 1.2×1017kg/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 ．5.8×104km/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 ，假设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v2B ．v 不变，使轨道半径变为2RC ．轨道半径变为34R D ．v 不变，使轨道半径变为R24．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，以下说法正确的选项是( )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〞，以下说法正确的选项是( )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，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，那么当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的选项是( )图1A．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，以下说法正确的选项是( ) 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课后巩固练习：1．在正绕地球运行的人造卫星系统内，以下仪器还可以使用的有( )A．天平B．弹簧测力计C．密度计D．气压计2．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，但卫星相对于地球表面是运动的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，那么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4．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5.图21970年4月24日，我国自行设计、制造的第一颗人造卫星“东方红一号〞发射成功，开创了我国航天事业的新纪元．“东方红一号〞的运行轨道为椭圆轨道，如图2所示，其近地点M和远地点N的高度分别为439 km和2 384 km，那么( )A．卫星在M点的速度小于N点的速度B．卫星在M点的角速度大于N点的角速度C．卫星在M点的加速度大于N点的加速度D．卫星在N点的速度大于7.9 km/s6．如图3所示，图3a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星．a、b质量相同，且小于c 的质量，以下判断正确的选项是( )A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度B．b、c的周期相等，且大于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b所需的向心力最小7．由于通信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8．地球和木星绕太阳运行的轨道都可以看作是圆形的．木星的轨道半径约为地球轨道半径的5.2倍，那么木星与地球绕太阳运行的线速度之比约为( )A．0.19 B．0.44 C．2.3 D．5.29．2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙—2251〞卫星和美国的“铱—33〞卫星在西伯利亚上空约805 km处发生碰撞，这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件．碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境．假定有甲、乙两块碎片绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，那么以下说法中正确的选项是( )A．甲的运行周期一定比乙的长B．甲距地面的高度一定比乙的高C．甲的向心力一定比乙的小D．甲的加速度一定比乙的大图410．2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图4所示．关于航天飞机的运动，以下说法中正确的有( )A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度B．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度C．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度题12345678910 号答案11.1990年3月，中国紫金山天文台将1965年9月20日发现的第753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32 km.如果该小行星的密度和地球相同，求该小行星的第一宇宙速度．(地球半径R0＝6 400 km，地球的第一宇宙速度v0取8 km/s.)图512．如图5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.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)，那么至少经过多长时间，他们再一次相距最近？人造卫星 宇宙速度课前预习练1．近地轨道 最大环绕 最小 7.9 km/s 2．11.2 km/s3．引力 太阳系 16.7 km/s4．引力 m v 2r mω2r m (2πT)2rGMr GM r 32πr 3GM5．B6．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GMm R 2＝m v 2R ，即v ＝GMR，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 r 2知轨道半径增大到原来的2倍，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，应选D.]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 ＝GMr，又M ＝ρV ＝ρ4πr33，得v ＝r4πGρ3＝1×104×4×3.14×6.67×10－11×1.2×10173m/s ＝5.8×107m/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 ＝GMr. 3．C [由GMm R 2＝mR 4π2T2得，T ＝4π2R3GM＝2πR 3GM ，因为T ′＝2T ＝2πR ′3GM，解得R ′＝34R ，应选C.]4．(1)gR2(2)4π2Rg解析 (1)人造地球卫星受到的地球对它的引力提供向心力，那么GMm 2R 2＝mv 22R在地面，物体所受重力等于万有引力，GMmR 2＝mg 两式联立解得v ＝gR2.(2)T ＝2πr v＝2π·2R gR2＝4π2R g.5．ABD6．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＝mv 2r＝mω2r ＝m4π2T 2r ＝ma ，得：v ＝GMr ，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 [此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＝GMr 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．]课后巩固练1．B [绕地球飞行的人造卫星及其内所有物体均处于完全失重状态，故在卫星内部，一切由重力引起的物理现象不再发生或由重力平衡原理制成的仪器不能再使用．故天平、密度计、气压计不能再用，而弹簧测力计的原理是胡克定律，它可以正常使用，B 项正确．]2．CD [发射人造地球卫星，必须使卫星受到的地球对它的万有引力提供向心力，所以不可能与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆，因为此时卫星受的万有引力与轨道半径有一非零度的夹角，所以A 错．由于地球自转与卫星轨道面重合的经线不断变化，所以B 错．C 项是可以的，D 项也是可以的，只是卫星不再是地球同步卫星．]3．A [由G Mm r 2＝m 4π2rT 2知T ＝2πr 3GM，变轨后T 减小，那么r 减小，应选项A 正确；由G Mm r 2＝ma ，知r 减小，a 变大，应选项B 错误；由G Mm r 2＝m v 2r知v ＝GMr，r 减小，v 变大，应选项C 错误；由ω＝2πT知T 减小，ω变大，应选项D 错误．]4．B [因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度，此时卫星的轨道半径近似的认为是地球的半径，且地球对卫星的万有引力充当向心力．故公式G Mm R 2＝mv 2R 成立，解得v ＝GM R ，因此，当M 不变，R 增加为2R 时，v 减小为原来的12倍，即选项B 正确．] 5．BC [根据GMm r 2＝ma ＝m v 2r ，得在M 点速度大于在N 点速度，A 错误，C 正确；根据GMm r2＝mω2r 得ω＝GMr 3，知B 正确；7.9 km/s 是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，故D 错误．]6．BD [由v ＝GM r 可知：v a >v b ＝v c ，所以A 错．由G Mm r 2＝mr (2πT)2可知半径r 越大，周期越长，B 正确．由a ＝G M r 2可知C 错．由F ＝m v 2r可知：b 所需的向心力最小，D 正确．]7．A [同步卫星运行时，万有引力提供向心力，GMm r 2＝m 4π2T 2r ＝m v 2r ，故有r 3T 2＝GM4π2，v＝GMr，由于同步卫星的运行周期与地球自转周期相同，故同步卫星的轨道半径大小是确定的，速度v 也是确定的，同步卫星的质量可以不同．要想使卫星与地球自转同步，轨道平面一定是赤道平面．故只有选项A 正确．]8．B [由万有引力定律和圆周运动知识G Mm r 2＝m v 2r，可得v ＝GMr，所以木星与地球绕太阳运动的线速度之比v 1v 2＝r 2r 1＝0.44，B 正确．] 9．D [甲的速率大，由v ＝GMr可知，甲碎片的轨道半径小，故B 错；由公式T ＝2πr 3GM可知甲的周期小，故A 错；由于未知两碎片的质量，无法判断向心力的大小，故C 错；碎片的加速度是指万有引力加速度，由GMm r 2＝ma 得GMr2＝a ，可知甲的加速度比乙的大，故D 对．]10．ABC [根据开普勒第二定律，近地点的速度大于远地点的速度，A 正确．由Ⅰ轨道变到Ⅱ轨道要减速，所以B 正确．根据开普勒第三定律，r 3T2＝k ，r Ⅱ<r Ⅰ，所以T Ⅱ<T Ⅰ，C 正确．根据G Mm r 2＝ma 得：a ＝GM r2，故在轨道Ⅰ和Ⅱ上经过A 点时的加速度相等，D 错误．]11．20 m/s解析 由万有引力充当向心力，得对小行星：GM 1m 1R 21＝m 1v 21R 1①ρ1＝M 143πR 31②对地球：GM 2m 2R 22＝m 2v 22R 2③ρ2＝M 243πR 32④由①/③得M 1R 1·R 2M 2＝v 21v 22⑤而②/④可得M 1∶M 2＝R 31∶R 32⑥同理⑤/⑥得v 1∶v 2＝R 1∶R 2因R 2＝R 0＝6 400 km ，v 2＝v 0＝8 km/s ，R 1＝16 km.所以v 1＝R 1R 2·v 2＝166 400×8 000 m/s＝20 m/s.12．(1)2πR ＋h3gR 2(2)2πgR 2R ＋h3－ω0解析 (1)由万有引力定律和向心力公式得GMm R ＋h2＝m4π2T 2B(R ＋h ) ①又在地球表面有GMm 0R 2＝m 0g ②联立①②解得T B ＝2πR ＋h 3gR 2. (2)依题意有(ωB －ω0)t ＝2π ③ 又ωB ＝2πT B＝gR 2R ＋h3④联立③④解得t ＝2πgR 2R ＋h3－ω0.。
高中物理必修二教案-3.4 人造卫星 宇宙速度2-教科版
《人造卫星宇宙速度》一．设计思想在以往的关于人造卫星的教学中，由于不少新名词的介绍方法比较刻板，条框化，数据化，同时缺乏直观性，常常给学生一种这些知识离自己很遥远的感觉。
在看到一些数据时毫无亲切感，只能死记硬背。
而近年来，我国航天事业取得了一系列的高速的发展。
航天离我们越来越近。
因此在设计这堂课时，教师充分利用多媒体的直观性，从生活入手，从身边入手引发学生兴趣并使之成为课堂的参与者。
使得学生觉得在学习就在自己身边发生的很实际的一些有用的物理知识，从而提高学习的有效性。
二．教学目标（一）知识与技能1．了解人造卫星的发射原理2．知道宇宙第一、第二、第三速度会计算卫星的环绕速度与运行周期（二）过程与方法1．了解并体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用2．通过对万有引力定律在人造卫星上的重要作用,体会科学定律和科学探究的意义（三）情感态度与价值观1．培养学生对科学的好奇心和学习物理知识的求知欲,2．了解我国航天事业的发展,进行爱国主义教育.三、教学重难点1.教学重点:培养学生对万有引力定律的应用能力2.教学难点:人造卫星的运行速度和周期的计算四、教学设计流程图五、教学过程:引入新课：1.看系列图片：（各种卫星拍摄的图片）伊朗核设施、天安门、曼哈顿、月表图片（嫦娥一号发回的）、在月球南极拍摄的“地落”照片、动态气象云图（视频：中央气象预报的气象云图）。
[问]以上图片和动态云图是在什么位置借用什么设备拍摄的？[答]是借用卫星拍摄的。
[展示GPS实物]提问GPS的工作原理是什么呢？[视频]GPS的一段广告片[问]你认为里面的关键词是什么？[答]三颗卫星、全球定位[播放] 《东方红》乐曲录音并提问学生：这首乐曲的名字？[讲述]这首乐曲曾在20世纪七十年代响遍大江南北，响彻宇宙太空，有谁知道它发自何处？[图片]东方红一号卫星[视频]东方红一号卫星的发射[问]第一颗人造卫星是哪国何时发射的？[答]苏联“斯普特尼克”（sputnik）（俄文中：旅伴。
高中物理必修二教案-3.4 人造卫星 宇宙速度4-教科版
授课地点“多功能录播室”课题宇宙航行教学目的1.了解发射人造卫星的原理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.了解地球同步卫星的特点重点、难点第一宇宙速度的推导、理解第一宇宙速度是最小的发射速度也是最大的运行速度教学模式、程序【引入】--【视频或动画演示】--【分析讨论】--【解决问题】教学辅助手段多媒体课件、教学环节教师活动学生活动设计意图引入利用微信启动页面引入人造卫星体验思考使课堂教学在一个良好的心理氛围中开始。
讲授新课1.简介中国的航天发展史的重大节点2.通过牛顿的设想介绍人造卫星的发射原理3.讲解地球的三大宇宙速度①让学生亲自计算第一宇宙速度②以火星对比让学生明白不同的天体宇宙速度是不一样的③简单介绍第二第三宇宙速度④介绍实际生活中如何发射人造卫星了解体验激发学生的求知欲和民族自豪感，也进一步引出下一个如何发射一颗人造卫星让学生了解牛顿300多年前关于人造卫星的设想，体会猜想、外推的科学方法，感受科学家的思想之伟大，培养学生的科学思维。
第一宇宙速度是重点内容，让学生理解第一宇宙速度，以及掌握它的计算定性了解第二、第三宇宙速度及其物理意义。
理论联系实际⑤分析讨论第一宇宙速度是最小的发射速度也是最大的运行速度4.介绍人造卫星①介绍人造卫星的轨迹并总结人造卫星的共同点②了解地球同步卫星的特点 1）ω、T 与地球自转相同 2）轨道一定在赤道上空3）高度4h=3.610km ⨯4）r 、ω、T 、v 、a n 数值确定板书：一、发射人造卫星 1.原理2.地球的三大宇宙速度 ①第一宇宙速度：7.9km/s最小的发射速度，最大的运行速度 ②第二宇宙速度：11.2km/s ③第三宇宙速度：16.7km/s 二、人造卫星1.共同点：轨道以地心为圆心2.地球同步卫星①ω、T 与地球自转相同 ②轨道一定在赤道上空 ③高度4h=3.610km ⨯培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。
帮助学生建立起关于各种人造地球卫星运行状况的正确图景。
2017-2018学年高中物理教科版必修2教学案：第三章 第4
第4节人造卫星__宇宙速度1．第一宇宙速度为7.9 km/s ，其意义为最小发射速度或最大环绕速度。
2．第二宇宙速度为11.2 km/s ，其意义表示物体脱离地球的束缚所需要的最小发射速度。
3．第三宇宙速度为16.7 km/s ，其意义为物体脱离太阳引力的束缚所需的最小发射速度。
4．同步卫星的线速度、角速度、周期、轨道、向心加速度均是一定的。
一、人造卫星1．卫星：一些自然的或人工的在太空绕行星运动的物体。
2．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 M E mr2＝m v 2r ，则卫星在轨道上运行的线速度v 二、宇宙速度 1．第一宇宙速度使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度，其大小为v 1＝7.9_km/s ，又称环绕速度。
2．第二宇宙速度使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为v 2＝11.2_km/s ，又称脱离速度。
3．第三宇宙速度使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为v 3＝16.7_km/s ，也叫逃逸速度。
1．自主思考——判一判(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s 。
(√)(2)绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s 。
(×) (3)无论从哪个星球上发射卫星，发射速度都要大于7.9 km/s 。
(×)(4)当发射速度v>7.9 km/s时，卫星将脱离地球的吸引，不再绕地球运动。
(×)(5)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。
(√)(6)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)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3-4-1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。
高中物理：3.4《人造卫星 宇宙速度》教案(教科版必修2)
第三章 §3.4人造卫星 宇宙速度 探究案一、学始于疑———我思考，我收获现代人类生活在很多方面都要依赖人造卫星。
那么我们是怎样将地球上的设备变成一颗人造卫星的呢？二、质疑探究 ———质疑解惑，合作探究★探究点一 人造卫星的发射和宇宙速度牛顿在揭示了万有引力定律之后，又描绘了人造卫星的原理：从高山上水平抛出物体，速度一次比一次大，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。
请你替牛顿算一算，至少需要多大的速度v 1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？（已知地球半径R =6400km 、地球质量M =6x1024 kg 、G =6.67x10-11 N m 2/kg 2 g =9.8m/s 2 ）小结提升：向高轨道发射卫星，火箭克服地球引力所消耗的能量就更多，所以这个速度是使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度，称为第一宇宙速度。
它也是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为“环绕速度”。
v 1=7.9 km/s 。
拓展:如果此时的发射速度大于v 1 ，物体将会做什么运动？小结：第二宇宙速度：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度，v ２=１１.２ km/s 。
第三宇宙速度：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
V ３=１６.７ km/s 。
★探究点二 人造卫星的运行（重点）１. 人造卫星的运行轨道的特征：人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的 ，人造卫星作圆周运动的向心力由 提供。
所以人造卫星的圆形轨道的圆心一定是 。
２. a 、b 、c 三颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，它们的质量相等，轨道半径不同,比较它们的向心加速度a n 、线速度v 、角速度ω 、周期T 的大小。
如果C 的速度增加，能否与同轨道的b 相撞。
小结提升：由此可得，第一宇宙速度是最大的运行速度。
高中物理《人造卫星宇宙速度》教案(2)教科版必修2-教科版高中必修2物理教案
人造卫星宇宙速度设计思想：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。
通过本节的学习，树立万有引力定律在天体运动中应用的基本思想，理清各物理量之间的关系，把握求解天体运动问题的基本思路和方法。
在设计思想上力求起点低，更直观，表达新课标的理念。
让学生充分参与课堂教学，真正成为课堂的主体。
教学方法：讲授、讨论并辅以多媒体演示以及网络环境下的自学等多种形式的教学方法，表达STS教育和综合化思路，有效地利用各种教学手段，丰富学生的学习方法，优化教学过程。
本节课的难点是第一宇宙速度的推导，先给学生一个物理情境，去推导一个运行速度，然后在辅以第一宇宙速度的概念，再去讨论第一宇宙速度的意义，这样学生更容易掌握，理解，更容易突破难点。
一、教学目标〔一〕知识与技能1了解人造卫星的发射与运行原理,知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度2通过了解人造卫星的运行原理,认识万有引力定律对科学发展所起的作用,培养学生科学服务于人类的意识.〔二〕过程与方法i1体验概念的形成过程2培养学生自学和应用网络资源的能力。
3通过万有引力推导第一宇宙速度，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力〔三〕情感、态度与价值观：1通过介绍我国在卫星方面的知识，激发学生的爱国情怀2感知人类探索宇宙的梦想，促使学生形成为献身科学的人生价值观。
3理解科学技术与社会的互动关系，同时培养学生科学的某某意识。
二、教学重点与难点教学重点：人造卫星的发射和运行原理教学难点：第一宇宙速度的推导三教学内容的变化1教学要求的区别旧教材新教材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1了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度2通过了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用，培养学生科学服务于人类的意识.2引入的区别旧教材：演示牛顿设想原理图。
由于抛出速度不同，物体的落点也不同。
最新教科版高中物理必修2第三章第4节《人造卫星 宇宙速度》学案
最新教科版高中物理必修2第三章第4节《人造卫星宇宙速度》学案班别______姓名_____【学习目标】1．了解人造卫星的发射与运行原理,知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度。
2．通过了解人造卫星的运行原理,认识万有引力定律对科学发展所起的作用,培养学生科学服务于人类的意识。
【阅读指导】1．________________________________________________________________________ _____________________________________________叫做第一宇宙速度。
_______________________________________________________________________________ ________________________________________叫做第二宇宙速度。
_______________________________________________________________________________ ________________________________________叫做第三宇宙速度。
2．同一颗卫星距地心越远,它运行的线速度就越_____、角速度就越______、向心加速度就越______、飞行周期就越______、重力势能就越______、动能就越______、发射时需要消耗的能量就越_____、发射就越_______。
【课堂练习】★夯实基础1．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2．一颗小行星环绕太阳做匀速圆周运动。
轨道半径是地球公转半径的4倍,则（）A．它的线速度是地球线速度的2倍B．它的线速度是地球线速度的1/2C．它的环绕周期是4年D．它的环绕周期是8年3．用m表示地球通信卫星（同步卫星）的质量,h表示卫星离开地面的高度,R0表示地球的半径,g0表示地球表面处的重力加速度,ω0表示地球自转的角速度,则通信卫星所受地球对它的万有引力大小（）A．等于零 B．等于20020 () mR g R h+C．等于m．以上结果都不对4．地球的两颗人造卫星质量之比m1 : m2 = 1 : 2,圆运动轨道半径之比r1 : r2 = 1 : 2,则（）A．它们的线速度之比v1 : v2: 1B．它们的运行周期之比T1 : T2C．它们的向心加速度之比a1 : a2 = 4 : 1D ．它们的向心力之比F 1 : F 2 = 1: 15．证明人造卫星的飞行速度（线速度）随着飞行高度的增加而减小。
2020-2021学年高中创新设计物理教科版必修2：第三章 学案4 人造卫星 宇宙速度
学案4 人造卫星 宇宙速度[学习目的定位] 1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2.理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.理解我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情． 一、人造卫星1．卫星是一些自然的或人工的在太空绕行星运动的物体．2．1957年10月4日，当时的苏联将第一颗人造卫星送入环绕地球的轨道，震惊了全世界． 二、宇宙速度1．使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度叫做第一宇宙速度，v 1＝7.9 km/s. 2．使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球外表发射所需的最小速度叫做第二宇宙速度，v 2＝11.2 km/s.3．使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球外表发射所需的最小速度叫做第三宇宙速度，v 3＝16.7 km/s. 一、人造地球卫星的运动特点 [问题设计]图1如图1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，卫星环绕地球做匀速圆周运动，据此考虑并讨论以下问题： (1)三条轨道中可以作为卫星轨道的是哪条？为什么？(2)卫星绕地球做匀速圆周运动，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＝ GMr 3，T ＝2π r 3GM. [要点提炼]1．所有卫星的轨道平面过地心．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 ＝mω2r ＝m 4π2T 2r(1)a ＝GMr 2，r 越大，a 越小．(2)v ＝ GMr，r 越大，v 越小． (3)ω＝ GMr 3，r 越大，ω越小． (4)T ＝2πr 3GM，r 越大，T 越大． 二、同步卫星 [问题设计]同步卫星也叫通信卫星，它相对于地面静止，和地球自转具有一样的周期，即T ＝24 h ．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探究： (1)同步卫星所处的轨道平面． (2)同步卫星的离地高度h .答案 (1)假设卫星的轨道在某一纬线圈的上方随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周期T 得G Mm (R ＋h )2＝m (R ＋h )(2πT )2，所以h ＝ 3GMT 24π2－R ，代入数据得h ＝3.6×107 m. [要点提炼] 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一样，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. 三、宇宙速度 [问题设计]图2牛顿曾提出过一个著名的思想实验：如图2所示，从高山上程度抛出一个物体，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．据此考虑并讨论以下问题： (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)假设地球的质量为M ，物体到地心的间隔 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．假设物体紧贴地面飞行，其速度大小为多少？(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，物体做匀速圆周运动．(2)物体不落回地面，应围绕地球做匀速圆周运动，向心力由万有引力提供，G Mm r 2＝m v 2r 解得v ＝GMr.当其紧贴地面飞行时v ＝ GMr＝ GMR≈7.9 km/s. [要点提炼]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 1＝7.9 km/s (1)推导方法一：由G MmR 2＝m v 2R 得v ＝GMR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 2＝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，又称脱离速度．3．第三宇宙速度v 3＝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，又称逃逸速度． 一、人造卫星的运动规律图3例1 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，那么( ) A ．b 所需向心力最小B ．b 、c 的周期相等且大于a 的周期C ．b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度D ．b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度解析 因卫星运行的向心力就是它们所受的万有引力，而b 所受的引力最小，故A 对．由GMm r 2＝ma ，得a ＝GMr 2，即卫星的向心加速度大小与轨道半径的平方成反比，所以b 、c 的向心加速度大小相等且小于a 的向心加速度，C 错．由GMm r 2＝m 4π2T2r ，得T ＝2πr 3GM，即人造地球卫星运行的周期与其轨道半径三次方的平方根成正比，所以b 、c 的周期相等且大于a 的周期，B 对．由GMmr 2＝m v 2r，得v ＝GMr，即人造地球卫星的线速度与其轨道半径的平方根成反比，所以b 、c 的线速度大小相等且小于a 的线速度，D 对．应选A 、B 、D. 答案 ABD二、对同步卫星规律的理解及应用例2 我国“中星11号〞商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的选项是( ) 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解析 “中星11号〞是地球同步卫星，距地面有一定的高度，运行速度要小于7.9 km/s ，A 错．其位置在赤道上空，高度一定，且相对地面静止，B 正确．其运行周期为24小时，小于月球的绕行周期27天，由ω＝2πT 知，其运行角速度比月球大，C 正确．同步卫星与静止在赤道上的物体具有一样的角速度，但半径不同，由a ＝rω2知，同步卫星的向心加速度大，D 错． 综上分析，正确选项为B 、C. 答案 BC三、宇宙速度的理解例3 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，且贴近月球外表．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 ，那么该探月卫星绕月运行的速率约为( ) A ．0.4 km /s B ．1.8 km/s C ．11 km /s D ．36 km/s解析 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． 答案 B例4 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．该星球的半径为R ，求该星球上的第一宇宙速度的大小．解析 根据匀变速运动的规律可得，该星球外表的重力加速度为g ＝2vt ，该星球的第一宇宙速度，即为卫星在其外表附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的引力(即卫星的重力)提供卫星做圆周运动的向心力，那么mg ＝m v 21R ，该星球外表的第一宇宙速度为v 1＝gR ＝ 2v Rt. 答案2v Rt1．(人造卫星运动的规律)人造卫星环绕地球运行的速率v ＝gR 2r，其中g 为地面处的重力加速度，R 为地球半径，r 为卫星离地球中心的间隔 ．以下说法正确的选项是( ) A ．从公式可见，环绕速度与轨道半径的平方根成反比 B ．从公式可见，把人造卫星发射到越远的地方越容易C ．由第一宇宙速度公式v ＝gR 知卫星轨道半径越大，其运行速度越大D ．以上答案都不对 答案 A解析 由于g 是地球外表处的重力加速度，R 是地球半径，都是定值，根据v ＝gR 2r可得环绕速度与轨道半径的平方根成反比，A 正确，D 错误；虽然r 越大，v 越小，但把卫星发射到越远的地方火箭会有更多的动能转化为重力势能，需要的发射速度就越大，B 错误；v ＝gR 是指第一宇宙速度，其中的R 是地球半径，不是卫星的轨道半径，不能得出卫星的轨道半径越大，v 越大的结论，C 错误．2．(人造卫星运动的规律)如图4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，以下说法中正确的选项是( )图4A ．根据v ＝gr 可知，运行速度满足v A ＞vB ＞vC B ．运转角速度满足ωA ＞ωB ＞ωC C ．向心加速度满足a A ＜a B ＜a CD ．运动一周后，A 最先回到图示位置 答案 C解析 由G Mmr 2＝m v 2r 得，v ＝GMr，r 越大，那么v 越小，故v A ＜v B ＜v C ，A 错误；由G Mmr2＝mω2r 得，ω＝GMr 3，r 越大，那么ω越小，故ωA ＜ωB ＜ωC ，B 错误；由G Mm r 2＝ma 得，a ＝GM r 2，r 越大，那么a 越小，故a A ＜a B ＜a C ，C 正确；由G Mm r 2＝m 4π2T 2r 得，T ＝2πr 3GM，r 越大，那么T 越大，故T A ＞T B ＞T C ，因此运动一周后，C 最先回到图示位置，D 错误．3．(对同步卫星的理解及应用)我国曾经发射了一颗“北斗一号〞导航定位卫星，预示着我国通讯技术的不断进步．该卫星处于地球的同步轨道，其质量为m ，假设其离地面高度为h ，地球半径为R ，地面附近重力加速度为g ，那么有( ) A ．该卫星运行周期为24 h B ．该卫星向心加速度是(R R ＋h )2gC ．该卫星运行线速度是gR 2R ＋hD ．该卫星周期与近地卫星周期之比是(1＋h R )23答案 ABC解析 同步卫星与地球的自转周期相等，故该卫星运行周期为24 h ，A 正确；由牛顿第二定律得ma ＝GMm (R ＋h )2，又由于GM ＝gR 2，故可以得到该卫星的向心加速度是a ＝(R R ＋h)2g ，故B 正确；由GMm(R ＋h )2＝m v 2R ＋h 及GM ＝gR 2，得该卫星的线速度为 gR 2R ＋h，故C 正确；由开普勒第三定律r 3T 2＝常量可得该卫星周期与近地卫星周期之比为(R ＋h R )32，故D 错误．4．(对宇宙速度的理解)恒星演化开展到一定阶段，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 km ～20 km ，但它的密度大得惊人．假设某中子星的半径为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 ．6.0 km /s B ．3.0×102 km/s C ．3.0×103 km /s D ．6.0×104 km/s 答案 D解析 中子星上的第一宇宙速度即为它外表的环绕速度， 由G Mmr 2＝m v 2r，得v ＝GMr，又由 M ＝ρV ＝43ρπr 3，代入上式可得v ＝r4πGρ3， 代入数据得v ≈6.0×104 km/s. 题组一 对三个宇宙速度的理解1．关于地球的第一宇宙速度，以下表述正确的选项是( ) A ．第一宇宙速度是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度 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 答案 A解析 第一宇宙速度是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度，A 对，B 错；根据G Mmr 2＝m v 2r得v ＝GMr，可见第一宇宙速度与地球的质量和半径有关，C 、D 错． 2．以下关于三种宇宙速度的说法中正确的选项是( )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 ，那么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答案 CD 解析 根据v ＝GMr可知，卫星的轨道半径r 越大，即间隔 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． 3．假设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 答案 A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，那么v ′v ＝ GM ′R ′GM R＝ M ′RMR ′＝2，故v ′＝2v ＝2×8 km /s ＝16 km/s ，A 正确．4．一颗人造地球卫星以初速度v 发射后，可绕地球做匀速圆周运动，假设使发射速度增为2v ，那么该卫星可能( ) A ．绕地球做匀速圆周运动 B ．绕地球运动，轨道变为椭圆 C ．不绕地球运动，成为太阳的人造行星D ．挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙去了 答案 CD解析 以初速度v 发射后能成为人造地球卫星，可知发射速度v 一定大于第一宇宙速度7.9 km /s ；当以2v 速度发射时，发射速度一定大于15.8 km/s ，已超过了第二宇宙速度11.2 km /s ，也可能超过第三宇宙速度16.7 km/s ，所以此卫星不再绕地球运行，可能绕太阳运行，或者飞到太阳系以外的空间去了，应选项C 、D 正确． 题组二 人造卫星运动的规律5．可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道( ) A ．与地球外表上某一纬线(非赤道)是共面同心圆 B ．与地球外表上某一经线所决定的圆是共面同心圆C ．与地球外表上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球外表是静止的D ．与地球外表上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球外表是运动的 答案 CD解析 人造卫星运行时，由于地球对卫星的引力是它做圆周运动的向心力，而这个力的方向必定指向圆心，即指向地心，也就是说人造卫星所在轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合，故A 是不对的；由于地球自转，所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面，所以B 也是不对的；相对地球外表静止的就是同步卫星，它必须在赤道线平面内，且距地面有确定的高度，这个高度约为三万六千千米，而低于或高于这个轨道的卫星也可以在赤道平面内运动，不过由于它们自转的周期和地球自转周期不同，就会相对于地面运动．6．假设一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，那么( )A ．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B ．根据公式F ＝m v 2r ，可知卫星所需的向心力将减少到原来的12C ．根据公式F ＝G Mm r 2，可知地球提供的向心力将减小到原来的14D ．根据上述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22答案 CD 解析 从v ＝GMr看出，离地球越远的卫星速度越小，当半径加倍时，地球对卫星的万有引力变为原来的14，即地球提供的向心力减小到原来的14，速度变为原来的22倍．7．2021年6月11日17时38分，“神舟十号〞飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，航天员王亚平进展了首次太空授课．在飞船进入圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小( ) A ．等于7.9 km/sB ．介于7.9 km /s 和11.2 km/s 之间C ．小于7.9 km/sD ．介于7.9 km /s 和16.7 km/s 之间 答案 C解析 卫星在圆形轨道上运动的速度v ＝ G Mr.由于轨道半径r ＞地球半径R ，所以v ＜G MR＝7.9 km/s ，C 正确． 8．如图1所示，甲、乙两颗卫星以一样的轨道半径分别绕质量为M 和2M 的行星做匀速圆周运动，以下说法正确的选项是( )图1A ．甲的向心加速度比乙的小B ．甲的运行周期比乙的小C ．甲的角速度比乙的大D ．甲的线速度比乙的大 答案 A解析 甲、乙两卫星分别绕质量为M 和2M 的行星做匀速圆周运动，万有引力提供各自做匀速圆周运动的向心力．由牛顿第二定律G Mm r 2＝ma ＝m 4π2T 2r ＝mω2r ＝m v 2r ，可得a ＝GM r 2，T ＝2πr 3GM，ω＝ GMr 3，v ＝ GMr.由条件可得a 甲＜a 乙，T 甲＞T 乙，ω甲＜ω乙，v 甲＜v 乙，故正确选项为A.题组三 对同步卫星规律的理解及应用9．下面关于同步通信卫星的说法中，正确的选项是( ) A ．同步通信卫星的高度和速率都是确定的B ．同步通信卫星的高度、速度、周期中，有的能确定，有的不能确定，可以调节C ．我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min ，比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低D ．同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小 答案 ACD解析 同步通信卫星的周期与角速度跟地球自转的周期与角速度分别一样，由ω＝ GMr 3和h ＝r －R 可知，卫星高度确定，由v ＝ωr 知速率也确定，选项A 正确，B 错误；由T ＝2πr 3GM知，第一颗人造地球卫星的高度比同步通信卫星的低，选项C 正确；由v ＝ GM r知，同步通信卫星比第一颗人造地球卫星的速率小，应选项D 正确． 10．关于我国发射的“亚洲一号〞地球同步通信卫星的说法，正确的选项是( )A ．假设其质量加倍，那么轨道半径也要加倍B ．它在北京上空运行，故可用于我国的电视播送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一样答案 D解析 由G Mm r 2＝m v 2r 得r ＝GM v2，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一样，D 对．11．“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．以下说法正确的选项是( )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17D ．静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的17答案 A解析 根据G Mm r 2＝m 4π2T2r ，可得T ＝2π r 3GM ，代入数据，A 正确；根据G Mm r 2＝m v 2r ，可得v ＝ GM r ，代入数据，B 错误；根据G Mm r2＝mω2r ，可得ω＝ GM r 3，代入数据，C 错误；根据G Mm r 2＝ma ，可得a ＝GM r2，代入数据，D 错误． 题组四 综合应用12．地球的半径是6.4×106 m ，地球的自转周期是24 h ，地球的质量是5.98×1024 kg ，引力常量G ＝6.67×10－11 N·m 2/kg 2，假设要发射一颗地球同步卫星，试求：(1)地球同步卫星的轨道半径r ；(2)地球同步卫星的环绕速度v 的大小，并与第一宇宙速度比拟大小关系．答案 (1)4.2×107 m (2)3.1×103 m/s 小于第一宇宙速度解析 (1)根据万有引力提供向心力得GMm r 2＝mω2r ，ω＝2πT， 那么r ＝ 3GMT 24π2＝ 36.67×10－11×5.98×1024×(24×3 600)24×3.142m ≈4.2×107 m(2)根据GMm r 2＝m v 2r得： v ＝ GM r ＝ 6.67×10－11×5.98×10244.2×107 m /s ≈3.1×103 m/s ＝3.1 km /s<7.9 km/s 13．据报载：某国发射了一颗质量为100 kg ，周期为1 h 的人造环月卫星，一位同学记不住引力常量G 的数值，且手边没有可查找的资料，但他记得月球半径为地球半径的14，月球外表重力加速度为地球外表重力加速度的16，经过推理，他认定该报道是那么假新闻，试写出他的论证方案．(地球半径约为6.4×103 km ，g 地取9.8 m/s 2)答案 见解析解析 对环月卫星，根据万有引力定律和牛顿第二定律得GMm r 2＝m 4π2T2r ，解得T ＝2π r 3GM那么r ＝R 月时，T 有最小值，又GM R 2月＝g 月 故T min ＝2π R 月g 月＝2π 14R 地16g 地＝2π 3R 地2g 地代入数据解得T min ＝1.73 h环月卫星最小周期为1.73 h ，故该报道是那么假新闻．。
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第4节人造卫星宇宙速度教学过程：教师活动教学内容学生活动引入新课§ 3.4 人造卫星宇宙速度进行新课问：离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物体将做平抛运动，即最终要落回地面．但如果射出的速度增大，会发生什么情况呢？思考演示牛顿设想原理图一、人造地球卫星由于抛出速度不同，物体的落点也不同．当抛出速度达到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球旋转，成为绕地球运动的人造卫星．那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的卫星呢？观察、分析引导学生讨论二、宇宙速度下面讨论人造卫星绕地球运动的速度．假如地球和人造卫星的质量分别为 M 和 m，卫星的轨道半径和线速度分别为 r和 v，根据万有引力提供向心力，可解出对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径 R，可求出：将引力常量 G＝6.67×10-11N·m2/kg2和地球质量 M＝5.98× 1024kg 及地球半径 R＝6.37× 106m 代入上式，可求得 v1讨论并推导展示课件并讲解＝ 7.9km/s．这就是卫星绕地面附近做圆周运动所需的速度，叫第一宇宙速度，也称环绕速度．【板书】 1. 第一宇宙速度 ( 环绕速度 ) v1＝ 7.9km/s请学生根据所学知识，推导第一宇宙速度的另一种表达式：推导：地面附近重力提供向心力，即所以将 R＝6.37×106m , g＝ 9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍为 7.9km /s．如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于 7.9km /s，而小于 11.2km /s，它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭圆．当物体的速度等于或大于 11.2km /s 时，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星．所以，11.2km /s 是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速度，也称脱离速度．观察、思考学习效果评价：本节课较好地完成了预定的教学目标，学生能应用万有引力定律解决简单的人造卫星和宇宙速度问题．此过程激发了学生的学习兴趣．但是本节也反映出学生的数学推理能力较差，建立物理模型解决实际问题的意识较弱．教学反思：本节课的教学活动，始终以学生为主体，精心设计学习活动，创设教学情境，调动学生积极性，及时启发、诱导、点拨，促进学生大胆猜想，独立思维，探索研究，经历、体验与牛顿研究人造卫星发射原理相似的“再发现”过程．2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．放射性元素A经过2次α衰变和1次β 衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了A．1位B．2位C．3位D．4位2．如图所示，质量为M的小车放在光滑水平面上，小车上用细线悬吊一质量为m的小球，M＞m，用一力F水平向右拉小球，使小球和车一起以加速度a向右运动时，细线与竖直方向成α角，细线的拉力为T。
若用一力F′水平向左拉小车，使小球和车一起以加速度a′向左运动时，细线与竖直方向也成α角，细线的拉力为T′。
则（）A．a′＞a，T′=T B．a′=a，T′=T C．a′＜a，T′＞T D．aʹ＜a，T′＜T3．如图所示，围绕地球做匀速圆周运动的两颗卫星的周期分别为T1和T2，两颗卫星的轨道半径的差值为d，地球表面重力加速度为g，根据以上已知量无法求出．．．．的物理量是（引力常量G未知）（）A．地球的半径B．地球的质量C．两颗卫星的轨道半径D．两颗卫星的线速度4．如图所示，理想变压器的原线圈接在u=2202sin100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R=55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为4∶1，电流表、电压表均为理想电表。
下列说法正确的是（）A．原线圈的输入功率为2WB．电流表的读数为1 AC．电压表的读数为55VD．通过电阻R的交变电流频率是100Hz5．如图，小球甲从A点水平抛出，同时将小球乙从B点自由释放，两小球先后经过C点时速度大小相等，方向夹角为30°，已知B、C高度差为h，两小球质量相等，不计空气阻力，由以上条件可知（）ghA．小球甲做平抛运动的初速度大小为23B．甲、乙两小球到达C点所用时间之比为1:3hC．A，B两点高度差为4D．两小球在C点时重力的瞬时功率大小相等6．下列说法正确的是（）A．牛顿第一定律并不是在任何情况下都适用的B．根据F=ma可知，物体的加速度方向一定与物体所受拉力F的方向一致C．绕地球飞行的宇航舱内物体处于漂浮状态是因为没有受到重力作用D．人在地面上起跳加速上升过程中，地面对人的支持力大于人对地面的压力7．如图，真空中固定两个等量同种点电荷A、B，AB连线中点为O。
在A、B所形成的电场中，以O点为圆心、半径为R的圆面垂直AB连线，以O为几何中心的边长为2R的正方形平面垂直圆面且与AB连线共面，两个平面边线交点分别为e、f，则下列说法正确的是（）A．在a、b、c、d四点中存在场强和电势均相同的点B．将一试探电荷由e点沿圆弧egf移到f点电场力始终不做功C．将一试探电荷由f点移到正方形a、b、c、d任意一点时电势能的变化量都不相同D．沿线段eOf移动的电荷所受的电场力先增大后减小8．用如图a所示的圆弧一斜面装置研究平抛运动，每次将质量为m的小球从半径为R的四分之一圆弧形轨道不同位置静止释放，并在弧形轨道最低点水平部分处装有压力传感器测出小球对轨道压力的大小F．已知斜面与水平地面之间的夹角θ=45°，实验时获得小球在斜面上的不同水平射程x，最后作出了如图b所示的F ﹣x 图象，g 取10m/s 2，则由图可求得圆弧轨道的半径R 为（ ）A ．0.125mB ．0.25mC ．0.50mD ．1.0m9．我国航天事业持续飞速发展，2019年1月，嫦娥四号飞船在太阳系最大的撞击坑内靠近月球南极的地点着陆月球背面。
假设有一种宇宙飞船利用离子喷气发动机加速起飞，发动机加速电压U ，喷出二价氧离子，离子束电流为I ，那么下列结论正确的是（元电荷e ，氧离子质量0m ，飞船质量M ）（） A ．喷出的每个氧离子的动量2p eU =B ．飞船所受到的推力为0m U F I e= C ．飞船的加速度为0IMU a m e= D ．推力做功的功率为2MeU10． “太极球”运动是一项较流行的健身运动。
做该项运动时，健身者半马步站立，手持太极球拍，拍上放一橡胶太极球，健身者舞动球拍时，太极球却不会掉到地上。
现将太极球拍和球简化成如图所示的平板和小球，熟练的健身者让小球在竖直面内始终不脱离平板且做匀速圆周运动，则 （ ）A ．小球的机械能保持不变B ．平板对小球的弹力在B 处最小，在D 处最大C ．在B 、D 两处小球一定受到沿平板向上的摩擦力D ．只要平板与水平面的夹角合适，小球在B 、D 两处就有可能不受平板的摩擦力作用二、多项选择题：本题共5小题，每小题3分，共15分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分11．按照我国整个月球探测活动的计划，在第一步“绕月”工程圆满完成各项门标和科学探测任务后，第二步“落月”工程也已在2013年以前完成。
假设月球半径为R 。
月球表面的重力加速度为g 0，飞船沿距月球表面高度为3R 的圆形轨道I 运动，到达A 点时，点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ；到达轨道Ⅱ的近月点B 再次点火进入月球近月圆轨道III 绕月球做圆周运动。
下列判断正确的是（ ）A ．飞船在轨道Ⅰ上的运行速率为02g R B ．飞船在A 点处点火变轨时，动能增大C ．飞船从A 到B 运行的过程中机械能增大D ．飞船在轨道Ⅲ绕月球运动一周所需的时间02πR g 12．如图所示，两根质量均为m 的金属棒垂直地放在光滑的水平导轨上，左、右两部分导轨间距之比为1∶2，导轨间左、右两部分有大小相等、方向相反的匀强磁场，两棒电阻与棒长成正比，不计导轨电阻，现用水平恒力F 向右拉CD 棒，在CD 棒向右运动距离为s 的过程中，AB 棒上产生的焦耳热为Q ，此时AB 棒和CD 棒的速度大小均为v ，此时立即撤去拉力F ，设导轨足够长且两棒始终在不同磁场中运动，则下列说法正确的是（ ）A ．v 3Fs Q mB ．撤去拉力F 后，AB 棒的最终速度大小为65v ，方向向右 C ．撤去拉力F 后，CD 棒的最终速度大小为35v ，方向向右 D ．撤去拉力F 后，整个回路产生的焦耳热为15mv 2 13．如图所示，在点电荷Q 产生的电场中，实线MN 是一条方向未标出的电场线，虚线AB 是一个电子仅在静电力作用下的运动轨迹．设电子在A、B两点的加速度大小分别为a A、a B且a A>a B，电势能分别为E pA、E pB．下列说法正确的是（）A．电子一定从A向B运动B．Q靠近M端且为负电荷C．无论Q为正电荷还是负电荷，一定有E pA<E pBD．A点电势一定高于B点电势14．如图，斜面上有a、b、c、d四个点，ab=bc=cd，从a点以初速度v0水平抛出一个小球，它落在斜面上的b点，速度方向与斜面之间的夹角为θ；若小球从a点以初速度2v平抛出，不计空气阻力，则小球（）A．将落在bc之间B．将落在c点C．落在斜面的速度方向与斜面的夹角大于θD．落在斜面的速度方向与斜面的夹角等于θ15．如图所示，一物块从倾角为θ的斜面底端以初速度v沿足够长的斜面上滑，经时间t速度减为零，再经2t时间回到出发点，下列说法正确的是（）A．物块上滑过程的加速度大小是下滑过程加速度大小的2倍B．物块返回斜面底端时的速度大小为02vC．物块与斜面之间的动摩擦因数为3tan 5θD．物块与斜面之间的动摩擦因数为4tan 5θ三、实验题：共2小题16．如图所示是研究电源电动势和电路内、外电压关系的实验装置。
电池的两极A、B与电压表V2相连，位于两个电极内侧的探针a、b与电压表V1相连，R是滑动变阻器，电流表A测量通过滑动变阻器的电流，置于电池内的挡板向上移动可以使内阻减小。
当电阻R的滑臂向左移动时，电压表V2的示数_______________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
若保持滑动变阻器R的阻值不变，将挡板向上移动，则电压表V1的示数变化量ΔU1与电流表示数变化量ΔI的比值_______________。
（选填“变大”、“变小”或“不变”）17．为测得某圆柱形金属导体的电阻率，某同学设计了如下实验。
(1)用螺旋测微器测它的直径，如图甲所示，为___________mm，用游标卡尺测它的长度，如图乙所示，为___________cm。