《宇宙航行》导学案(带答案)
7.4 宇宙航行(导学案)--2023-2024学年高一物理同步备课系列(人教版2019必修第二册)
第4节 宇宙航行导学案【学习目标】1.知道三个宇宙速度及含义，了解卫星的分类。
2.会推导第一宇宙速度，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
【学习重难点】1.理解第一宇宙速度，并且计算不同星球的第一宇宙速度。
（重点）2.掌握人造卫星线速度、角速度、周期等物理量的关系。
（重点难点）【知识回顾】 一、万有引力定律1.内容：自然界中任何两个物体都相互 ，引力的方向在它们的 上，引力的大小与物体的质量m 1和m 2的乘积成 ，与它们之间距离r 的二次方成 。
2.表达式：F ＝ 。
比例系数G 叫作引力常量，适用于任何两个物体。
二、“称量”地球的质量1.思路：地球表面上质量为m 的物体，若不考虑地球自转，物体的重力等于地球对物体的万有引力。
2.关系式：mg ＝ (m 地为地球质量，R 为地球的半径)。
3.结论：m 地＝ ，只要知道g 、R 、G 的值，就可计算出地球的质量。
三、计算天体的质量1.思路：质量为m 的行星绕太阳做匀速圆周运动时，行星与太阳间的万有引力提供向心力。
2.关系式：(m 太为太阳的质量，r 为行星与太阳的距离)3.结论：m 太＝ ，只要知道行星绕太阳运动的周期T 和轨道半径r 就可以计算出太阳的质量。
【自主预习】 一、宇宙速度 1.环绕速度一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球的质量为m 地，卫星的质量为m ，向心力由地球对它的 提供，即G mm 地r 2＝m v 2r ，则卫星在轨道上运行的线速度v ＝ 。
2.第一宇宙速度(1)定义：物体在地球附近绕地球做运动的速度叫作第一宇宙速度。
(2)大小：v＝7.9 km/s。
3.第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果速度大于，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开。
我们把叫作第二宇宙速度。
4.第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其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大于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。
宇宙航行导学案
6.5 宇宙航行（导学案）一、学习目标1.了解人造卫星的有关知识2.知道三个宇宙速度的含义，会用两种方法推导第一宇宙速度。
3.了解人类对宇宙的探索,培养献身科学的价值观.二、学习重、难点：重点：1、弄清人造卫星的运动规律 2、知道宇宙速度，会用两种方法推导第一宇宙速度。
难点：弄清人造卫星的运动规律三、知识链接：天体或卫星绕中心天体做匀速圆周运动，提供向心力，其核心方程为。
若在中心天体表面附近绕中心天体做匀速圆周运动，提供向心力，而又近似等于万有引力, 其核心方程为。
四、学习过程1、设天体A绕天体B做匀速圆周运动，则天体A的线速度、角速度、周期及加速度的大小分别由哪些量决定？2、关于发射卫星的问题，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，落地点也就一次比一次远。
如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。
如图。
请你替牛顿算一算，需要多大的速度物体才能不落回地球，而是像卫星一样绕地球做匀速圆周运动？3、第一宇宙速度，第二宇宙速度（逃逸速度），第三宇宙速度。
当抛出速度v满足7.9km/s<v<11.2km/s时，物体将；当抛出速度v满足11.2km/s≤v<16.7km/s时，物体将；当抛出速度v满足16.7km/s≤v时，物体将。
4、通过刚才的计算我们知道7.9km/s的速度是卫星在地球表面运动时的速度，即近地卫星的速度。
实际应用中的近地卫星在100～200km的高度飞行，与地球半径6400km相比，完全可以说是在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离r即轨道半径。
比较近地轨道外层轨道上的卫星的线速度与7.9km/s相比是大还是小呢？5、发射速度：；运动速度（环绕速度）。
6、第一宇宙速度是（“最大”或“最小”）的环绕速度，同时也是的发射速度。
7、什么是同步卫星？同步卫星有哪些特点？几颗同步卫星就能实现全球通信？五、课堂达标1、可发射一颗人造卫星，使其圆轨道满足下列条件（）A、与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆B、与地球表面上某一经度线是共面的同心圆C、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是运动的D、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是静止的2、我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的。
宇宙航行导学案
6.5《宇宙航行》导学案寄语：全身心地投入、快乐地坚持；珍惜时间、合理作息；学会自我管理。
【学习目标】1、了解人造卫星的相关知识，准确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
【学习重点】第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用。
【学习难点】1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2、掌握相关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
【课前预习】（课前必须完成）一、知识回顾（课前必须完成）1.计算天体质量的方法：2.解决天体问题的基本思路：二、知识导学（课前必须完成）1.什么是第一宇宙速度？其数值是多少？是怎么推导的？2.什么是第二宇宙速度？其数值是多少？3.什么是第三宇宙速度？其数值是多少？【合作探究 交流展示】（课堂中完成）（认真阅读教材，回答下列问题）一、宇宙速度1、牛顿对人造卫星原理的描绘 牛顿的设想是： 。
2、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 ，飞行器的速度为v 1（第一宇宙速度），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，能够用地球半径R 代表卫星到地心的距离，所以列出方程 ，由此解出v 1=____ _。
方法二：物体在地球表面受到地球对它的的引力能够近似认为等于重力，所以列出方程 ，由此解得v 1=___ __。
3、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：_____ _ __。
4、第三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______ __ _。
注意：(1)、三个宇宙速度均指的是发射速度，而非环绕速度。
(2)、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地球卫星的最大环绕速度。
5、卫星的轨道请大家看下面的几条卫星轨道，试（1）判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的？（2）总结一下卫星的轨道有什么特点？6、卫星的运行（1）、人造卫星绕地球运行的动力学原因是什么？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，人造卫星作匀速圆周运动的向心力由 提供，即 。
6.5宇宙航行(导学案)
6.5宇宙航行（导学案）6.5宇宙航行班级第组姓名【学习目标】（1）了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
（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）激情投入，展示自我，享受合作学习的快乐。
【新课讲解】一、再次循着牛顿的足迹1.我们知道，在地面上将一个物体水平抛出，若抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。
如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？不能2. 早在16世纪牛顿就曾思考过这样一个问题：从地球的高山上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。
如果抛出的速度足够大，物体就不再落回地面，它将环绕地球运动，成为一颗卫星。
3. 以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？请你用万有引力的有关知识把它算出来，要求写出计算步骤和结果。
人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。
3．第三宇宙速度从地球表面出发，为摆脱太阳系引力场的束缚，飞向恒星际空间所需的最小速度。
大小：16.7km/s。
意义：使卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
【合作探究】目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了，这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的快慢与什么因素有关呢？『问题探究一』卫星运行的线速度与轨道半径的关系（提示：记得用黄金代换式：GM=gR2）『问题探究二』卫星运行的角速度与轨道半径的关系『问题探究三』卫星运行的周期与轨道半径的关系结论：卫星运行的线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由旋转半径决定。
『问题探究四』当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径（r=R=6400km），请计算出此时的线速度、角速度、周期分别为：V=ω=T=交流与讨论：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星并说明原因？结论：①当卫星环绕地球表面运行时线速度，角速度，周期。
7.4宇宙航行 导学案
7.4宇宙航行导学案一、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。
二、主干知识三、学习环节：环节一：了解三种宇宙速度1．第一宇宙速度①定义：物体在地球附近绕地球做______运动的速度②地球的第一宇宙速度的计算当卫星的轨道半径r等于地球半径R时，卫星环绕速度为第一宇宙速度，即7.9km /s GM v R=≈ ③ 对第一宇宙速度的理解“最小______”：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。
“最大______ ”：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GM v r=一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度。
2．第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9km/s ，又小于______，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
当飞行器的速度等于或大于______时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
我们把11.2km/s 叫作第二宇宙速度。
3．第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其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大于______，这个速度叫作第三宇宙速度。
思考与讨论：有人说第一宇宙速度也可用v =√gR （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。
练习1.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,故选项A 正确,B,C 错误;第二宇宙速度是物体逃离地球的最小速度,选项D 错误.环节二：讨论人造卫星的运行规律1.人造地球卫星的轨道（1）卫星的轨道平面可以在 平面内(如同步轨道)，可以通过 上空(极地轨道)，也可以和 成任意角度；（2）因为地球对卫星的 提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以必定是卫星圆轨道的圆心．2、做匀速圆周运动的人造卫星运行规律人造地球卫星绕地球做圆周运动，其所受地球对它的______提供它做圆周运动的向心力，则有：G Mmr2＝__________＝__________＝________＝________，由此可得a＝______，v＝______，ω＝________，T＝________。
人教版高一物理必修二6.5宇宙航行(导学案及习题,教师版)全面版
§6.5 宇宙航行学习目标1.认识卫星的发射运转等情况 . 认识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、谈论，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翱翔器的质量为 m，翱翔器的速度（第一宇宙速度）为 v。
, 翱翔器运动所需的向心力是由万有引力供应的，近地卫星在“地面周边”翱翔，能够用地球半径R代表卫星到地心的距离，所以，由此解出 v =_____。
方法二：物体在地球表面碰到的引力能够近似认为等于重力，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定达到的最小速度，是近地卫星的环绕速度，是地球卫星的最大运转速度。
其他第一宇宙速度是卫星有关于地心的线速度。
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能够节约必然的能量。
2．第二宇宙速度，是翱翔器战胜地球的引力，走开地球拘束的速度，是在地球上发射绕太阳运转或飞到其他行星上去的翱翔器的最小发射速度。
其值为： ________。
第三宇宙速度，是在地面周边发射一个物体，使它挣脱太阳引力的拘束，飞到太阳系外，必定达到的速度。
其值是 _________。
3．人造地球卫星（1）人造地球卫星的轨道和运转速度卫星地球做匀速圆周运动时，是地球的引力供应向心力，卫星碰到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向向来指向圆心，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，卫星向来处于赤道上方；②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空；③一般轨道，卫星轨道和赤道成必然角度。
宇宙航行导学案
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。
【重点】会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义。
【难点】环绕速度与轨道半径的关系。
【自主导学】一、宇宙速度：1. 第一宇宙速度:物体在地面附近绕地球做的速度，叫做第一宇宙速度。
[说一说]：在地面附近将物体以一定的水平速度发射出去，如果速度，物体不再在落回地球表面，而是刚好在地球表面附近围绕地球做运动，成为地球的，这时的发射速度就叫做第一宇宙速度。
第一宇宙速度是人造地球卫星的最发射速度，也是卫星在地球表面附近围绕地球做匀速圆周运动的运行速度，是人造地球卫星的最运行速度。
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，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，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。
2. 第二宇宙速度:在地面附近发射物体，当物体的速度等于或大于 km/s，它就会克服的引力，永远离开地球，成为太阳的人造行星，这时的发射速度就叫做第二宇宙速度。
[思考与讨论]：在地面附近发射物体，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是。
3. 第三宇宙速度:在地面附近发射物体，当物体的速度等于或大于 km/s，它就会挣脱的束缚，飞到太阳系以外，成为人造小恒星，这时的发射速度就叫做第三宇宙速度。
4．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二、人造地球卫星的发射与运转规律1、人造地球卫星的线速度跟半径是什么关系？卫星的线速度什么时候最大？2、卫星的周期跟半径是什么关系？卫星的周期什么时候最小？人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则万有引力提供向心力，即：F万=F向，公式___________=ma=________ _ =_____ =____ ___1)a=_____ __,可见随着轨道半径增大，卫星的向心加速度；2)v=_____ ___,随着轨道半径的增大，卫星线速度；3)w=___ _____,随着轨道半径的增大，卫星的角速度；4)T=______ ___,随着轨道半径的增大，卫星绕地球运行的周期，三、地球同步卫星1、同步卫星：是指相对于地面静止的卫星。
6—5《宇宙航行》导学案
0605《宇宙航行》导学案编写人：朱义基班级：姓名：第组【学习目标】1．深刻理解三个宇宙速度的意义，能够推导第一宇宙速度，简单了解世界和我国的航天发展史。
2．自主学习、合作探究，掌握推导第一宇宙速度的两种方法。
3．积极思考、全力以赴，培养科学探索精神。
【重点】了解宇宙速度及其物理意义。
【难点】第一宇宙速度的推导、第一宇宙速度的具体含义。
预习案——新知初探·自主学习一、宇宙速度1．第一宇宙速度（1）大小：_______km/s（2）意义：①卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做___________运动的最大速度。
②使卫星绕地球做匀速圆周运动的最小地面发射速度。
2．第二宇宙速度（1）大小：________km/s（2）意义：使卫星挣脱________引力束缚的最小地面发射速度。
3．第三宇宙速度（1）大小：________ km/s（2）意义：使卫星挣脱________引力束缚的最小地面发射速度。
二、卫星运行的参数人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的___________提供向心力。
由此可推出卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：v=__________ω=__________T=__________探究案【质疑探究】——质疑解疑、合作探究探究点一三个宇宙速度（难点）问题1：以多大的速度发射物体，这个物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星？问题2：如果发射速度大于第一宇宙速度，结果会怎样？问题3：若地球质量M约为6×1024kg，地球平均半径为6400km，近地卫星的轨道半径约为地球半径，则其运行速度是多少？（G=6.67×10-11N·m2/kg）针对训练1：关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是( ) A．第一宇宙速度又叫地面附近的环绕速度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探究点二人造卫星的运行规律（重点）问题4：什么力提供卫星做匀速圆周运动所需的向心力？问题5：假设地球和卫星的质量分别为M与m，卫星的轨道半径为r，则卫星在轨道上的运行速度是多少？角速度又为多少？周期呢？问题6：若地球质量M约为6×1024kg，地球平均半径为6400km，地球表面附近的重力加速度为g=9.8m/s2，那么我们能否发射一颗周期为60min的卫星呢？针对训练2：已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，某人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀速圆周运动，求：（1）卫星的线速度；（2）卫星绕地球做匀速圆周运动的周期．拓展提升：1．什么是发射速度？2．什么是运行速度？探究点三同步卫星（重点）问题7：能否发射一颗人造地球卫星，使其圆轨道与地球表面上某一纬线（非赤道）是共面的同心圆？问题8：能否发射一颗人造地球卫星，使其圆轨道与地球表面上的赤道是共面的同心圆，且卫星相对地面是静止的？问题9：已知地球的半径为R＝6400 km，地球表面附近的重力加速度g取9.8 m/s2，若发射一颗地球的同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和线速度应为多大？规律总结：1．人造地球卫星运行轨道的中心为什么必须是地球的球心？2．同步卫星为何要定点在赤道上方？3．同步卫星有哪些特点和用途？针对训练3：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。
7.4 宇宙航行 导学案-2023学年高一物理人教版(2019)必修第二册
7.4宇宙航行—导学案一、第一宇宙速度1、牛顿提出,物体离开地面,恰好做匀速圆周运动,需满足重力提供向心力,有:2v mg m R将R=6400km 代入数据解得v=8km/s由于地球是椭圆,实际计算可得第一宇宙速度约为7.9km/s结论1：第一宇宙速度是卫星发射的最小速度。
2、卫星绕地球做匀速圆周运动时,万有引力提供向心力,有:2GMm r =m 2v r 解得GM r可知当卫星轨道半径越小时,速度越大,将r=R 时,解得v=7.9km/s结论2：第一宇宙速度是卫星的最大环绕速度。
3、第二宇宙速度代表物体脱离地球的束缚,绕太阳做圆周运动的速度;4、第三宇宙速度代表物体脱离地太阳的束缚;二、卫星的发射1、以第一宇宙速度发射的卫星可认为是在绕地球轨道半径最小的圆周运动.2、发射速度大于第一宇宙速度,卫星将绕地球做椭圆轨道.3、高轨道的圆周运动涉及到变轨原理:(1) 卫星从低轨道到高轨道,需点火加速,使得卫星做离心运动,轨道半径增大;(2) 卫星从高轨道到低轨道,需点火减速,使得卫星做向心运动,轨道半径减小. 4、几个物理量的比较,如图:卫星在P 点或Q 点变轨,可知v 1P ＜v 2P , v 2Q ＜v 3Q 。
根据万有引力提供向心力有: 2GMm r =ma,解得a=2GM r ,可知卫星在同一点不同的轨道上加速度相等,如图1轨道和2轨道的P 点.三、特殊的卫星1.近地卫星:轨道半径约为地球半径(1)v 1＝7.9 km/s ；T ＝2πR v 1≈85 min. (2)7.9 km/s 和85 min 分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大线速度和最小周期.2.同步卫星(1)“同步”的含义就是和地面保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期.(2)特点①定周期：所有同步卫星周期均为T ＝24 h.②定轨道：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东. ③定高度：由2GMm r ＝m r 224T ,可得同步卫星的轨道半径为r=7R. ④定速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此线速度、角速度大小均不变. ⑤定加速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此向心加速度大小也不变.例题讲解【例1】下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )A.人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于或等于7.9 km /s 、小于11.2 km/sB.火星探测卫星的发射速度大于16.7 km/sC.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【例2】如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，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，则下列说法正确的是()A.以v<7.9 km/s的速度抛出的物体可能落在A点B.以v<7.9 km/s的速度抛出的物体将沿B轨道运动C.以7.9 km/s<v<11.2 km/s的速度抛出的物体可能沿C轨道运动D.以11.2 km/s<v<16.7 km/s的速度抛出的物体可能沿C轨道运动【例3】北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包括多颗同步卫星和多颗一般轨道卫星.关于这些卫星，以下说法正确的是()A.同步卫星的轨道半径都相同B.同步卫星的运行轨道必定在同一平面内C.导航系统所有卫星的运行速度一定大于第一宇宙速度D.导航系统所有卫星中，运行轨道半径越大的，周期越小【例4】如图所示，地球赤道上的山丘e、近地卫星p和同步卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动.设e、p、q的线速度大小分别为v1、v2、v3，向心加速度大小分别为a1、a2、a3，则()A.v1＞v2＞v3B.v1＜v2＜v3C.a1＞a2＞a3D.a1＜a3＜a2基础练习1、2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱成功对接，对接过程如图所示，天和核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ；神舟十二号飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ，当经过A 点时，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与核心舱对接，则神舟十二号飞船（）A．沿轨道Ⅰ运行的速度小于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的速度B．在轨道Ⅰ上运动经过A点的加速度小于在轨道Ⅱ上运动经过A点的加速度C．沿轨道Ⅱ从A运动到B的过程中，动能不断增大D．在轨道Ⅰ上运行的周期小于在轨道Ⅱ上运行的周期2、某行星的质量与地球的质量相等，但是它的半径只有地球半径的一半，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g,万有引力常量为G，下列说法正确的是（）A．此行星表面的重力加速度为1 4 gB2gRC．地球质量为2 4gR GD．此行星的密度是32gRG π3、2022年11月1日，梦天实验舱与“天宫”空间站在轨完成交会对接，目前已与天和核心舱、问天实验形成新的空间站“T”字基本构型组合体。
宇宙航行导学案(有答案)
班级 组别 姓名 编写教师第六章 万有引力与航天 第五节 宇宙航行【学习主题】万有引力定律在航天技术中的应用【教学目标】1．知道三个宇宙速度的含义和数值，会计算第一宇宙速度2．掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．3．理解近地卫星、同步卫星的区别．4．掌握卫星的变轨问题．【自主学习】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：如图所示，当物体被抛出的速度 时，它将围绕地球 而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星．(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 ，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 运动，其向心力由地球对它的 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 .二、宇宙速度三种宇宙速度【合作探究】思考判断(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．()(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.()(6)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.()【拓展导学】一、人造卫星和同步卫星问题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．如图所示．2．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．见下表．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)．二、第一宇宙速度的理解和计算1．计算方法对于近地人造卫星，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 MmR 2＝m v 2R ―→v ＝GMR ≈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 ＝GMR 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 Mmr 2＝m v 2r 可得v ＝GMr ，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．三、人造卫星的变轨问1．卫星的变轨问题卫星变轨时，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．(2)同一轨道飞船与空间站对接如图所示，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．【总结反思】【当堂检测】1．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2．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3．(多选)如图所示，a 、b 是两颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，它们距地面的高度分别是R和2R(R为地球半径)．下列说法中正确的是() A．a、b的线速度大小之比是2∶1B．a、b的周期之比是1∶2 2C．a、b的角速度大小之比是36∶4D．a、b的向心加速度大小之比是9∶44.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/s B．32 km/s C．4 km/s D．2 km/s5.(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【课后作业】1．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3．(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4．(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【自主学习】一、人造地球卫星1.足够大旋转发射速度2.匀速圆周万有引力二、宇宙速度7.9 匀速圆周运动11.2 地球16.7 太阳最小【合作探究】√×××√×【当堂检测】1 A 2B 3 CD 4A 5BD【课后作业】1A 2AB 3AC 4BD。
宇宙航行导学案
6.5宇宙航行导学案【学习目标】1.会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度；2.了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点；3. 培养学生探究问题的热情，乐于学习的品质．特别是“做一做”的实施，要通过教师的引导让学生体会成功的喜悦．【复习与课前预习】1、万有引力公式：__________________2.、黄金代换公式：_________________3、第一宇宙速度的大小是___ ___;第二宇宙速度的大小是________;第三宇宙速度是__________;通过预习，你觉得本节中的困惑是什么?_____________________________________________________________________________________________________【学习过程】一）宇宙速度1、第一宇宙速度的大小为__________,它是卫星________的环绕速度，也是卫星发射的_________速度；2、第二宇宙速度的大小为_______,它又叫脱离速度，它表示的意思为：当发射速度_____时，就会克服______的引力，离开地球，成为绕_______飞行的人造卫星或飞到其他星球上;3、第三宇宙速度又叫逃逸速度，大小为________,它表示为当发射速度大于_____时，物体会挣脱_______的束缚，飞到太阳系外，二）人造地球卫星1、近地卫星：轨道半径等于地球的半径，它的运行速度是_________,也是卫星的_______环绕速度，2、同步卫星：其特点是：①周期_____地球自转周期；T=24h;②角速度_____地球自转角速度；③轨道平面与赤道平面______;④所有同步卫星的轨道半径都______,他们距地面的高度_______，即他们处在______轨道上；⑤人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则万有引力提供向心力，即：F万=F向，公式为：___________=ma=_________=_______=_______;例题、如图所示，a、b、c是地球大气层外圆轨道上的三颗卫星，a等且小于c的质量，则（）A、b所需的向心力最小；B、b、c的周期相同且大于a的周期；C、b、c的向心加速度大小相等，且大于a的加速度；D、b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度；。
7.4宇宙航行导学案
任务二、人造地球卫星运行规律思考与讨论三：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：(1)这些卫星的轨道平面有什么特点？abc轨道中可能为哪个（哪些）？(2)这些卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度跟什么因素有关呢？越高轨道上的卫星运行越快还是越慢？思考与讨论四：与地球自转同步的卫星叫做地球同步卫星，相对地球是静止的，地球同步卫星有哪些特点？计算地球同步卫星的线速度和轨道离地高度。
周期轨道速率运行方向任务三：查询有关载人航天、探月工程、火星探测等方面的资料，了解我国航天事业的最新进展。
【训练案】1、（多选）下列关于三种宇宙速度的说法正确的是( )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 ，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2、（多选）下列关于同步卫星的说法正确的是( )A ．一定位于赤道正上空B ．为了避免相撞，应该与其他国家的同步卫星在不同的轨道上运行，可以经过北京上空C ．运行速度小于7.9 km/sD ．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度3、如图设行星绕太阳的运动是匀速圆周运动，金星的半径是火星的n 倍，质量为火星的k 倍，不考虑行星自转的影响，则( )( ) A ．金星表面的重力加速度是火星的kn倍 B ．金星的“第一宇宙速度”是火星的k n倍 C ．金星绕太阳运动的加速度比火星小D ．金星绕太阳运动的周期比火星大4、2017年9月25日，微信启动页“变脸”：由美国卫星拍摄的地球静态图换成了我国“风云四号”卫星拍摄地球的动态图，如图所示。
“风云四号”卫星是第二代地球静止轨道遥感气象卫星，下列说法正确的是()A．经过一段时间，“风云四号”可以运行到美国上空B．“风云四号”运行速度大于第一宇宙速度C．“风云四号”做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度D．“风云四号”卫星的发射速度大于第二宇宙速度5、2019年1月3日“嫦娥四号”探测器首次在月球背面软着陆，开展原位和巡视探测，让月球背面露真颜，设想嫦娥四号登月飞船贴近月球表面做匀速圆周运动，发射的月球车在月球软着陆后，自动机器人在月球表面上沿竖直方向以初速度v0抛出一个小球，测得小球经时间t落回抛出点，已知月球半径为R，万有引力常量为G，月球质量分布均匀，求：(1)月球表面的重力加速度；(2)月球的第一宇宙速度。
6.6 宇宙航行 导学案(一)
6.6 宇宙航行导学案（一）【教学目标】1．知道人造地球卫星的运动原理和各种人造地球卫星的特点2. 会解决人造地球卫星运动的较简单的问题3. 知道双星和多星运动原理和特点【教学重点】1. 掌握同步卫星的特点和处理方法2. 会解决双星问题【教学难点】1. 各种人造地球卫星的几种物理量的比较2. 多星问题【教学过程】一、人造卫星：1.人造地球卫星运行问题的几个原则：（1）轨道球心同面原则:人造地球卫星的运行轨道平面必通过地球球心。
（2）轨道决定一切原则:卫星运动情况只与卫星的轨道半径有关系。
设地球的质量为M，绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的质量为m，它到地心的距离为r。
已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g。
人造卫星所需的向心力是由万有引力提供，所以G=mω2r=m=ma n，因此可得：v==ω==T==a n==（3）速度影响轨道原则：轨道半径随卫星运行速度的增大而减小，随卫星运行速度的减小而增大。
2.几种常见的人造地球卫星：（1）近地卫星：所谓近地卫星，是指在距地面的高度远小于地球半径轨道上运行的卫星，此时R>>h，h≈0。
则有：向心加速度最大：（g为地面的重力加速度）向心力最大：环绕速度最大：角速度最大：运行周期最小：（2）极地卫星：就是指经两极上空环绕地球运行的卫星，它的运行轨道与赤道垂直。
由于地球自转，极地卫星能够在12小时左右的时间看遍全球每个角落，多用于气象卫星。
（3）同步卫星：运行周期与行星自转周期相同或轨道平面旋转角速度与行星的公转角速度大致相等的卫星。
卫星公转周期与地球自转周期相同的称地球同步卫星，亦称24小时同步卫星。
同步卫星五定原则：①轨道平面一定：轨道平面与赤道共面.②周期一定：与地球自转的周期相同，即T=24h. ③角速度一定：与地球自转的角速度相同.④高度一定：大约是地球半径的5.6倍，即h=3.6×107m.⑤速度一定：v=3.1×103m/s例1. 关于“亚洲一号”地球同步通讯卫星，下述说法正确的是（ ）A.已知它的质量是1.24 t ，若将它的质量增为2.84 t ，其同步轨道半径变为原来的2倍B.它的运行速度为7.9 km/sC.它可以绕过北京的正上方，所以我国能利用其进行电视转播D.它距地面的高度约为地球半径的5倍,所以卫星的向心加速度约为其下方地面上物体的重力加速度的361 例 2. 地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为，向心加速度为，线速度为，角速度为，绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星（高度忽略）所受的向心力为，向心加速度为，线速度为，角速度为；地球同步卫星所受的向心力为，向心加速度为，线速度为，角速度为；地球表面重力加速度为，第一宇宙速度为，假设三者质量相等，则（ ） A.B.C. D.变式训练1．设地球半径为R ，a 为静止在地球赤道上的一个物体，b 为一颗近地绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，c 为地球的一颗同步卫星，其轨道半径为r.下列说法中正确的是 ( )A ．a 与c 的线速度大小之比为r RB ．a 与c 的线速度大小之比为RrC ．b 与c 的周期之比为r RD ．b 与c 的周期之比为R r Rr变式训练2．设地球同步卫星离地面的距离为 R ，运行速率为 v ，加速度为 a ，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 a ０，第一宇宙速度为 v ０，地球半径为 R 0．则以下关系式正确的是（ ）A ．B ．C ．D ．二、双星问题：两棵质量可以相比的恒星相互绕着旋转的现象，叫做双星．双星中两棵子星相互绕着旋转看作匀速圆周运动的向心力由两恒星间的万有引力提供．由于力的作用是相互的，所以两子星做圆周运动的向心力大小是相等的，因两子星绕着连线上的一点做圆周运动，所以它们的运动周期是相等的，角速度也是相等的，线速度与两子星的轨道半径成正比． 例3. 在天体运动中，将两颗彼此相距较近的行星称为双星。
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6．5 《宇宙航行》6．6 《经典力的局限性》导案【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值，会推导第一宇宙速度4．了解经典力的局限性【重点难点】第一宇宙速度的推导和对第一宇宙速度的确切解 【法指导】认真阅读教材，第一宇宙速度的概念，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22G M m v m r 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_________=得，=________，可见，r 越大，________。
【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：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 R Mm G=2，故v 1=_________。
思考4：计算地球的第一宇宙速度。
R=6．37×106，地面g=9．8/2，v 1=_________。
思考5：神舟号飞船距离地面的高度约为340，根据上面的讨论，你能否得出神舟号飞船的线速度？（7．7/）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。
人教版 必修二 第六章 第五节《宇宙航行》学案+答案
6.5 《宇宙航行》学案【学习目标】1．了解人造卫星的有关知识。
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
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 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 登上太空的第一人。
[堂中互动][问题探究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】.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 。
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§5．宇宙航行 §6．经典力学的局限性——问题导读 （命制教师：张宇强）§5．宇宙航行 §6．经典力学的局限性——问题导读使用时间： 月 日—— 月 日姓名 班级【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；3、简单了解航天发展史。
4、能用所学知识求解卫星基本问题。
【问题导读】认真阅读《课本》P44—P51内容，并完成以下导读问题：一、人造地球卫星如图所示，当物体的 足够大 时，它将会围绕 旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的 。
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G Mm r2 = ，则卫星在轨道上运行的线速度v = 二、三个宇宙速度的比较数值 意义 第一宇宙速度km/s (1)卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的最 速度； (2)使卫星绕地球做匀速圆周运动的最 地面发射速度 第二宇宙速度km/s 使卫星挣脱 引力束缚的最 地面发射速度 第三宇宙速度 km/ s 使卫星挣脱 引力束缚的最 地 面发射速度三、经典力学的成就和局限性1、经典力学的成就牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，§5．宇宙航行§6．经典力学的局限性——问题导读（命制教师：张宇强）经受了实践的检验，取得了巨大的成就.2、经典力学的局限性（1）牛顿力学即经典力学，它只适用于、的物体，不适用于和的物体。
（2）狭义相对论阐述了物体以接近光速运动时遵从的规律，得出了一些不同于经典力学的结论，如质量要随物体运动速度的增大而。
（3）20世纪20年代，建立了量子力学，它正确描述了粒子的运动规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用.（4）爱因斯坦的广义相对论说明在的作用下，牛顿的引力理论将不再适用.预习检测：1．两颗卫星A、B的质量相等，距地面的高度分别为H A、H B，且H A<H B，那么这两颗卫星做圆周运动所需的向心力哪个较大？2．判断正误绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10km/s．( )在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s．( )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．()3．“天宫一号”目标飞行器在距地面355 km的轨道上做圆周运动，它的线速度比7.9 km/s大还是小？4．要使发射出去的人造卫星能够绕地球做圆周运动，则在地面发射时的速度需满足什么要求？根据天体运动的规律，在地面发射速度越大的卫星到达太空绕地球做圆周运动的速度越大还是越小？§5．宇宙航行 §6．经典力学的局限性——课堂导学姓名 班级【问题导读】一、人造地球卫星的轨道人造卫星的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道.1、椭圆轨道：地心位于椭圆的一个焦点上.2、圆轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所需的向 心力由万有引力提供，由于万有引力指向地心，所以卫星的轨道圆心必然是地心，即卫星在以地心为圆心的轨道 平面内绕地球做匀速圆周运动.总之，地球卫星的轨道平面可以与赤道平面成任意角度，但轨道平面一定过地心。
当轨道平面与赤道平面重合时，称为赤道轨道；当轨道平面与赤道平面垂直时，即通过极点，称为极地轨道，如图所示.二、地球同步卫星1、定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星.3、六个“一定”①同步卫星的运行方向与地球自转方向一致.②同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，T =24h.③同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度.④同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方. ⑤同步卫星的高度固定不变，同步卫星距地面高度h = 3. 6×104 km.三、人造地球卫星的向心加速度a 、线速度v 、角速度ω、周期T 跟轨道半径r 的关系 人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力（地球质量为M ，卫星质量为m )1、由G Mm r 2 = ma n 得a n = G M r2 ，则r 越大，a n 越小。
2、由G Mm r 2 = m v 2r 得v =rGM ，则r 越大，v 越小. 对于近地卫星（r =R 地）的线速度v =地R GM =地R g =7.9km/s ，即第一宇宙速度，是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，也是发射卫星的最小速度.3、由G Mm r 2 = m ω2r 得ω=3r GM ，则r 越大，ω越小.4、由G Mm r 2 =m (T π2)2r 得 T =GMr 324π，则 r 越大，T 越大. 对于近地卫星（r =R 地）的周期T=5063s≈84min ，其他所有卫星的周期都大于这个数值， 即该值是地球卫星周期的最小值.※人造卫星在圆轨道上运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于完全失重状态，凡是和重力有关的现象都会消失.四、三个宇宙速度1、第一宇宙速度（环绕速度）（1）定义：又叫环绕速度，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 =7.9km/s（2）推导：设地球的质量为M ，卫星的质量为m ,卫星到地心的距离为r ，卫星做匀速圆周运动的线速度为v ：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速度，其大小为 16.7 km/s.※注意：（1）第一宇宙速度是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，也是最小发射速度.（2）当在地面上以7.9 km/s<v <11.2 km/s 的速度发射卫星时，该卫星的轨道是椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上.（3）三个宇宙速度分别为三种不同情况下在地面附近的最小发射速度.不同星球的第一宇宙速度不同.五、卫星轨道变化问题卫星从低轨道→高轨道：做离心运动，受力条件：提供的向心力（万有引力）< 所需向心力（mv 2r） 卫星应加速才能变轨；卫星从高轨道→低轨道：做近心运动，受力条件：提供的向心力（万有引力）> 所需向心力（mv 2r） 卫星需减速才能变轨。
【课上基础训练】1、是否可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道( )A．与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面的同心圆B．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面的同心圆C．与地球表面上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，但卫星相对地球是运动的2．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3．当人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，其绕行速度（）A．一定等于7.9千米/秒B．一定小于7.9千米/秒C．一定大于7.9千米/秒D．介于7.9～11.2千米/秒4．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，将卫星送人同步椭圆轨道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轨道上正常运行时，以下说法正确的是( )A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道l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5．同步卫星在赤道上空同步轨道上定位以后，由于受到太阳、月球及其他天体的引力作用影响，会产生漂移运动而偏离原来的位置，若偏离达到一定程度，就要发动卫星上的小发动机进行修正。
如图所示中A为离地面36000km的同步轨道，B和C为两个已经偏离轨道但仍在赤道平面内运行的同步卫星，要使它们回到同步轨道上，应( )A．使B适当减速B．开使B适当加速C．使C适当减速D．使C适当加速6．金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍。
那么，（1）金星表面的自由落体加速度是多大？（2）金星的第一宇宙速度是多大？§5．宇宙航行§6．经典力学的局限性——课后拓展训练【课后拓展训练】1．关于地球的第一宇宙速度，下面说法中正确的是( )A．它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度B．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度C．它是能使卫星进入近地轨道的最小速度D．它是能使卫星进入轨道的最大发射速度2．关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法中正确的是( ) A．在发射过程中向上加速时产生超重现象B．在降落过程中向下减速时产生超重现象C．进入轨道时做匀速圆周运动，产生失重现象D．失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的3．同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下面说法中正确的是( ) A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的数值B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的数值D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的4．关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，以下判断正确的是( ) A．同一轨道上，质量大的卫星线速度大B．同一轨道上，质量大的卫星向心加速度大C．离地面越近的卫星线速度越大D．离地面越远的卫星线速度越大5．2003年8月29日，火星、地球和太阳处于三点一线，上演“火星冲日”的天象奇观。
这是6万年来火星距地球最近的一次，与地球之间的距离只有5576万公里，为人类研究火星提供了最佳时机。
如图所示为美国宇航局最新公布的“火星冲日”的虚拟图，则有( )A．2003年8月29日，火星的线速度大于地球的线速度B．2003年8月29日，火星的线速度小于地球的线速度C．2004年8月29日，火星又回到了该位置D．2004年8月29日，火星还没有回到该位置6．如图所示的圆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a B．卫星的轨道可能为bC．卫星的轨道可能为c D．同步卫星的轨道只可能为b★7．我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的，“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为了T1=12 h；“风云二号”是同步卫星，其轨道平面就是赤道平面，周期为丁T2＝24 h；两颗卫星相比( )A．“风云一号”离地面较高B．“风云一号”每个时刻可观察到的地球表面范围较大C．“风云一号”线速度较大D．若某时刻“风云一号”和“风云二号”正好同时在赤道上某个小岛的上空，那么再过12小时，它们又将同时到达该小岛的上空8．关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通迅卫星的说法，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9．地球上两相距很远的观察者，都发现自己的正上方有一颗人造卫星，相对自己静止不动，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，观察不到此现象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10．一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，其运行速度是地球第一宇宙速度的倍。