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)--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。
7.4.1 宇宙航行 学案-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
7.4 宇宙航行学案【学习目标】1.理解人造地球卫星的最初构想；2.知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度，体会在处理实际问题时，如何构建物理模型；3.理解人造卫星做匀速圆周运动时,各物理量之间的关系。
【学习重点】1.第一宇宙速度的推导过程和方法；2.研究天体运动的基本思路与方法。
【学习难点】人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
知识回顾1.天体运动近似看成匀速圆周运动，万有引力提供向心力，即=（已知r,T）,可得中心天体的质量M= .2.忽略地球自转影响，地表附近物体的重力等于万有引力，即= ，所以= 。
这是一个常用变换式。
新课导入在 1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。
你知道这个速度究竟有多大吗？问题: 1. 卫星在做什么运动？ 2. 谁提供向心力？3. 已知引力常量G、地球质量M、地球半径R、地球表面重力加速度g请用不同的方法求出这个速度的表达式，并说明原理。
合作探究、自主学习学习目标一、宇宙速度（地球）1. 第一宇宙速度（1）概念:是卫星在附近(h≪R)绕地球做的速度。
（2）推导：方法一：万有引力提供向心力，则有：。
（方程）解得：v= .1方法二:已知地面附近的重力加速度g和地球半径R，方程: ,解得：v1= .带入数据（地球半径R约为6400km，重力加速度g取9.8m/s2），得：v1= .(注：发射速度是指卫星在地面附近离开发射火箭的初速度)拓展:卫星在地面附近离开发射火箭时:(1). 发射速度等于第一宇宙速度时，卫星将做什么运动？(2). 发射速度小于第一宇宙速度时，卫星将做什么运动？(3). 发射速度大于第一宇宙速度时，卫星将做什么运动？(4). 卫星环绕地球做圆周运动的速度一定不小于第一宇宙速度吗？(5). 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？结论：第一宇宙速度是最小的，是卫星环绕地球做圆周运动的最大.2.第二宇宙速度:使物体挣脱的束缚,成为绕太阳运行的人造行星的最发射速度,又叫 ,v2= .3.第三宇宙速度:使物体挣脱束缚的最发射速度,又叫 .v3= .例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或等于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是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度例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，则该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学习目标二、人造地球卫星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、人造地球卫星的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＝__________＝__________＝________＝________，由动的向心力，则有：G Mmr2此可得a＝______，v＝______，ω＝________，T＝________。
7.4 宇宙航行(教案)-2020-2021学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
第七章万有引力与宇宙航行第4节宇宙航行教学设计问题与目标目标与素养1.通过了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做匀速圆周运动时，各物理量之间的关系。
2.通过对三个宇宙速度含义的了解，能推导出第一宇宙速度。
情景与问题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.通过了解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。
过程与方法1.通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识分析问题和解决问题的能力。
2.通过对天体运动的认识，能运用万有引力定律及匀速圆周运动的规律解决卫星运动的有关问题。
重点与难点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领域。
难点1.人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2.掌握有关人造卫星的计算及计算过程中的一些代换。
教学准备教师要求多媒体课件、视频资料学生要求课前预习教材中的相关知识，查阅宇宙速度与人造卫星的有关材料。
教学过程一、导入新课教师简单介绍中国近几年的航天发展情况，并多媒体播放相关视频及一些图片资料：如今，人们的通信手段越来越多样，加强了世界的联系。
要保证稳定通畅的通讯，需要同步卫星进行信号的传递。
手机等便携设备的导航定位功能已经非常全面，要实现精确的导航，需要同步卫星发挥极大的作用。
教师提出问题：怎么样才能把物体发射上天空，且不再落回地面?这节课我们共同来学习相关知识二、新课教学（一）300多年前牛顿的设想教师指导学生阅读教材第59页“问题”部分并播放图片：牛顿曾设想，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，则落点一次比一次远。
如不计空气的阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，而是围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。
学生阅读教材，观看图片，思考讨论总结出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，地球对卫星的万有引力提供向心力。
教师投影图片，提出问题：如图所示，你认为四条轨道中可以作为卫星轨道的是哪些?学生交流讨论分析回答问题：A、C、D可能，B不可能。
《第七章 4 宇宙航行》教学设计教学反思-2023-2024学年高中物理人教版2019必修第二册
《宇宙航行》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解宇宙航行的观点和原理。
2. 掌握人造卫星的运行原理和发射技术。
3. 能够分析人造卫星的变轨问题和宇宙速度的计算。
二、教学重难点1. 教学重点：掌握人造卫星的运行规律，理解变轨原理。
2. 教学难点：理解宇宙速度的观点和计算方法，能够进行实际应用。
三、教学准备1. 准备教学PPT和相关视频素材。
2. 准备模拟火箭发射和变轨实验器械。
3. 准备宇宙航行相关案例和习题，供学生分析和练习。
四、教学过程：1. 导入新课：通过播放一些宇航员在太空中的图片或视频，引发学生对宇宙航行的兴趣，提出问题：宇宙航行中需要思量哪些问题？2. 讲解知识点：（1）讲解万有引力定律：引导学生回忆万有引力定律的内容，并诠释在宇宙航行中如何利用万有引力定律。
（2）讲解宇宙速度：介绍第一宇宙速度和第二宇宙速度的观点和计算方法，并诠释这些速度在宇宙航行中的意义。
（3）讲解环绕速度和逃逸速度：引导学生理解环绕速度和逃逸速度的含义，并诠释在宇宙航行中如何利用这些速度。
3. 教室讨论：让学生分组讨论在宇宙航行中需要思量的其他问题，如轨道调整、姿态控制、能源供应等，并鼓励学生提出解决方案。
4. 实验演示：通过实验演示，让学生直观地了解宇宙航行的原理和过程。
例如，可以通过模拟火箭发射和升空的实验，让学生了解火箭的动力来源和推力原理。
5. 总结知识点：在教室即将结束时，对所学的知识点进行总结，强调重点和难点。
同时，引导学生思考宇宙航行的未来发展趋势和应用前景。
6. 安置作业：让学生通过查阅资料或进行小实验，探索如何在实际生活中应用所学知识，如设计一款适用于太空环境的机器人等。
7. 拓展阅读：推荐一些与宇宙航行相关的书籍和网站，鼓励学生继续深入学习相关知识。
教学设计方案（第二课时）一、教学目标1. 理解宇宙航行中的基本观点，如重力、速度、轨道、能量等。
2. 掌握宇宙航行中的基本规律，并能运用这些规律解决实际问题。
《第七章4宇宙航行》教学设计教学反思-2023-2024学年高中物理人教版2019必修第二册
《宇宙航行》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解宇宙航行的基本概念，如卫星、轨道、发射和返回等。
2. 掌握卫星在太空中的运动规律，以及如何计算它们的轨道参数。
3. 能够运用所学知识解释卫星在太空中的实际应用，以及卫星的发射和返回过程。
二、教学重难点1. 重点：理解卫星在太空中的运动规律，以及如何计算其轨道参数。
2. 难点：运用所学知识解释卫星在太空中的实际应用，以及卫星的发射和返回过程。
三、教学准备1. 准备教学PPT，包括图片、图表和相关视频。
2. 准备相关教学视频，包括卫星发射和返回过程的实况记录。
3. 准备教学用具，如计算器、笔和纸张，以方便学生记录和计算。
4. 确定互动环节，鼓励学生积极参与讨论和提问。
四、教学过程：（一）引入1. 复习：牛顿第二定律、万有引力定律、重力加速度2. 提问：为什么人造卫星要绕地球旋转？为什么它不会落到地面？3. 展示地球和人造卫星的图片，介绍人造卫星的发射和运行相关知识。
（二）新课讲解1. 讲解宇宙航行的概念和意义，介绍人类宇宙航行的历史。
2. 介绍人造卫星的种类和用途，包括通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星等。
3. 讲解人造卫星的运行轨道，包括近地轨道、地球同步轨道、太阳同步轨道、逃逸轨道等。
4. 讲解万有引力提供向心力这一重要原理，通过实例让学生理解这个原理的应用。
5. 介绍发射人造卫星所需的动力系统、控制系统、姿态稳定系统等。
6. 讲解发射人造卫星所需的各种技术，包括力学、光学、电子技术等。
7. 介绍太空垃圾对航天活动的影响以及如何避免和应对这些垃圾。
8. 引入地球同步轨道的应用场景，包括电视转播、远程教育、导航系统等，让学生了解其意义和应用。
（三）实践活动1. 让学生利用小球和细线模拟人造卫星绕地球运动的模型，加深对万有引力提供向心力的理解。
2. 分组进行太空垃圾的模拟实验，通过观察和记录实验现象，了解太空垃圾的特点和危害。
3. 让学生设计一种新型的人造卫星，发挥想象力和创造力，培养他们的创新意识和实践能力。
7.4 宇宙航行 教学设计-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
7.4 宇宙航行教学设计教学目的：1.了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度。
2.知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及卫星运动的简单问题。
3.了解发射速度与环绕速度的区别和联系。
教学重点：区分三个宇宙速度及含义教学过程教师活动学生活动【课前回顾】1、默写（1）地球的质量M公式（2）计算天体的质量公式2、请说出三种其他天体名称3、哈雷彗星的回归时间：上次？下次？4、作业问题解答提问强调重点作业点评默写订正教学过程教师活动学生活动【导入】1、拿一支粉笔水平抛出，粉笔做什么运动？——可以看作平抛运动2、在相同高度使抛出时的速度更大一些，与第一次抛出有什么区别？——水平飞出的距离更远3、是否可以一直运动不掉下来？为什么会这样呢？ ——不可以，因为受到重力作用，粉笔会向下运动。
[问题]牛顿的设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。
你知道这个速度究竟有多大吗？ 【新授】 一、宇宙速度（一）第一宇宙速度的推导[思考]：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm 2/kg 2，地球质m=6×1024kg ，地球半径R=6400km ，地球表面重力加速度g=9.8m/s 2） 1、拱桥法：当支持力为0时，重力提供物体作圆周运动的向心力。
由mg ＝m v2R 得：v ＝gR =7.9km/s第一宇宙速度的大小：v =7.9km/s ， 第一宇宙速度是航天器成为卫星的最小发射速度：发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。
提问 引导思考重点讲解板书P59[问题] 思考回答笔记记录教 学 过 程 教师活动 学生活动2、物体在地面附近绕地球的运动可视作匀速圆周运动，万有引力提供物体运动所需的向心力，轨道半径r 近似认为等于地球半径R由Gmm地R2＝mv2R，可得v＝Gm地R.第一宇宙速度是卫星的最大环绕速度（二）第二宇宙速度理论研究指出：在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9 km/s、小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同。
7.4+宇宙航行+教学设计2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
课时教学设计课题第四节宇宙航行授课时间：2024年5月21日课型：观察探究课课时：一课时教学目标一、教学目标1．通过阅读课本资料了解牛顿对人造卫星的猜想、外推的思路和思想，能写出第一宇宙速度的推导过程。
2．通过第一宇宙速度的推导总结，能说出人造地球卫星的原理及运行规律。
3．通过阅读教材第三部分，能够介绍世界和我国航天事业的发展历史，感知人类探索宇宙的梦想，激发爱国热情，增强民族自信心和自豪感。
二、核心素养物理观念：能从物理学的视角正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，具备清晰的物理观念。
科学思维：能在熟悉的情境中运用物理模型，能对卫星发射原理进行分析和推理。
科学探究：能在对卫星发射原理的基础上做出假设，并制定合理的探究路线，从而分析数据发现规律。
科学态度与责任：卫星的发射原理是人类在万有引力定律基础上科学家们持续不断创造性发展的成果，是人类对宇宙奥秘探索的历程，增强民族自信心和自豪感。
重点难点重点：第一宇宙速度的推导难点：人造地球卫星的原理教学准备1.圆周运动演示器2.教学PPT课件教学思路万有引力定律应用广泛,它与牛顿第二定律、圆周运动的知识相结合，可用来求解天体的质量和密度，分析天体的运动规律.万有引力定律与实际问题、现代科技相联系,可以用来发现新问题.把万有引力定律应用在天文学上的基本方法是:将天体的运动近似看作匀速圆周运动处理,运动天体所需要的向心力来自于天体间的万有引力教学过程活动设计1.课前引导提问 3.研究天体的半径和线速度规律2.观察不同天体不同的半径 4.课堂练习环节一：课前引导提问教师活动：提问1.什么物理量决定天体的绕行速度？2.天体的绕行速度和运动有什么关系？3.你知道哪一些天体？学生活动：让学生回答1.天体的质量和半径决定。
2.天体的绕行速度越大离中心天体越近3.地球，月球，火星，木星，土星，海王星环节二：让学生观察以下图请同学们观察这两张图，然后说出你们的想法环节三：研究天体的半径和线速度规律一、情境引入利用多媒体播放视频：神舟11号飞船的发射视频师：2016年10月17日，神舟11号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心顺利升空，在轨两天后与天宫二号空间实验室成功对接，现在看来这个视频仍然振奋人心。
7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
(3)网络资源：引导学生利用网络查找与宇宙航行相关的资料，了解我国航天事业的发展，拓宽知识视野。
教学过程设计
1.导入新课（5分钟）
目标：引起学生对宇宙航行的兴趣，激发其探索欲望。
过程：
开场提问：“你们知道宇宙航行是什么吗？它与我们的生活有什么关系？”
7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册
科目
授课时间节次
--年—月—日（星期——）第—节
指导教师
授课班级、授课课时
授课题目
（包括教材及章节名称）
7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册
教学内容
本节课选自2019版人教版高中物理必修第二册第七章第四节“宇宙航行”。教学内容主要包括：万有引力定律在航天中的应用，宇宙速度的概念及其计算，了解航天器的基本工作原理，掌握人造卫星的轨道分类和运行规律，以及简单分析宇宙航行的物理问题。具体涉及以下几方面：
小组讨论：让学生分组讨论宇宙航行的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。
4.学生小组讨论（10分钟）
目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。
过程：
将学生分成若干小组，每组选择一个与宇宙航行相关的主题进行深入讨论。
小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。
每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。
首先，我发现有些学生对宇宙航行的基本概念和原理掌握得不够牢固。例如，在计算宇宙速度时，有些学生容易混淆第一宇宙速度、第二宇宙速度和逃逸速度的概念，导致计算错误。因此，我计划在未来的教学中，加强基础知识的教学，通过实例分析、公式推导等方式，帮助学生更好地理解和掌握这些基本概念。
7.4 宇宙航行 学案 --2023学年高一物理人教版(2019)必修第二册
2023高一物理 第4节 宇宙航行一、 宇宙航行基础知识回顾1. 轨道参数的规律（1） 线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道高度的关系；G Mmr 2＝⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧⎭⎪⎪⎬⎪⎪⎫ma →a ＝GM r 2→a ∝1r 2m v 2r →v ＝ GM r →v ∝1r mω2r →ω＝GM r 3→ω∝1r 3m 4π2T 2r →T ＝ 4π2r 3GM→T ∝r 3越高越慢总结： ， ．2. 三大特殊卫星：轨道圆心是（1） 近地卫星：绕地球表面飞行的卫星，理论上存在．① 由22=Mm v G m mg R R=得=GM v gR R =7.9km /s v =，运动平面任意； ② 在所有卫星中，线速度、角速度都 ，周期 ，min 2507585min s RT g==≈． （2） 同步卫星：和地面相对静止的卫星． ① 条件有3个：轨道平面重合于 、 转、周期等于24小时．②由2224Mm G mR R Tπ=得32=24h R T GM =，即R=6.6R 地，卫星离地高度5.6R地， 3.08km /s v =；③ 由于轨道非常高，所以发射难度非常大．由于卫星不可能绝对相对地球静止，会有误差，所以国际规定相邻同步卫星之间至少要相隔3度，但随着科技的进步，目前已经存在的同步卫星至少有338颗，其中中国有14颗． （3） 极地卫星：又叫极轨卫星，是经过两极上空的卫星．由于地球的自传，此类卫星可以实现对地球的全面覆盖．3. 卫星发射及变轨、对接问题（1） 卫星发射及变轨① 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示． ② 为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上． ③ 在A 点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做 运动进入椭圆轨道Ⅱ．（卫星在A 点线速度可能大于、也可能小于7.9km/s ） ④ 在B 点（远地点）再次点火加速，进入圆形轨道Ⅱ． （2） 变轨分类：依靠自身动力变轨即瞬间变轨、卫星遇到稀薄空气阻力减速导致的降轨．（3） 对接：一般是后面的航天器从低轨道加速（做离心运动），追上高轨道的航天器（高轨道线速度小），即：减速 （动能增加），加速 （动能减小），越高越慢．4. 卫星变轨中的参数比较（1） 速度：设卫星在圆轨道Ⅱ和Ⅱ上运行时的速率分别为v 1、v 3，在轨道Ⅱ上过A 点和B 点速率分别为2A v 、2B v ．在A 点加速，则2A v 1v ，在B 点加速，则3v 2B v ，又因v 1＞v 3，故有2A v ＞1v ＞3v ＞2B v ． （2） 加速度：因为万有引力提供合力，根据公式2=G==MmF F ma r万合可知，只要距离r 相同，则加速度大小就相等，不论从轨道Ⅱ还是轨道Ⅱ上经过A 点，卫星的加速度都相同，即12A A a a =，同理，23B B a a =．（3） 周期：设卫星在Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ轨道上运行周期分别为T 1、T 2、T 3，轨道半径分别为r 1、r 2(半长轴)、r 3，由开普勒第三定律r 3T 2＝k 可知T 1＜T 2＜T 3．5. 三大宇宙速度（1） 第一宇宙速度：又叫环绕速度，即卫星绕地表飞行的速度．① 由 得v =7.9km /s v =； ② 7.9km /s v =，是最小的发射速度和最大的环绕速度．（2） 第二宇宙速度：又叫脱离速度，即卫星脱离地球引力的速度．由212GMmmv mgR R ==得 ，即11.2km /s v =． （3） 第三宇宙速度：又叫逃逸速度，即卫星脱离太阳引力的速度．由212GMmmv R =日，即16.7km /s v v -=地．（4） 范围分析① =7.9km /s v 发时，卫星绕地球做匀速圆周运动．② 当7.9km /s 11.2km /s v <<发时，卫星绕地球沿椭圆轨道飞行．③ 当11.2km /s 16.7km /s v <<发时，卫星将脱离地球绕太阳沿椭圆轨道飞行． ④ 当16.7km /s v >发时，卫星将脱离太阳引力，脱离太阳系（5） 拓展：黑洞问题：第一宇宙速度超过光速．恒星的演化，恒星、红巨星、中子星、白矮星，塌缩成黑洞．二、 天文常识 1. 张角等于遮光角2. 绕地球运行的空间站中水银气压计、天平不可用，没有浮力，弹簧测力计可以用。
7.4宇宙航行-2023-2024学年高一物理同步精讲教学设计(人教版2019必修第二册)
教学方法/手段/资源：
-自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。
-信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。
作用与目的：
-帮助学生提前了解本节课的主要内容，为课堂学习做好准备。
-培养学生的自主学习能力和独立思考能力。
已知人造卫星的质量为m，地球半径为R，万有引力常数为G，地球质量为M，请设计一个卫星应用方案，包括卫星轨道类型、应用领域等。
答案：设计一个地球同步轨道的通信卫星，用于电话、电视、互联网等信号的传输。
内容逻辑关系
1.宇宙速度的计算
重点知识点：宇宙速度、第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度、万有引力常数、地球质量、地球半径。
2.课中强化技能
教师活动：
-导入新课：通过故事、案例或视频等方式，引出宇宙航行课题，激发学生的学习兴趣。
-讲解知识点：详细讲解宇宙速度、卫星轨道等知识点，结合实例帮助学生理解。
-组织课堂活动：设计小组讨论、角色扮演、实验等活动，让学生在实践中掌握宇宙航行的基本原理。
-解答疑问：针对学生在学习中产生的疑问，进行及时解答和指导。
1.宇宙速度的概念和计算，包括第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的定义及其计算方法。
2.卫星轨道的分类和特点，包括地球同步轨道、太阳同步轨道、地球静止轨道等。
3.卫星发射和返回的基本原理，包括卫星发射的必要条件、卫星返回地球的过程等。
4.人造卫星的应用领域，包括通信卫星、导航卫星、地球观测卫星等。
-设计预习问题：围绕“宇宙航行”课题，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考。
-监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。
7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
3.教学手段：我使用了多媒体演示和虚拟实验，帮助学生更好地理解和体验宇宙航行的原理和过程。通过学生的反馈，我发现他们对于这种方式的teaching method比较感兴趣，也能够更好地理解和记忆。但是，我也注意到有些学生的网络使用习惯可能不太好，会在课堂上分心。因此，我需要加强对学生的引导和监督，确保他们能够更好地利用网络资源进行学习。
现在，让我们来正式了解一下宇宙航行的基本概念。首先，我们要知道什么是宇宙速度。宇宙速度是指物体在地球表面上，要克服地球引力，进入宇宙空间所需的最小速度。接下来，我们还会学到地球轨道的相关知识。地球轨道是指地球围绕太阳运行的路径，它是一个椭圆形。在地球轨道上，地球的速度和距离太阳的距离都是不断变化的。
3.随堂测试：
-通过随堂测试评估学生对宇宙航行知识的掌握程度，包括基本概念、原理和应用。
-分析学生的答题情况，了解他们在理解和应用宇宙航行知识方面存在的问题。
4.作业完成情况：
-检查学生完成作业的质量，评估他们对宇宙航行知识的理解和应用能力。
-分析学生在作业中提出的问题和困惑，了解他们在学习中遇到的难题。
③地球轨道的特点和变化：最后，分析了地球轨道的特点和变化。通过讲解地球轨道的椭圆形形状和地球速度的变化，使学生了解地球轨道的相关知识。
板书设计：
宇宙航行：
1.宇宙速度
-定义：物体在地球表面上，要克服地球引力，进入宇宙空间所需的最小速度
-计算公式：v = √(GM/r)
7.4 宇宙航行 课件-2023学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
一. 宇宙速度
第一宇宙速度
1.推导
简单认为卫星在地球表面附近（R=r）绕地球做匀速圆周
运动：
方法一：飞行器运动所需的向心力是由地球对它的万有引力
提供，即
Mm
v2
G 2 m
R
R
v
GM
R
方法二：黄金代换法
v2
mg m
R
m
v
r
v gR
第一宇宙速度
2.数值
7.9km/s
C. 与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，且从地球表
面看卫星是静止
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
P7：1
总结—宇宙航行
1.第一宇宙速度：v1
GM
gR 7.9km/s
R
；
是最小的发射速度，也是最大的运行速度；
2.近地卫星：贴地飞行，线速度v=7.9km/s；
启动；2003年10月15日9时，我
国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星
发射中心成功发射，把中国第一
位航天员杨利伟送入太空。
梦想成真
“
嫦
娥
五
号”
任
务
回
顾
2020年12月17日，经过20多天，嫦娥五号探测器在一次任务中，
连续实现我国航天史上首次月面采样、月面起飞、月球轨道交会
对接、带样返回等多个重大突破，成功带回1.7kg月球土壤。
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？
答案：金星表面的自由落体加速度是8.9 / 2 ；
金星的第一宇宙速度是7.3/。
总结—宇宙速度
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。
7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
板书设计
① 第一宇宙速度：物体在地球表面附近绕地球做圆周运动的速度。
- 研究我国航天事业的发展历程，了解我国在宇宙航行领域的成就。
- 探索其他国家航天事业的发展情况，比较各国在宇宙航行领域的优劣势。
- 研究宇宙航行在现代社会中的应用，如卫星通信、导航系统等。
- 关注宇宙航行的最新动态，如火星探测、太空旅游等热门话题。
3. 实践项目：
鼓励学生参与与宇宙航行相关的实践项目。以下是一些建议：
（4）讨论环节：组织学生分组讨论卫星轨道的变化规律，鼓励学生发表自己的观点，培养学生的科学思维和交流能力。
（5）案例研究：介绍我国航天事业的成功案例，如北斗导航系统、嫦娥四号探测器等，让学生了解航天技术的应用和实际意义。
（6）项目导向学习：组织学生进行小组项目，设计一个简单的航天任务，如卫星轨道设计、卫星发射方案等，培养学生的实践能力和团队合作精神。
- 参加学校或社区举办的航天科技竞赛，如卫星设计、航天器模拟等。
- 参与航天科技俱乐部或兴趣小组，与同学们一起讨论和学习航天知识。
- 参观航天科技博物馆或相关设施，了解航天器的实际运行情况。
- 开展航天科技实验或课题研究，如卫星轨道模拟、航天器材料研究等。
希望以上拓展与延伸内容能够帮助学生在课后更好地学习和掌握宇宙航行的知识，并将其应用到实际生活中。祝大家学习进步！
拓展与延伸
1. 拓展阅读材料：
为了让学生更深入地了解宇宙航行的相关知识，我推荐以下拓展阅读材料：
7.4+宇宙航行+教学设计-2024-2025学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
设置情景 问题驱动 （3分钟）[视频引入] 简述中国航天发展史并观看神舟 十六号载人飞船发射视频[设置疑问]飞船如何 发射 出去并 绕地球飞 行？观看视频、思考问题，产生本节课 问题悬念。
通过观看视频，由生 活中的物理现象引起学生的思考，激发学生的学习兴趣。
通过对我国航天事业的介绍，对学 生渗透爱国主义教育。
[展示课件动画]在楼顶上先后以不同水平速度抛出 小球。
v 0学生观看动画，思教考问题提出问题引起学生思 学考，让学生体会猜想外 过A B C D推的思维过程程[提出问题]启发诱导 在楼顶上用不同的水平初速度抛出 合理猜想 一个物体，不计空气阻力，它们的落地（35分钟）点相同吗？ [诱发思考] 如果被抛出物体的速度足够大，物体 的运动情形又如何呢？ [课件动画展示] 讲解牛顿探索的思路并分析论证精心研究合理推导思考万有引力公式和圆周运动的公 学生通过自己推导的过 式，动手计算第一 程，加深对于万有引力 宇宙速度的值。
定律的理解和记忆，培养旧知的迁移能力、分新 课 导 入.[提出问题]要有足够大的速度，才能使抛出的物体成为人造卫星，那么这个速度多大呢?[展示课件]课件展示研究内容和已知条件[指导学生探究]请两名学生上黑板推导。
教师在学生中观察指导答疑，并就黑板上学生的推导过程引导全班同学进行评价，之后课件再现推导过程，帮助全体学生达标。
物体绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对物体的万有引力提供[提出问题]如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度v ？g R2 = GM计算第一宇宙速度数值v=7.9km/s。
给出第一宇宙速度的定义：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时的速度。
[提出问题]①将飞行器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?③在低轨道和高轨道运行的两颗地球卫星哪一个运行速度大?[展示课件]发射速度：被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。
7.4宇宙航行(教学设计)轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修第二册(人教版)
- 卫星通信：利用宇宙航行技术，实现全球通信和广播
- GPS定位：基于宇宙航行技术的精确地理位置信息服务
- 气象观测：宇宙航行技术在气象观测和预测中的应用
板书设计将根据实际教学情况调整，以满足学生的学习需求和提高教学效果。
九．课后作业
为了巩固学生对宇宙航行的理解，拓展他们的知识视野，课后作业将包含以下题型：
7.4 宇宙航行（教学设计）轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第二册（人教版）
课题：
科目：
班级：
课时：计划1课时
教师：
单位：
一、教材分析
本节课的内容来源于轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版），主要涉及宇宙航行的相关知识。在本次教学中，我将以课本内容为基础，结合学生的实际情况，设计一系列具有实践性和趣味性的教学活动，以帮助学生更好地理解和掌握宇宙航行的基本概念和原理。同时，我将充分利用多媒体教学资源，以图文并茂的形式，为学生提供更加生动、直观的学习体验，激发学生对宇宙航行的兴趣和热情。在教学过程中，我将注重培养学生的动手操作能力和团队协作能力，使学生在实践中掌握知识，提高他们的综合素质。
（2）教学内容：评估教学内容是否符合学生的认知水平，以及是否能够激发学生的学习兴趣。
（3）教学效果：综合评估学生的学习成果，以及教学目标是否达成。
根据以上评价结果，教师需要给予学生及时的反馈，指出学生的优点和不足，并提出改进的建议。同时，教师也需要根据评价结果调整教学方法和内容，以提高教学效果。
八、板书设计
（2）引力概念的拓展：引力不仅是地球上的物体相互吸引，还包括宇宙中星球、黑洞等天体的相互作用。
（3）宇宙速度的计算：宇宙速度是宇宙航行的关键参数，学生需要掌握计算方法和应用。
7.4宇宙航行(课件)-2023学年高一物理同步备课(人教版2019必修第二册)
知 识 点 二 ： 人造地球卫星 月球
h=3.6××107m 同
r=4.2××107m
步
v=3.08km/s T=24h
卫 星
近 地 卫 星
h=3.8××108m r≈3.8××108m v=1km/s T=27.3天
h≈0 r=6.4××106m v=7.9km/s T=84分钟
知 识 点 三 ： 载人航天与太空探索
知 识 点 一 ： 宇宙速度
m 2. 第一宇宙速度
v0
F引
G
Mm r2
m
v2 r
r R h R 6400km
v GM r
M 5.981024 kg
M
v GM 7.9km / s R
这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运 动的速度，叫作第一宇宙速度(first cosmic velocity).
考点二：同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较
例2. A为地面上的待发射卫星，B为近地圆轨道卫星，C为地球同步卫星。三颗卫
星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为vA、vB、vC，角速度大小分别为ωA、
ωB、ωC，周期分别为TA、TB、TC，向心加速度大小分别为aA、aB、aC，则（A ）
A. ωA＝ωC<ωB
⑥向心加速度的大小一定:
an
GM
2
0.23m / s 2
知 识 点 二 ： 人造地球卫星
3.人造地球卫星的分类
（3）同步卫星的用途： 主要用于通信，故也称通信 卫星。3颗同步卫星可实现全 球覆盖,为了使同步卫星之间 不相互干扰，大约3°左右才 能放置一颗同步卫星，也就 是说，地球上空只能放下120 颗同步卫星。截止2012年， 已发射100多颗。
7.4宇宙航行大单元教学设计说课稿-2022-2023学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
大单元教学设计说课稿《7.4 宇宙航行》一、教材分析：①本节课主要介绍了宇宙航行的基本原理和技术，包括火箭的工作原理、航天器的结构和功能、宇宙探测器的应用等方面。
②本节课还介绍了人类的航天历程和航天事业的发展现状，以及航天事业对人类的重要意义和未来发展方向。
③教材难度较大，需要较强的物理和数学基础，学生需要掌握一定的动力学和热力学知识。
④本节课内容与生活实际联系不是很紧密，需要通过丰富的案例和应用进行教学。
二、学情分析：①学生在初中阶段已经学习了基础的物理知识，对物理学有一定的认识和兴趣。
②由于本节课内容较为抽象和复杂，需要对学生进行详细讲解和引导，帮助学生掌握相关知识。
③学生对宇宙航行可能存在的风险和安全问题有一定的关注和担忧，需要在教学中进行安全教育和引导。
④学生对航天技术的应用和未来发展方向有一定的兴趣和好奇心，需要在教学中进行启发和激发。
三、核心素养：物理观念：①火箭推进原理：学生需要了解火箭推进的基本原理，包括推力、反作用力、动量守恒等概念。
②航天器结构与功能：学生需要了解航天器的结构组成和功能分配，例如舱段、推进系统、姿控系统、通信系统等。
③宇宙探测器应用：学生需要了解宇宙探测器的应用领域和技术要求，例如对太阳系行星的探测、天文观测等。
科学思维：①推理分析：学生需要通过分析和推理，理解火箭推进原理和航天器运行原理。
②抽象思维：学生需要通过抽象思维，理解宇宙空间的特殊环境和宇宙探测器的工作原理。
③创新思维：学生需要通过创新思维，发展新型的航天技术，开拓宇宙探索的新领域。
科学探究：①实验探究：学生需要通过实验探究，验证火箭推进原理和航天器工作原理。
②模拟探究：学生需要通过模拟探究，理解宇宙空间的特殊环境和宇宙探测器的工作原理。
③实践探究：学生需要通过实践探究，应用航天技术解决实际问题，例如环境监测、地质勘探等。
科学态度与责任：①精神面貌：学生需要树立开拓创新、勇于探索、追求卓越的科学精神面貌。
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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。
已知组合体的运行轨道距地面高度为h（约为400km），地球视为理想球体且半径为R，地球表面的重力加速度为g,引力常量为G，下列说法正确的是（）A．航天员漂浮在组合体中，处于平衡状态B．地球的平均密度可表示为34()gG R h π-C．组合体轨道处的重力加速度为22 () gRR h+D．组合体的运行速度介于7.9km/s和11.2km/s之间提升训练4、2022年7月13日，我国成功将天链二号03星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。
人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，假设图示三个轨道是天链二号03星绕地球飞行的轨道，其中轨道Ⅰ，Ⅲ均为圆形轨道，轨道Ⅱ为椭圆形轨道，三个轨道在同一平面内，轨道Ⅱ与轨道Ⅰ相切于A点，与轨道Ⅲ相切于B点，不计天链二号03星在变轨过程中的质量变化，则下列说法正确的是（）A．天链二号03星在轨道Ⅲ和轨道Ⅱ上运行时，在切点B处的加速度相同B．天链二号03星在轨道Ⅲ上运动的周期小于在轨道Ⅱ上运动的周期C．天链二号03星在轨道Ⅰ上A点的动量与在轨道Ⅱ上A点的动量相同D．天链二号03星在轨道Ⅱ的任何位置都具有相同速度5、在离地面高度为h的轨道上，某飞船绕地球做匀速圆周运动。
已知引力常量为G，地球半径为R，飞船绕地球运行的周期为T。
求：（1）飞船绕地球运行的线速度v；（2）地球的质量M。
6、2020年11月24号，我国用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器。
假设该探测器在距离月球表面高度为h的轨道上做匀速圆周运动时的运行周期为T，月球的半径为R，引力常量为G。
求：（1）月球的质量；（2）月球表面的重力加速度；（3）月球的第一宇宙速度。
答案详解【例1】解：根据GMr可知，卫星的轨道半径r越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，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；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；第二宇宙速度是使物体挣脱地球引力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.故选:CD【例2】解：物体抛出速度v <7.9 km/s 时必落回地面，物体抛出速度v ＝7.9 km/s 时，物体刚好能不落回地面，绕地球做圆周运动，故A 正确，B 错误；当物体抛出速度7.9 km/s<v <11.2 km/s 时，物体在抛出点做离心运动，但物体不能脱离地球引力束缚，故物体做椭圆运动，可能沿C 轨道运动，故C 正确；当物体抛出速度v >11.2 km/s 时，物体会脱离地球引力束缚，不可能沿C 轨道运动，故D 错误.故选：AC 。
【例3】解：所有同步卫星的轨道都位于赤道面，轨道半径r 和运行周期都相同，选项A 、B 正确；卫星绕地球做匀速圆周运动，由2GMm r ＝ m 2v r ,可得v GM r ，故随着卫星运行半径越大，运行速度越小，在地球表面附近运行的卫星速度最大，称为第一宇宙速度，其他卫星运行速度都小于第一宇宙速度，选项C 错误；由开普勒第三定32r T＝k 知，轨道半径r 越大，周期越大，故D 错误.故选：AB 。
【例4】解：卫星的速度v GM r，可见卫星距离地心越远，r 越大，则线速度越小，所以v 3＜v 2，q 是同步卫星，其角速度ω与地球自转角速度相同，所以其线速度v 3＝ωr 3＞v 1＝ωr 1，选项A 、B 错误；由2GMm r ＝ma n ，得a n ＝2GM r ，同步卫星q 的轨道半径大于近地卫星p 的轨道半径，可知向心加速度a 3＜a 2，由于同步卫星q 的角速度ω与地球自转的角速度相同，即与地球赤道上的山丘e 的角速度相同，但q 的轨道半径大于e 的轨道半径，根据a n ＝ω2r 可知a 1＜a 3，即a 1＜a 3＜a 2，选项D 正确，选项C 错误.故选：D 。
基础练习1、解：A 、根据万有引力提供向心力可得：2GMm r＝ m 2v r 解得：GM r沿轨道Ⅰ运行的速度大于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的速度，故A 错误；B 、根据万有引力提供向心力可得：2GMm r ＝ma n 得a n ＝2GM r 则沿轨道Ⅰ运动到A 点的加速度等于沿轨道Ⅱ运动到A 点的加速度，故B 错误；C 、根据开普勒第二定律可知，沿轨道从A 运动到B 的过程中，速度不断减小，故C 错误；D 、根据开普勒第三定律可得：32r T =K可知在轨道Ⅰ上运行的周期小于在轨道Ⅱ上运行的周期，故D 正确；故选：D 。
2、解：解：AB 、在地球表面，有：2GMm mg R = 某行星的质量与地球的质量相等，它的半径只有地球半径的一半，则1'4g g = 所以该行星表面的重力加速度为4g,根据第一宇宙速度等于最大环绕速度，在地球周围，有：22GMm v m R R= 解得此行星的第一宇宙速度为：v ′2gR 故A 错误；B 正确；CD 、地球表面的物体的重力等于万有引力得：2GMm mg R = 根据某行星的质量与地球的质量相等，它的半径只有地球半径的一半，结合密度公式ρ=343MR π解得此行星的密度是：ρ=6g RGπ 故CD 错误。
故选：B 。
3、解：A 、航天员漂浮在组合体中，航天员绕地球做匀速圆周运动，航天员受到地球的万有引力提供所需的向心力，航天员不是处于平衡状态，A 错误；B 、物体在地球表面受到的万有引力等于重力，则有2GMm mg R= 又ρ=343MR π联立解得，地球的平均密度为ρ=34g RGπ 故B 错误； C 、设组合体轨道处的重力加速度为g′，则有2'()GMm mg R h =+解得：g′=22()gR R h + 故C 正确；D 、卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力可得：22GMm v m R R= 解得：v= GM r卫星在地面表面轨道绕地球做匀速圆周运动时的线速度最大，为地球第一宇宙速度7.9km/s,故组合体的运行速度小于7.9km/s,故D 错误。