高一物理必修【宇宙航行】导学案
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。
高一物理人教版必修二 6.5宇宙航行》导学案
【导学案参】学校临清二中 学科物理 编写人王福清审稿人马洪学6.6 《宇宙航行》导学案课前预习学案一、预习目标：预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。
二、预习内容1、发射人造地球卫星的最初构想是什么？2、第一宇宙速度的计算方法有几种？3、你对我国的航空航天知识了解多少？课内探究学案一、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。
学习重难点：（1）第一宇宙速度的推导；（2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别；二、学习过程1、抛物演示实验：学生观察落地点的变化，落地点为什么会变化？2、牛顿的思考与设想：3、问题的提出：人造卫星为什么不掉下来，人造卫星的线速度有多大。
三、方法步骤：学生活动：分组讨论，得出结论。
1、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。
2、由平抛物体的运动规律知：x =v 0t① h =221gt ② 联立①、②可得： x =v 0g h 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。
3、当平抛的水平初速度足够大时，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。
学生活动：阅读课文，找出相应答案。
1、卫星绕地球运转时做匀速圆周运动，此时的动力学方程是：G rv m r Mm 22= 2、向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。
3、人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速度叫第一宇宙速度。
人造卫星绕地球做椭圆轨道运动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度。
宇宙航行导学案(示范课使用)
§6.5 宇宙航行导学案姓名_______ 日期_______ 总第____页 高一物理备课组学习目标：1．知道人造卫星的发射原理，会推导第一宇宙速度。
知道三个宇宙速度的含义。
2．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。
学习重点：1．第一宇宙速度的推导2．卫星的运行速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
学习难点：人造卫星的运行速度与卫星发射速度的区别学习流程：知道卫星发射原理5ˊ 推导第一宇宙速度20ˊ探究卫星v 、w 、T 与r 的关系15ˊ探索宇宙的历程10ˊ 自主学习构建新知识： 【自主探究一】宇宙速度 1、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 。
如果抛出的速度足够大，物体就不再落回地面，它将 运动，成为一颗 。
例. 设地球质量为M ，半径为R ，求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？请你用万有引力和圆周运动的有关知识把它算出来，要求写出计算步骤和结果。
（M=,1098.524kg ⨯ R=m 6104.6⨯）【点拨】这个物体运动所需的向心力是由 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r ，根据牛顿第二定律列得方程：【小结】 叫做第一宇宙速度。
2、第一宇宙速度的另一种推导方法：若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s 2，地球半径R=6400km ，推导第一宇宙速度。
【点拨】在地面附近，万有引力近似等于重力，重力提供卫星做匀速圆周运动的向心力。
【思考讨论】由表达式rMGv =可看出第一宇宙速度是环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，但第一宇宙速度又是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，这又怎么理解？【小结】第一宇宙速度既是 发射速度，也是 环绕速度 3、第二宇宙速度，大小： 。
意义：使卫星挣脱 束缚，成为绕 运行的人造行星的最小发射速度。
新教材人教版高一物理导学案§7.4宇宙航行
即墨美术学校高一物理导学案课型：新授 编写人：赵财昌 审核人：高一物理组 编写时间：2021-4 编号：§7.4宇宙航行学习目标：1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2.认识同步卫星的特点．【课前预习】一、宇宙速度1．近地卫星的速度(1)原理：飞行器绕地球做匀速圆周运动，运动所需的向心力由万有引力提供，所以m v 2r ＝ ，解得：v ＝ .(2)结果：用地球半径R 代表近地卫星到地心的距离r ，可算出：v ＝6.67×10－11×5.98×10246.4×106m/s ＝ km/s . 2．宇宙速度1．一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．2．卫星环绕地球运动的规律，由G Mm r 2＝m v 2r 可得v ＝ .3．同步卫星：地球同步卫星位于 上方高度约36 000 km 处，因相对地面 ，也称静止卫星．地球同步卫星与地球以相同的 转动，周期与地球 相同． 预习自测1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)发射人造地球卫星需要足够大的速度． ( )(2)卫星绕地球运行不需要力的作用． ( )(3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大． ( )(4)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.( )(5)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s.( )(6)同步卫星可以“静止”在北京的上空． ( )2．中国计划于2020年发射火星探测器，探测器发射升空后首先绕太阳转动一段时间再调整轨道飞向火星．火星探测器的发射速度( )A ．等于7.9 m/sB ．大于16.7 m/sC ．大于7.9 m/s 且小于11.2 m/sD ．大于11.2 m/s 且小于 16.7 m/s3．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【课堂探究】探究一：第一宇宙速度的理解与计算发射卫星，要有足够大的速度才行．(1)怎样求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？(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？总结：对发射速度和环绕速度的理解(1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度．(2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由G Mm r 2＝m v 2r 可得v ＝GM r ，轨道半径越小．线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度．练习1：2019年4月20日22时41分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第四十四颗北斗导航卫星，拉开了今年北斗卫星高密度组网的序幕．若已知地球表面重力加速度为g ，引力常量为G ，地球的第一宇宙速度为v 1，则( )A ．根据题给条件可以估算出地球的质量B ．据题给条件不能估算地球的平均密度C ．第一宇宙速度v 1是人造地球卫星的最大发射速度，也是最小环绕速度D ．在地球表面以速度2v 1发射的卫星将会脱离太阳的束缚，飞到太阳系之外探究二：人造卫星如图所示，在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动．(1)这些卫星的轨道平面有什么特点？(2)这些卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度等跟什么因素有关呢？总结：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，如图所示．2．地球同步卫星(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星．(2)特点①确定的转动方向：和地球方向一致．②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝ h.③确定的角速度：等于地球的角速度．④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在的正上方，其轨道平面必须与平面重合．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)．练习2：(多选)如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判断正确的是( )A．三者的周期关系为T A＜T B＜T CB．三者向心加速度大小关系为a A＞a B＞a CC．三者角速度的大小关系为ωA＝ωC＜ωBD．三者线速度的大小关系为v A＜v C＜v B【课后巩固】1. 关于人造地球卫星，下列说法中正确的是( )A. 运行的轨道半径越大，线速度越大B. 卫星绕地球运行的环绕速率可能等于8km/sC . 卫星的轨道半径越大，周期也越大D. 运行的周期可能等于80分钟2. 如图所示，有三颗绕地球作匀速圆周运动的人造卫星a 、b 、c ，它们的轨道半径之间的关系是r a =r b <r c ，它们的质量关系是m c =m b <m a ．则下列说法中正确的是（ ）A. 它们的线速度大小关系是v a =v b <v cB . 它们所受到的向心力大小关系是F c <F b <F aC. 它们的周期大小关系是T a <T b <T cD. 它们的角速度大小关系是ωc >ωa =ωbE. b 加速可追上同一轨道上的a ，a 减速可等候同一轨道上的b3．（多选）关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是（ ）A. 它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B. 它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度C. 它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D. 它是卫星的椭圆轨道上运行时近地点的速度4. （多选）人造地球卫星的轨道可以是这样的（ ）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，但卫星相对地球表面是运动的5. 已知第一宇宙速度为7.90km/s ，如果一颗人造卫星距地面的高度为3倍的地球半径，它的环绕速度是 （ ）A ．7.90km/sB ．3.95 km/sC ．1.98km/sD ．由于卫星质量不知，所以不能确定6．（多选）如图所示，a 、b 、c 是在地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星.下列说法中正确的是（ ）A ．b 、c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度B ．b 、c 的向心加速度大小相等，且小于a 的向心加速度C ．b 、c 运行周期相同，且小于a 的运行周期D ．由于某种原因，a 的轨道半径缓慢减小，a 的线速度将变大a b c。
人教版高中物理必修第2册 宇宙航行导学案
导学案
1.课题名称：
人教版高一必修2物理第七章万有引力与宇宙航行——宇宙航行
2.学习任务：
（1）通过牛顿的设想了解人造卫星的发射原理，知道三个宇宙速度的含义，并能够推导第一宇宙速度。
（2）能正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，知道什么是同步卫星。
（3）了解人类探索宇宙的进程及我国的航天成就。
3.学习准备：
准备好教材（没有纸质版看电子版）及笔记本。
边观看边做记录。
4.学习方式和环节：
观看视频课学习，适时控制播放，按老师指令完成相应的课上学习任务。
学习环节主要有：
环节一：了解三种宇宙速度
➢思考与讨论1：高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念。
➢思考与讨论2：有人说第一宇宙速度也可用v =（式中g为地球表面处重力加速度，R为地球半径）算出，你认为正确吗？
注意：第一宇宙速度两种推导方式。
环节二：讨论人造卫星的运行规律
1.人造卫星的轨道。
2.做匀速圆周运动的人造卫星运行规律。
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。
高中物理 新教材 第四节 宇宙航行导学案
4. 宇宙航行学习目标：1、会分析人造卫星的受力和运动规律；2、会推导第一宇宙速度；3、知道三个宇宙速度的数值和含义。
学习重点：第一宇宙速度的推导和应用预学案1、牛顿在思考万有引力定律时曾想过，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：（1）卫星绕地球表面圆周运动运行的______速度;(2)地面发射卫星的_____速度；（3）大小________km/s 。
3、第二宇宙速度大小为_________km/s ，是指地面飞行器挣脱地球束缚、围绕太阳运动;第三宇宙速度大小为_________km/s ，是指地面飞行器挣脱太阳的束缚、飞到太阳系外。
4、人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其所受地球的_____________提供它的向心力，有 2r mM G _____=_____=_____=_____可得，v=____,w=____,T=____,a=______ 探究案一、第一宇宙速度的推导问题1：人造卫星绕地球运行的动力学原因是什么？问题2：牛顿实验中，炮弹至少要以多大速度水平发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？（地球半径6400km,地球质量6×1024kg ）问题3：有没有其它方法推导地球第一宇宙速度？二、人造地球卫星问题1：人造卫星的的轨道如何？卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心在__________,卫星绕地球的轨道有多种，只要圆心在___________都有可能。
问题2：人造卫星的运行规律设地球质量为M ，卫星质量为m ，匀速圆周运动轨道半径为r ，若轨道半径变大，则v 、w 、T 、a 如何变化？问题3：近地卫星近地卫星的轨道半径等于地球半径，它的运行速度是__________,也是卫星的_________环绕速度，它的运行周期是84.8min 。
人教版高中物理必修第2册 万有引力与宇宙航行习题课(一)导学案
环节二：万有引力定律的理解
➢ 知识回顾：回忆万有引力定律的内容
➢ 例题分析
1.对于质量为M 和质量为m 的两个物体间的万有引力的表达式 ，下列说法正确的是( ) A ．公式中的G 是引力常量，它是由实验得出的，而不是人为规定的
B ．当两个物体间的距离r 趋于零时，万有引力趋于无穷大
C ．M 和m 所受引力大小总是相等的
D ．两个物体间的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力
2.如图所示，一个质量均匀分布、半径为R 的球体对球外质点P 的万有引力为F ，如果在球体中央挖去半径为r 的球体，且 ，则原球体剩余部分对质点P 的万有引力变为多少？
环节三：开普勒行星运动定律与万有引力定律的应用
➢ 知识回顾：行星运动可以看作是匀速圆周运动那什么力提供向心力？
➢ 例题分析
1．若已知太阳的一个行星绕太阳做匀速圆周运动，运转的轨道半径为r ，周期为T ，万有引力常量为G ，则可求（ ）
2
r Mm G F =2
R r =
A.该行星的质量
B.太阳的质量
C.该行星的线速度
D.太阳的平均密度
2．甲乙两行星绕某恒星运动。
行星甲做匀速圆周运动，其轨道直径为4R，C是轨道上任意一点；行星乙的轨道是椭圆，椭圆的长轴为6R，A、B是
轨道的近地点和远地点，如图所示。
下列说法正确的是
（）
A．行星甲的周期大于行星乙的周期
B．两行星与恒星的连线在相同的时间内扫过的面积相等
C．行星甲在C点的速度一定小于行星乙在A点的速度
D．行星甲在C点的速度一定小于行星乙在B点的速度。
高中物理最新-宇宙航行导学案 精品
B．平抛运动
C．远离地球飞向太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rA和rB.如果rA＞rB，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的角速度小
D．卫星A的加速度比卫星B的加速度小
备注
课堂检测--6.5宇宙航行姓名：
1．关于第一宇宙速度，下面说法正确的是（）
A．是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最小速度
B．是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大速度
C．它是能使卫星进入圆形轨道的最大发射速度
D．它是紧贴地球表面飞行的人造卫星的运行速度
2．在人造地球卫星运行过程中，若天线偶然折断了，天线将做（）
推导：
请推导第一宇宙速度的另一个表达式v=
（2）第二宇宙速度（v2=m/s）：
（3）第三宇宙速度(v3=m/s)：
3．人造地球卫星的几个运动物理量与轨道半径r的关系：
（1）线速度v与轨道半径r的关系：由可得v=
（2）角速度ω与轨道半径r的关系：由可得ω=
（3）加速度a与轨道半径r的关系：由可得a=
（4）周期T与轨道半径r的关系：由可得T=
5．如图是“嫦娥一号”奔月示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测。下列说法正确的是（）
A．发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度
B．在绕月圆轨道上，“嫦娥一号”的周期与其质量有关
C．“嫦娥一号”受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比
思考：人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大的速度是多大？
三、课堂研讨
例1．如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b的质量相等且小于c的质量，则（）
高一下物理(必修二)导学案 6.5《宇宙航行》(人教版)
§6.5宇宙航行◇学习目标◇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．◇课程导学◇1．本节在应用万有引力定律研究天体运动的基础上，学习了宇宙速度、人造地球卫星、宇宙航天器等内容，是万有引力定律知识在实现人类航天梦想，为科学研究、人类生活服务方面的进一步应用。
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（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22mv MmGR R=，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2mvmgR=，解得v=_____。
关于第一宇宙速度有三种说法：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，是近地卫星的环绕速度，是地球卫星的最大运行速度。
另外第一宇宙速度是卫星相对于地心的线速度。
地面上发射卫星时的发射速度，是卫星获得的相对地面的速度与地球自转速度的合速度。
所以赤道上自西向东发射卫星可以节省一定的能量。
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：________。
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_________。
4．人造地球卫星（1）人造地球卫星的轨道和运行速度卫星地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供向心力，卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。
高中物理6.5宇宙航行导学案
第六章万有引力与航天第五节宇宙航行【学习目标】1．了解人造地球卫星的有关知识和航天发展史；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．理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
【重点、难点】重点：第一宇宙速度的推导。
难点：卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
预习案【自主学习】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．第二宇宙速度是指将卫星发射出去使其克服____________，永远离开地球，即挣脱地球的________束缚所需要的最小发射速度，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、同步卫星就是相对地球的卫星，它只能处于上空，它的运转周期是。
【学始于疑】1、抛出的石头会落地，为什么卫星，月球没有落下来？卫星，月球没有落下来必须具备什么条件？2、宇宙速度是发射速度还是环绕速度？3、为什么说第一宇宙速度是最小的发射速度，是最大的环绕速度？探究案【合作探究一】宇宙速度问题1：将物体以水平速度从某一高度抛出，当速度增加时，水平射程增大，速度增大到某一值时，物体能否落回地面？若不能，此速度必须满足什么条件？问题2：以多大的速度v将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?方法一：设地球质量为M，被抛出去的物体的质量为m，物体绕地球运行的轨道半径为r，卫星的环绕度为v方法二：问题3：为什么说第一宇宙速度是最小的发射速度，是最大的环绕速度？归纳总结:（1），叫地球第一宇宙速度，又叫环绕速度。
它是发射一个物体、使其成为地球卫星的；也是卫星绕地球做圆周运动的。
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。
6.5宇宙航行导学案
§6.5 宇宙航行班级组别姓名学习目标：1．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
2．知道并会分析卫星的运行速度与轨道半径的关系。
会分析人造地球卫星的受力和运动情况。
学习导航：一、自主学习：学习任务：（阅读课本44—48页内容，认识卫星的发射、运行、变轨、回收等问题，完成学习单上有关学习内容，在学习任务中用红笔勾画出自己的学习疑点）聚焦目标 1 宇宙速度1.牛顿关于发射人造地球卫星的构想：地球对周围的物体有的作用，因而抛出的物体要。
但是抛出的初速度越大，物体就会飞得越。
当速度足够大时，物体就不会落回地面，将围绕地球运转，成为一颗绕地球运动的。
2.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。
[试一试]：设地球的质量为M，人造地球卫星的质量为m、运行速度为v、它到地心的距离为r，卫星做匀速圆周运动的向心力由提供，即，则v= 。
当卫星在地球表面附近运动时，它到地心的距离可以看作地球的半径R=6400Km，则v= km/s。
[想一想]：有没有其它方法推导地球的第一宇宙速度？[思考与讨论]：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？卫星的周期跟半径是什么关系？卫星的周期什么时候最小？什么是地球同步卫星？地球同步卫星有哪些特点？3.第二宇宙速度:[说一说]：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。
4.第三宇宙速度:[说一说]：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。
6.5 宇宙航行 导学案
6.5 宇宙航行导学案【学习目标】 1.了解人造地球卫星的最初构想；2.分析人造地球卫星的受力和运动情况；3.知道三个宇宙速度的含义和数值；4.会推导第一宇宙速度。
【学习重点】 1.研究天体运动的基本思路与方法；2.第一宇宙速度的推导；人造卫星的速度、周期的比较；同步卫星的特点。
【学习难点】 1.第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星环绕运行的最大速度；2.同步卫星的特点。
新知探究一、宇宙航行（1）地球对周围的物体有的作用，因而抛出的物体要.但是抛出的初速度越大，物体就会飞得越。
如果没有，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，将围绕地球运转，成为一颗绕地球运动的。
（2）第一宇宙速度的表达式是和。
（3）人造卫星在地面附近绕做所必须具有的速度，叫宇宙速度。
也叫环绕速度。
其值为km/s。
如果物体发射的速度更大，达到或超过 km/s时，物体将能够摆脱引力的束缚，成为绕运动的人造小行星。
这个速度称为宇宙速度。
也叫脱离速度。
如果物体的发射速度再大，达到或超过 km/s时，物体将能够摆脱引力的束缚，飞到太阳系外。
这个速度称为宇宙速度。
也叫逃逸速度。
（4）地球同步卫星的与地球的相同。
自主探究：卫星的绕行线速度、角速度、周期与半径r的关系（看同学们能否将它们之间的关系都用公式表示出来，并说明与半径r的关系到底如何）。
课堂练习一：1.于第一宇宙速度，下面说法正确的是（）A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度C.它是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行时近地点的速度2.若人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则离地面越近的卫星（）A、速度越大B、角速度越大C、向心加速度越大D、周期越长3、有两颗人造地球卫星，它们的质量之比是m1：m2=1：2，运动速度之比V1：V2=1：2，则它们的周期之比为________；轨道半径之比为________；向心加速度之比为________；所受向心力之比为________。
高一物理导学案宇宙航行
安丘一中高一物理导学案【课前预习】1、地球对周围的物体有的作用，因而抛出的物体要.但是抛出的初速度越大，物体就会飞得越.如果没有，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，将围绕地球运转，成为一颗绕地球运动的.2、第一宇宙速度的表达式是和.3、要使人造卫星绕地球运行，它进入地面附近的轨道速度必须等于或大于km/s，并且小于km/s，要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行，成为人造行星，必须使它的速度等于或大于km/s；要想使它飞到太阳系以外的地方去，它的速度必须等于或大于km/s.【合作探究】探究一：成功发射人造地球卫星的条件1、以多大的速度将物体抛出，它将绕地球运动，成为人造地球卫星？2、若卫星的发射速度大于7.9km/s，会怎样呢？试着说说为什么？例题1、我国发射的探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。
已知月球质量约为地球质量的1/81，月球的半径约为地球半径的1/4，地球第一宇宙速度约7.9km/s，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？（结果保留三位有效数字)探究二：第一宇宙速度的理解1、卫星在圆轨道上绕地球运行的线速度（运行速度）与半径的关系2、有没有圆轨道上运行速度大于7.9km/s的卫星？例题2．关于第一宇宙速度，以下叙述正确的是()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卫星运行的速度C．它是成功发射卫星的最小发射速度D．它是人造卫星发射时的最大速度探究三：卫星的变轨例题3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【当堂检测】1. 如右图所示的圆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aB.卫星的轨道可能为bC.卫星的轨道可能为cD.卫星的轨道只可能为b2. 人造地球卫星绕地球作匀速圆周运动，其速率是下列的( )A．一定等于7.9 km/s B. 等于或小于7.9 km/sC. 一定大于7.9 km/sD. 介于7.9 km/s~11.2 km/s3. 星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度．星球的第二宇宙速度与第一宇宙速度的关系是=．已知某星球的半径为r ，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g 的1/6，不计其他星球的影响.则该星球的第二宇宙速度为 ( ) A.B.C.D.4.我国在发射了“天宫”一号空间站后，又发射了“神舟”八号无人飞船，它们的运动轨迹如图所示．假设“天宫”一号绕地球做圆周运动的轨道半径为r ，周期为T.万有引力常量为G ，则下列说法正确的是( ) A ．在近地点P 处，“神舟”八号的加速度比“天宫”一号大 B ．根据题中条件可以计算出地球的质量C ．根据题中条件可以计算出地球对“天宫”一号的引力大小D ．要实现“神舟”八号与“天宫”一号在近地点P 处对接，“神舟”八号需要靠近P 处点火减速【课后拓展】1、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 2、下列表述正确的是( ) 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3、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。
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高一物理 【宇宙航行】
【学习目标】
一、知识与技能：
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，线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系；
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
二、过程与方法：
通过探究第一宇宙速度以及人造卫星做圆周运动时线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系，培养学生运用已有知识解决问题的能力。
三、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。
【重点难点】
重点：1. 理解人造卫星做圆周运动时，线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系；
2.理解第一宇宙速度的推导过程和方法。
难点：1．人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别；
2．掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
【预习探究】
1．通过对上节内容的学习，请总结依据牛顿定律和万有引力定律解决天体问题的基本思路是什么?
2. 牛顿对人造卫星原理是怎样描绘的？
3.人造卫星绕地球运行的动力学原因：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，人造卫星作圆周运动的向心力由 提供。
即：
向万F F
3. 第一宇宙速度
大小： km/s 。
意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近 的速度，所以也称为环绕速度。
4.第二宇宙速度
大小： km/s 。
意义：使卫星挣脱 的束缚，成为
绕 运行的人造行星的最小发射速度，也
称为脱离速度。
5.第三宇宙速度
大小： km/s 。
意义：使卫星挣脱 束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
6.探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，那么梦想成真了吗?请同学们阅读教材“梦想成真”部分．并交流你们的想法。
【合作探究】
（认真阅读教材，小组探究合作，解决下列问题并积极展示交流探究成果）
1．设地球质量为M ，卫星质量为m ，轨道半径为r ，由向万F F ，请推导：
（1）人造卫星的线速度与轨道半径的关系：
（2）人造卫星的角速度与轨道半径的关系：
（3）人造卫星的周期与轨道半径的关系：
（4）人造卫星的向心加速度与轨道半径的关系：
结论：人造卫星距离地球越远，线速度越 ，角速度越 ， 周期越 ，向心加速度越 ；即卫星运行的越 。
2.有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r 1：r 2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。
3. 推导第一宇宙速度
问题：牛顿设想的实验中，物体抛出的速度达到多大，才能在
地面附近绕地球做匀速圆周运动？请推导出这个速度的表达
式。
（假设地球质量为M ，半径为R ，引力常量为G ）
4.为什么说第一宇宙速度既是最小的发射速度，也是卫星环绕地球运动的最大速度？
5．人造地球卫星围绕地球作匀速圆周运动，其速率（ ）
A.一定等于7.9s km /
B.一定大于7.9s km /
C.等于或小于7.9s km /
D.介于7.9～11.2s km /之间
【课堂小结】
本节我们探究了人造卫星做圆周运动时，线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系； 知道了三个宇宙速度的含义，并小组合作探究了如何推导第一宇宙速度。
【课堂检测案】课本第48页，练习1、2、3
【作业案】
1.两个质量相等的人造地球卫星a 、b 绕地球运行的轨道半径r a =2r b ，下列说法中正确的是：( )
A ．由公式F=r
mv 2
可知，卫星a 的向心力是b 的1/2 B ．由公式F=G 2r
Mm 可知，卫星a 的向心力是b 的1/4 C ．由公式F=m r
v 2
可知，卫星a 的向心力是b 的2倍 D ．以上说法都不对。
2．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，周期越大
C.速度越大，周期越小
D.速度越大，周期越大
3．有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为R A、R B，R A∶R B＝1∶4，那么下列判断中正确的有 ( )
A．它们的运行周期之比T A∶T B＝1∶4
B．它们的运行线速度之比v A∶v B＝4∶1
C．它们所受的向心力之比F A∶F B＝4∶1
D．它们的运行角速度之比ωA∶ωB＝8∶1
4．关于人造卫星，下列说法中不可能的是 ( )
A．人造卫星环绕地球运行的速率是7．9km/s
B．人造卫星环绕地球运行的速率是5．0km/s
C．人造卫星环绕地球运行的周期是80min
D．人造卫星环绕地球运行的周期是200min
5．设第一、第二、第三宇宙速度分别是v1、v2、v3，则 ( )
A．v1＝7．9 km／s，7．9 km／s＜v2≤11．2km／s，11．2km／ｓ＜v3≤16．7km／s B．7．9 km／s≤v1＜11．2km／s，v2＝11．2 km／s，11．2km／ｓ＜v3≤16．7km／s C．7．9 km／s≤v1＜11．2km／s，11．2km／ｓ≤v2＜16．7km／s；v3＝16．7 km／s，D．v1＝7．9 km／s， v2＝11．2km／s，v3＝16．7km／s
6.已知地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，在地球上发射近地卫星的环绕速度为7．9 km／s，周期为84 min．那么在月球上发射—颗近月卫星的环绕速度多大?它的周期多大?
7.能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？为什么？
【研究性学习】
阅读课本第46--47页的科学漫步和STS，查阅必要的资料，任选其中一题，撰写研究性学习论文，题目自拟。