2019-2020年高一物理《宇宙航行》学案

2019-2020年高一物理《宇宙航行》学案

【学习目标】1.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。

2.通过实例，了解人类对太空的探索过程。

【学习重点】第一宇宙速度的推导，了解第二、第三宇宙速度。

【学习难点】运行速率与轨道半径之间的关系。

学情调查、情境导入

复习万有引力定律的表达式： 2、复习向心力的表达式：

问题展示、合作探究

一、牛顿的设想

引导1：牛顿对人造卫星原理是怎样描绘的？

引导2：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。

引导3：人造卫星的运行速度。

设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则人造卫星的运行速度表达式：

引导4：角速度和周期与轨道半径的关系呢？

二、宇宙速度

（1）第一宇宙速度

问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？

(地球半径为6400km,地球质量为5.98×1024kg)

结论：如果发射速度小于，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。

意义：第一宇宙速度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，所以也称为速度。

（2）第二宇宙速度

大小。意义：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，也称为速度。注意：发射速度大于，而小于，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。

（3）第三宇宙速度

大小意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。注意：发射速度大于，而小于，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。

三、同步卫星

同步卫星具有几个特点？_______________________________________________________________________

【例题1】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r1：r2＝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。

【例题2】能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星并说明原因？

达标训练、巩固提升

A1、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

A2．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

A3．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7.9

B.一定大于7.9

C.等于或小于7.9

D.介于7.9～11.2之间

B4．两个质量相等的人造地球卫星a、b绕地球运行的轨道半径ra=2rb，下列说法中正确的是：( ) A、由公式F=可知，卫星a的向心力是b的1/2， B、由公式F=G可知，卫星a的向心力是b的1/4，C、由公式F=m可知，卫星a的向心力是b的2倍， D、以上说法都不对。

B5．有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB＝1∶4，那么下列判断中正确的有 ( )

A．它们的运行周期之比TA∶TB＝1∶4 B．它们的运行线速度之比vA∶vB＝4∶1

C．它们所受的向心力之比FA∶FB ＝4∶1 D．它们的运行角速度之比ωA∶ωB＝8∶1

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