高中物理宇宙航行教案

宇宙航行（第一课时）

一、人造卫星

1、共同特点：

2、人造卫星的运动参量与半径的关系：

线速度：

角速度：

周期：

向心加速度：

二、两种常见的卫星

1、近地卫星

2、同步卫星

三、宇宙速度：

1、第一宇宙速度：

2、第二宇宙速度：

3、第三宇宙速度：

4、注意点：

例1、（04江苏）若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说法正确（）

A. 卫星的轨道半径越大，它的运行速度越大

D. 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

例2、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，若使发射速度为2v，则该卫星可能（）

A．绕地球做匀速圆周运动，周期变大

B．绕地球运动，轨道变为椭圆

C．不绕地球运动，成为太阳系的人造行星

D．挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙

例3、（06江苏卷）举世瞩目的“神舟”六号航天飞船的成功发射和顺利返回，显示了我国航天事业取得的巨大成就．已知地球的质量为M，引力常量为G，设飞船绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为厂，则飞船在圆轨道上运行的速率为（）

例4、2005年10月，我国神舟六号载人飞船成功发射.标志着我国的航天事业发展到了一个很高的水平.飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨，由原来的椭圆轨道变为距地面高度为h的圆形轨道.已知地球半径为R，地面处的重力加速度为g，求：

⑴飞船在上述圆形轨道上运行的速度v；

⑵飞船在上述圆形轨道上运行的周期T.

宇宙航行的应用（第二课时）

四、变轨问题

五、黑洞问题

例5：如图所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地轨道1，然后经点火使其在椭圆轨道2上运行，最后再次点火将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于A 点， 轨道2、3相切于B 点.则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时，下列说法中正确

的是( )

A .卫星在轨道3上的周期大于在轨道1上的周期

B .卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率

C .卫星在轨道2上运行时，经过A 点时的速率大于经过B 点时的速率

D .卫星在轨道2上运行时，经过A 点的加速度大于经过B 点的加速度

例6、（2008年广东物理）图7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，卫星的周期与卫星质量有关

C ．卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比

D ．在绕月圆轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力 例7、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上的经过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上的经过P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度

【练习】如图，质量为m 的卫星在绕地球的圆轨道上运行，要进

入更高的圆轨道3，必须先加速进入一个椭圆轨2，然后再进入圆

轨道3。已知卫星在圆轨道3上运动速度大小为v ，万有引力常量

为G ，轨道1和3半径分别为R 1和R 3，地球半径为R ，椭圆轨2

分别与轨道1、3相切。求：

P

（1）地球的质量和密度

（2）飞行器在轨道1上的速度v1

（3）轨道1处的重力加速度

（4）从轨道1到轨道3所用时间

例8．1998年8月20日，中国太原卫星发射中心为美国“铱”星公司成功发射了两颗“铱”星系统的补网星.1998年9月23日，“铱”卫星通讯系统正式投入商业运行，标志着一场通讯技术革命开始了.原计划的“铱”卫星通讯系统是在距地球表面780 km的太空轨道上建立一个由77颗小卫星组成的星座.这些小卫星均匀分布在覆盖全球的7条轨道上，每条轨道上有11颗卫星，由于这一方案的卫星排布像化学元素“铱”原子的核外77个电子围绕原子核运动一样，所以称为“铱”星系统.后来改为由66颗卫星，分布在6条轨道上，每条轨道上11颗卫星组成，仍称它为“铱”星系统. “铱”星系统的66颗卫星，其运行轨道的共同特点是（）

A.以地轴为中心的圆形轨道

B.以地心为中心的圆形轨道

C.轨道平面必须处于赤道平面内

D.铱星运行轨道远低于同步卫星轨道

上题所述的“铱”星系统的卫星运行速度约为（）

A.7.9 km/s

B.7.5 km/s

C.3.07 km/s

D.11.2 km/s