《7.4宇宙航行》教學(xué)設(shè)計(jì)、導(dǎo)學(xué)案,同步練習(xí)

1、7. 4宇宙航行教學(xué)設(shè)計(jì)了宙航行單元年級(jí)尚一42 / 29本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理必修第二冊(cè)第七章第4節(jié)的內(nèi)容,本節(jié)重 點(diǎn)講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導(dǎo)了第一宇宙速度，并介紹了第二.第三宇宙 速度。人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，是人類征服自然的教材見證，體現(xiàn)了知識(shí)的力量，是學(xué)生學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識(shí)的一個(gè)極好素材。教材分析不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實(shí)際物理問題 的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬有引力定律與宇宙航行"中的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué) 生進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究天體物理問題的理論基礎(chǔ)。另外，學(xué)生通過對(duì)人造衛(wèi)星.宇宙 速度的了解，也將潛移默化

2、地產(chǎn)生對(duì)航天科學(xué)的熱愛，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。一.教學(xué)U標(biāo)1. 通過閱讀課本資料了解牛頓對(duì)人造衛(wèi)星的猜想、外推的思路和思想，能寫出第一宇宙速度的推導(dǎo)過程。2. 通過第一宇宙速度的推導(dǎo)總結(jié)，能說出人造地球衛(wèi)星的原理及運(yùn)行規(guī)律。3. 通過閱讀教材第三部分，能夠介紹世界和我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展歷史，感知人類探索宇宙的夢(mèng)想，激發(fā)愛國(guó)熱悄，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。教學(xué)二、核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念：能從物理學(xué)的視角正確描述和解釋人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律，具備清 晰的物理觀念?？茖W(xué)思維：能在熟悉的情境中運(yùn)用物理模型，能對(duì)衛(wèi)星發(fā)射原理進(jìn)行分析和推理。科學(xué)探究：能在對(duì)衛(wèi)星發(fā)射原理的基礎(chǔ)上做出假設(shè)，并制定合理的探究路線，

3、從 而分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律?？茖W(xué)態(tài)度與貴任：衛(wèi)星的發(fā)射原理是人類在萬有引力定律基礎(chǔ)上科學(xué)家們持續(xù)不 斷創(chuàng)造性發(fā)展的成果，是人類對(duì)宇宙奧秘探索的歷程,增強(qiáng)民族自信心和自豪感。教學(xué)第一宇宙速度的推導(dǎo)。重點(diǎn)教學(xué)第一宇宙速度的推導(dǎo)：環(huán)繞速度與發(fā)射速度的區(qū)分難點(diǎn)教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)導(dǎo)入新課講授新課教學(xué)過程出示視頻：神六的發(fā)射過程教師講解：我國(guó)在70年代發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來，相繼發(fā)射了多顆不同種類的衛(wèi)星。掌握了衛(wèi)星回收技術(shù)和“一箭多星”技術(shù)，99年發(fā)射了 “神舟"號(hào)試驗(yàn)飛船。這節(jié)課，我們要學(xué)習(xí)有關(guān)人造地球衛(wèi)星的知識(shí)。一.牛頓的設(shè)想出示圖片：牛頓在1687年出版的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中,牛頓設(shè)想：把物體從高山

4、上水平拋出，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會(huì)落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。出示動(dòng)畫：拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會(huì)落回地面二、宇宙速度思考討論：地球上的物體，發(fā)射的速度至少有多大才能離開地球進(jìn)行宇宙航行呢?物體在地球附近繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽的作用可以忽略。只受到地球?qū)λ娜f有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力山萬有引力提供。用萬有引力定律就可求解。例1：當(dāng)衛(wèi)星在地面附近繞地球運(yùn)行時(shí)，軌道半徑為地球的質(zhì)量為皿地，物體的質(zhì)量為nu(1)請(qǐng)推導(dǎo)衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)V的表達(dá)式。(2)已知G=6 67Xl(r、n?/kg',地球質(zhì)量學(xué)生活動(dòng)學(xué)生觀看視頻了解衛(wèi)星的發(fā)射

5、學(xué)生觀察思考掌握速度越大，落地點(diǎn)離山腳越遠(yuǎn),拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會(huì)落回地面學(xué)生根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)設(shè)計(jì)意圖為引出本節(jié)課題做鋪墊以學(xué)過的平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)引入到人造地球衛(wèi)星知識(shí)的學(xué)習(xí),不但使學(xué)生了解科學(xué)探索的過程,更讓學(xué)生體會(huì)到尖端科學(xué)的最初設(shè)想都是從已知的簡(jiǎn)單科學(xué)知識(shí)出發(fā)的。M=5. 89X10-'kg,=7. 9km/S1、第一宇宙速度v=7 9km/S度。動(dòng)的線速度。(3)對(duì)第一宇宙速度的理解轉(zhuǎn)。代替衛(wèi)星到地心的距離"5=地球半徑R=6400kin=6.4 X10m,求衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)速度V的大小是多少?解：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。G學(xué)巴二竽由此解出：¥

6、 =嚴(yán)近地衛(wèi)星在100200kin的高度飛行，遠(yuǎn)小于地球半徑(6400km),可以近似用地球半徑RGm地16-67x10" x5-89xI0-J仏m / S6.4x10"(1)定義：物體在地球表面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫作第一宇宙速度。(2)人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與環(huán)繞速度發(fā)射速度：指被發(fā)射物體離開地面時(shí)的速環(huán)繞速度指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，發(fā)射速度低于它，衛(wèi)星將落回地面而不能繞地球運(yùn)第一宇宙速度也是衛(wèi)星剛好能在地球表面附近繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大環(huán)繞速度。律和萬有引力定律計(jì)算衛(wèi)星的運(yùn)行速度。學(xué)生記憶理建立學(xué)生清晰的物理分析思路。

7、學(xué)生常常對(duì)環(huán)繞速度與發(fā)射速度不區(qū)分，因此對(duì)這部分的強(qiáng)調(diào)十分必地知，衛(wèi)星軌道半徑為r越大，J說越小，但需要的發(fā)射速度V發(fā)射越大。思考討論：有人說，第一宇宙速度也可用V二JgR （式中g(shù)為重力加速度，R為地球半 徑）算出，你認(rèn)為正確嗎？參考答案：正確，因?yàn)樵诘孛娓浇亓频?于萬有引力即重力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向 心力學(xué)生思考討 論推導(dǎo)第一 宇宙速度要。7mg-EV-由此解出：鍛煉學(xué)生的R汁算能力，V = JgR = -79.8x6.4xlO*m/s = 7.9km/s掌握在地面思lllv jGm地知高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，線附近重力近速度小，能否說向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道似等于萬有要容易呢？引力

8、參考答案：不能這樣說。學(xué)生思考討這是因?yàn)槿绻l(fā)射速度小于7. 9km/s,炮彈將論落到地面，而不能成為一顆衛(wèi)星；發(fā)射速度等于7. 9km/s,它將在地面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于7.9km/s?？梢?，向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難。理解向高軌（4）第一宇宙速度意義道發(fā)射衛(wèi)星第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地比向低軌道球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，所以也發(fā)射衛(wèi)星要稱為環(huán)繞速度。困難。在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度等于7. 9kin/s,這一飛行器只能圉繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，還不能脫離地球引力的束縛，飛離地球?qū)崿F(xiàn)星際航行。思考：若衛(wèi)星的

9、發(fā)射速度大于79km/s,會(huì)出現(xiàn)什么悄況?學(xué)生思考討若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7. 9kin/s,繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡不再是圓，而是橢圓，發(fā)射速度越大,橢圓軌道越“扁”。當(dāng)飛行器的發(fā)射速度等于或大于11. 2kni/s時(shí),它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。7.9kftLS<v < 112 kfiLS2、第二宇宙速度大?。簐=ll2km/s。(1)當(dāng)飛行器的速度等于或大于ll2km/s時(shí),它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把11. 2kin/s叫作第二宇宙速度。(2)慮義：使衛(wèi)星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度，也稱為脫離速度。注®:達(dá)到第二子宙速度的飛

10、行器還無法脫離太陽對(duì)它的引力。3、第三宇宙速度大小：v=16. Tkm/s(1)當(dāng)物體的速度等于或大于167km/s時(shí),物體可以掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間。我們把16. 7kin/s叫做第三宇學(xué)生閱讀課說出第二宇宙速度和第三宇宙速度了解發(fā)射速度大于7. 9km/s 軌是橢圓，等于或大于11 2km/S,永遠(yuǎn)離開地球。鍛煉學(xué)生的宙速度。7.9knis<v<lL2 kms(2)慮義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度，也稱為逃逸速度。(3)注意：發(fā)射速度大于ll2km/s,而小于167km/s,衛(wèi)星繞太陽作橢圓運(yùn)動(dòng)，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16. 7k

11、m/s,衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。思考：你能推導(dǎo)出衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)，其6、V、T,分別與其軌道半徑r的關(guān)系嗎?(1)G = maJ¥»aoc r越大，比越小V 0Cr越大,V越小學(xué)生動(dòng)手推自主學(xué)習(xí)能GM出衛(wèi)星運(yùn)行3、幾分別(3) gMm(2) G啤二m九得v = r" r2 = mrco 解得 co =越大，3越小&3與其軌道半徑r的關(guān)系掌握推導(dǎo)過程，理解r越大6越小、V越小、3越G詈f零解得Tf詒越大，T越大三、人造地球衛(wèi)星牛頓雖然早就預(yù)言了人造地球衛(wèi)星，但因發(fā)射需達(dá)到很大的速度，所以直到多級(jí)火箭的研制成功，才為人造地球衛(wèi)星的發(fā)射創(chuàng)造了條

12、件。出示圖片：第一顆人造地球衛(wèi)星1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星。開創(chuàng)了人類航天時(shí)代的新紀(jì)元。1970年4月24日，我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號(hào)”發(fā)射成功，開創(chuàng)了中國(guó)航天史的新紀(jì)元。出示圖片：東方紅1號(hào)人造地球衛(wèi)星出示圖片：科學(xué)家錢學(xué)森科學(xué)家錢學(xué)森被譽(yù)為“中國(guó)航天之父”為我國(guó)航天事業(yè)作出特殊貢獻(xiàn)。出示圖片：地球上衛(wèi)星U前在軌有效運(yùn)行的衛(wèi)星有上干顆，其中的通信、導(dǎo)航、氣象等衛(wèi)星已極大地改變了人類的生活。1、地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星位于赤道上方高度約seoookm處，因相對(duì)地面靜止，也稱靜止衛(wèi)星。2、特點(diǎn)周期一定：T=24h=86400s；角速度一定s相對(duì)于地面靜止。軌道一定：同

13、步衛(wèi)星軌道必須在赤道上空；高閱讀課文了解人造地球衛(wèi)星學(xué)生理解記小、T越大。鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能度一定：高度約36000kg 速率一定；加速度一定。注®:月球不是地球的同步衛(wèi)星。例題：關(guān)于地球同步通訊衛(wèi)星，下列說法正確的是（A.若其質(zhì)量加倍，則軌道半徑也要加倍;B它以第一宇宙速度運(yùn)行:C.它以第二宇宙速度運(yùn)行:D.它繞地球運(yùn)行時(shí)的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同。解：A、地球同步衛(wèi)星距離地球的髙度約為seoookm,半徑一樣，所以各國(guó)發(fā)射的這種衛(wèi)星軌道半徑都一樣，與質(zhì)量無關(guān)，故A錯(cuò)誤:BC、地球同步衛(wèi)星在軌道上的繞行速度約為3.1千米/秒，小于79km/s,即小于第一宇宙速度與第二宇宙速度，

14、故BC錯(cuò)誤:D、同步衛(wèi)星是指與地球相對(duì)靜止的衛(wèi)星。這種衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與地球自轉(zhuǎn)的角度速度相同，故D正確。故選：D.四、載人航天與太空探索出示圖片：蘇聯(lián)航天員加加林1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林進(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船。實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢(mèng)想。出示圖片：阿波羅11號(hào)飛船登月1969年7月16 0 9時(shí)32分，運(yùn)載阿波羅11號(hào)飛船的土星0號(hào)火箭在美國(guó)卡納維拉爾角點(diǎn)火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷掌握地球同學(xué)生分析理步衛(wèi)星的特鞏固地球同步通訊衛(wèi)星的基本知識(shí)幕。7月20日下午10時(shí)56分，指揮長(zhǎng)阿姆斯特IM踏上月面并說出了那句載入史冊(cè)的名言：“對(duì)個(gè)人來說，這不過是小小的一步，但

15、對(duì)人類而言，卻是巨大的飛躍。出示圖片：人類在月球上留下了自己的足跡。我國(guó)的航天成就出示圖片：我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星1970年4月24日我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星升空。出示圖片：嫦娥一號(hào)2007年10月24日嫦娥一號(hào)月球探測(cè)器發(fā)射成功。出示圖片：嫦娥二號(hào)2010年10月1日嫦娥二號(hào)順利發(fā)射出示圖片：嫦娥三號(hào)2013年12月2日嫦娥三號(hào)探測(cè)器進(jìn)入太空出示圖片：神舟五號(hào)2003年10月15日神舟五號(hào)中國(guó)第一位航天員楊利偉出示圖片：神舟六號(hào)2005年10月12日神舟六號(hào)費(fèi)俊龍聶海勝出示圖片：神舟七號(hào)2008年9月25日神舟七號(hào)翟志剛劉伯明景海鵬。出示圖片：神舟九號(hào)2012年6月16日神舟九號(hào)景海鵬劉洋劉旺出示圖片

16、：神舟十號(hào)2013年6月11日神舟十號(hào)發(fā)射成功出示圖片：聶海勝?gòu)垥怨馔鮼喥綄W(xué)生閱讀課文并觀看圖片。鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生感知人類探索子宙的夢(mèng)想，促使學(xué)生樹立獻(xiàn)身科學(xué)的人生價(jià)值觀。除了載人航天工程，我國(guó)還在許多方面進(jìn)行著太空探索。2013年6月，神舟十號(hào)分別完成與天宮一號(hào)空間站的手動(dòng)和自動(dòng)交會(huì)對(duì)接；2016年10月19日，神舟十一號(hào)完成與天宮二號(hào)空間站的自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。2017年4月20日，我國(guó)乂發(fā)射了貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)，入軌后與天宮二號(hào)空間站進(jìn)行自動(dòng)交會(huì)對(duì)接、自主快速交會(huì)對(duì)接等3次交會(huì)對(duì)接及多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。STSE航天事業(yè)改變著人類的生活閱讀課文了解航天事業(yè)對(duì)人類的生活有哪些改變。20世紀(jì)人類最

17、偉大的創(chuàng)舉之一是開拓了太空這一全新活動(dòng)領(lǐng)域。通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)越洋通話、實(shí)時(shí)收看世界各地發(fā)來的電視新聞，S經(jīng)成了人們生活的一部分，電視臺(tái)天氣預(yù)報(bào)節(jié)U中的衛(wèi)星云圖已使我們充分感受到氣象衛(wèi)星的威力。衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)技術(shù)將對(duì)我國(guó)西部開發(fā)的整體規(guī)劃和監(jiān)控發(fā)揮重要作用。我國(guó)通過返回式衛(wèi)星搭載稻種培育的高產(chǎn)稻“航育一號(hào)”，已經(jīng)大面積推廣，人類已經(jīng)開始享用太空育種的優(yōu)ft農(nóng)產(chǎn)品?？茖W(xué)漫步黑洞閱讀課文說一說黑洞的涵義。質(zhì)量非常大，半徑乂非常小，其逃逸速度非常大，以 3X108in/s 的速度傳播的光都不能逃逸，即使它確實(shí)在發(fā)光，光也不能進(jìn)入太空，我們也根本看不到它。對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為m的球狀物體，當(dāng)其半徑R不學(xué)生閱讀課文說

18、出航天事業(yè)對(duì)人類的生活有哪些改變。鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能大于2Gm/c'時(shí)這種天體稱為黑洞。課堂練習(xí)1、已知繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的近地衛(wèi)星的軌道半徑為"運(yùn)動(dòng)周期為T。則中心夭體的平均密度P=-答案：3 It /GT-2、人造地球衛(wèi)星A和B的質(zhì)量之比為1:2,軌道半徑之比為2:1,它們受到地球的引力之比為，它們運(yùn)行的線速度之比為,它們運(yùn)行的周期之比為答案：1:8； 1:72 ： 272:13、如圖所示，我國(guó)“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)-III 5顆靜止軌道衛(wèi)星（地球同步衛(wèi)星）和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，衛(wèi)星軌道半徑大小不同,其運(yùn)行速度、周期等參量也不相同，下面說法正確的是（ZA.衛(wèi)星軌

19、道半徑越大，環(huán)繞速度越大B.衛(wèi)星的線速度可能大于7. 9km/sC.衛(wèi)星軌道半徑越小，向心加速度越大D.衛(wèi)星軌道半徑越小，運(yùn)動(dòng)的角速度越小答案：C4.據(jù)人民日?qǐng)?bào)客戶端1月3日的報(bào)道，上午10點(diǎn)26分，嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功著陸在月球背面，完成了人類航天史上的一項(xiàng)壯舉，實(shí)現(xiàn)學(xué)生練習(xí)鞏固所學(xué)的知識(shí)了人類第一次在月背軟著陸，成為2019年太空領(lǐng)域的“開門紅” O關(guān)于月球，下列說法正確的是（A.月球上地磁南極是地理的北極，和地球上相似:B.月球上的磴力加速度約是地球上的6倍;C.地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約是地月距離的十分之一;D.月球的環(huán)繞速度要比地球同步衛(wèi)星的線速度要大。答案：C5、在地球上空有許多同步衛(wèi)

20、星，下列關(guān)于地球多個(gè)同步衛(wèi)星的說法中正確的是（A.它們的質(zhì)量可能不同B.它們的速率可能不同C.它們離地心的距離可能不同D.它們的向心加速度大小可能不同答案：A拓展提高1、所示，T和S是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的兩顆人造地球衛(wèi)星，虛線為各自軌道，其中T為地球同步衛(wèi)星。山此可以判定（A. T衛(wèi)星可以相對(duì)地面靜止在天津的正上方B. T衛(wèi)星的運(yùn)行周期小于S衛(wèi)星的運(yùn)行周期C. T衛(wèi)星的運(yùn)行速率大于S衛(wèi)星的運(yùn)行速率答案：D的向心力宙速度答案：A行一周所用時(shí)間越長(zhǎng)答案：BD-衛(wèi)星d加速后可追上CD- T衛(wèi)星、S衛(wèi)星的運(yùn)行速率均小于79km/s2.如圖所示，a是赤道表面上一建筑物，隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，b是地面附近近地

21、軌道上正常運(yùn)行的衛(wèi)星，C、d兩衛(wèi)星在相同的軌道上（軌道平面跟赤道共面）且繞地球運(yùn)行的方向一致.d在C的后面，則下列說法中正確的是（6aA.衛(wèi)星b所需的向心力可能小于衛(wèi)星c所需B-衛(wèi)星C的線速度小于a的線速度C-衛(wèi)星b運(yùn)行的線速度可能大于地球第一宇3、關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是A-穩(wěn)定運(yùn)行軌道可以位于重慶正上方B-穩(wěn)定運(yùn)行的線速度小于79km/sC.運(yùn)行軌道可高可低，軌道越高，繞地球運(yùn)D-若衛(wèi)星質(zhì)量加倍，運(yùn)行高度將降低一半課堂小結(jié)1、三個(gè)宇宙速度第一宇宙速度V產(chǎn)79km/s；第二宇宙速度v：=11.2kin/s；第三宋宙速度 V3=167km/s。梳理自己本節(jié)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行交流根據(jù)學(xué)生表述

22、，査漏補(bǔ)缺，并有針2、第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度，最大的運(yùn)行速度。3、人造地球衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止,同的衛(wèi)星4、da、V、3、T,Mm公轉(zhuǎn)周期和地球自轉(zhuǎn)周期相分別與其軌道半徑r的關(guān)系對(duì)性地進(jìn)行講解補(bǔ)充。板書一、牛頓的設(shè)想二.宇宙速度1、第一宇宙速度：v=7 9km/s物體在地球表面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫作第一宇宙速度。2、第二宇宙速度大小：v=ll2km/s。使衛(wèi)星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度。3、第三宇宙速度大?。簐=16. Tkm/s物體掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間三、人造地球衛(wèi)星1、地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星位于赤道上方因相對(duì)地面靜止,

23、也稱靜止衛(wèi)星。四、載人航天與太空探索7. 4宇宙航行導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1. 通過閱讀課本資料了解牛頓對(duì)人造衛(wèi)星的猜想、外推的思路和思想，能寫出第一宇宙速度的推導(dǎo)過程。2. 通過第一宇宙速度的推導(dǎo)總結(jié)，能說出人造地球衛(wèi)星的原理及運(yùn)行規(guī)律。3. 通過閱讀教材第三部分，能夠介紹世界和我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展歷史，感知人類探索宇宙的夢(mèng)想，激發(fā)愛國(guó)熱情，增強(qiáng)民族自信心和自豪感?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】第一宇宙速度的推導(dǎo)。【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】第一宇宙速度的推導(dǎo)；環(huán)繞速度與發(fā)射速度的區(qū)分。【新知探究】一、自主學(xué)習(xí)1. 第一宇宙速度是指衛(wèi)星在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度,也是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度。第一宇宙速度也是將衛(wèi)星發(fā)射出去使其

24、繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的發(fā)射速度，其大小為2.第二宇宙速度是指將衛(wèi)星發(fā)射出去使其克服,永遠(yuǎn)離開地球，即掙脫地球的束縛所需要的最小發(fā)射速度，其大小為3第三宇宙速度是指使發(fā)射出去的衛(wèi)星掙脫太陽的束縛，飛到外所需要的最小發(fā)射速度，其大小為4. 人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，其所受地球?qū)λ淖焦┧鰣A周運(yùn)動(dòng)的向心力，則有：G弊= r5.人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其環(huán)繞速度可以是下列的哪些數(shù)A.一定等于7. 9 km/sB.等于或小于7. 9 km/sC.一定大于7. 9 km/sD.介于 7. 9 km/sH. 2 km/s6.關(guān)于第一宇宙速度，以下敘述正確的是（A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行

25、的最小速度B.它杲近地圓軌道上人造衛(wèi)星運(yùn)行的速度C.它是使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D.它是人造衛(wèi)星發(fā)射時(shí)的最大速度7.假如一做圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增加到原來的2倍，且仍做圓周運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的是（根據(jù)公式v= 3上可知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度將增大到原來的2倍根據(jù)公式F=可知衛(wèi)星所需的向心力將減小到原來的+ rZ根據(jù)公式2 G讐，可知地球提供的向心力將減小到原來幽根據(jù)上述和給出的公式，可知衛(wèi)星運(yùn)行的線速度將減小到原來的羋B.二、合作學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)一第一宇宙速度1-下列表述正確的是（A.第一宇宙速度乂叫環(huán)繞速度B.第一宇宙速度乂叫脫離速度C第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關(guān)D.第一宇宙速

26、度跟地球的半徑無關(guān)2.恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的"侏儒"中子星。中子星的半徑較小，一般在720 km,但它的密度大得驚人。若某中子星的半徑為10 km.密度為1. 2X 10'： kg/n?,那么該中子星上的第一宇宙速度約為（A. 7. 9 km/sB. 16.7 km/sC. 2.9X10" km/sD 5.8X10' km/s知識(shí)點(diǎn)二人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律3.人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為R,線速度為V,周期為T.若使該衛(wèi)星的周期變?yōu)?T,可行的辦法是(A.VR不變，線速度變?yōu)锽.V不變，使軌道半徑變?yōu)?RC.軌道半

27、徑變?yōu)槠鱥RD.PV不變，使軌道半徑變?yōu)?.在圓軌道上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星，它到地面的距離等于地球半徑R,地面上的®力加速度為燈求:(1)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度;(2)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期。知識(shí)點(diǎn)三地球同步衛(wèi)星5. 關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是(A.它的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同B.它的周期、尚度、速度大小都是一定的C.我國(guó)發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星可以定點(diǎn)在北京上空D.我國(guó)發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星必須定點(diǎn)在赤道上空6. 據(jù)報(bào)道，我國(guó)的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號(hào)01星”于2008年4月25日在西呂衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過4次變軌擰制后，于5月1日成功定點(diǎn)在東經(jīng)77°赤道上空的同步軌道。關(guān)于成

28、功定點(diǎn)后的“天鏈一號(hào)01星”，下列說法正確的是A.運(yùn)行速度大于7. 9 km/sB.離地面高度一定，相對(duì)地面靜止C.繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度大D.向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等7.發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí),先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1,然后點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再 次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3。軌道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P 點(diǎn)，如圖1所示，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說法正確的衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B.衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加

29、速度D.衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加 速度宇宙飛船在軌道上運(yùn)行，山于地面指揮人員發(fā)現(xiàn)某一火箭殘?bào)w的軌道與飛船軌道有一交點(diǎn)，通知宇航員某一時(shí)間飛船有可能與火箭殘?bào)w相遇。宇航員隨 即開動(dòng)飛船上的發(fā)動(dòng)機(jī)使飛船加速，脫離原軌道，關(guān)于飛船的運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是（A.飛船高度降低B.飛船高度升高C.飛船周期變小D.飛船的向心加速度變大【學(xué)習(xí)小結(jié)】1. 三個(gè)宇宙速度第一宇宙速度vx=7. 9km/s：第二宇宙速度v：=11.2km/s；第三宇宙速度V3=16 7km/So2. 第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度，最大的運(yùn)行速度。3. 人造地球衛(wèi)星相對(duì)于地面靜止，公轉(zhuǎn)周期和地球自

30、轉(zhuǎn)周期相同的衛(wèi)星。4. V、3、T,分別與其軌道半徑r的關(guān)系。【精練反饋】1. 假設(shè)地球的質(zhì)量不變，而地球的半徑增大到原來半徑的2倍，那么地球的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來的（D2解析因第一宇宙速度即為地球的近地衛(wèi)星的線速度，此時(shí)衛(wèi)星的軌道半徑近似的認(rèn)為等于地球的半徑，且地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力。由£洛=學(xué)尸離“，因此，當(dāng)也地不變，斤增大為2斤時(shí)，y減小為原來的孚 選項(xiàng)B正確。答案B2. 山于通信和廣播等方面的需要，許多國(guó)家發(fā)射了地球同步衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的（A.質(zhì)量可以不同B. 軌道半徑可以不同C.軌道平面可以不同D速率可以不同解析地球同步衛(wèi)星軌道必須在赤道平面內(nèi)，離地面高度相同的

31、同一軌道上, 角速度、線速度、周期一定，與衛(wèi)星的質(zhì)量無關(guān)。選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤。3. （多選）關(guān)于人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是（A. 運(yùn)行的軌道半徑越大，線速度也越大B. 其發(fā)射速度可以達(dá)到16.7 km/sC衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度不能大于7. 9 km/sD.衛(wèi)星在降落過程中向下減速時(shí)處于超重狀態(tài)翔由r俘知，衛(wèi)星的軌道半徑越大，線速度越小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；人造 地球衛(wèi)星的發(fā)射速度在7. 9 km/s到H. 2 km/s之間，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度小于或等于7. 9 km/s,選項(xiàng)C正確；衛(wèi)星向下減速時(shí)的加速度方向向上，處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)D正確。4. 若取地球的

32、第一宇宙速度為8 km/s,某行星的質(zhì)量是地球質(zhì)量的6倍,半徑是地球半徑的1.5倍，此行星的第一宇宙速度約為（A. 16 km/sB- 32 km/sC. 4 km/sD- 2 km/s解析第一宇宙速度是行星表面衛(wèi)星的環(huán)繞速度，對(duì)于衛(wèi)星，其軌道半徑近似等于星球半徑，所受萬有引力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律得解得噸-。因?yàn)樵撔行堑馁|(zhì)量也星是地球質(zhì) L量也地的6倍，半徑F是地球半徑斤的1.5倍，則-=V”匸Jm-P卡立故卩'屯尸2X8 km/s=16 km/s, A 正確。5.（多選）地球半徑為心，地面重力加速度為g,若衛(wèi)星在距地面盡處做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則（A

33、. 衛(wèi)星的線速度為俘C. 衛(wèi)星的加速度屠B. 衛(wèi)星的角速度為馬D. 衛(wèi)星周期為2 It胯2Ro解析由：廠礙畝b二zn"（2局）=zp斗（2屆）及GM=gR,可得衛(wèi)星的向心加 I 2Rq）2Rq/速度弓，角速度"爲(wèi)線速度“上,周期7=2 H胯,所以A、B正確，C、D錯(cuò)誤。6.星球上的物體脫離星球引力所需的最小速度稱為該星球的第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度y：與其第一宇宙速度珂的關(guān)系是叔皿己知某星球的半 徑為r,表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的P不汁其他星球的影響,6則該星球的第二宇宙速度為（解析二礙得刃g(shù)gr。再根據(jù)vz=vi得卩弓詁門 故C選項(xiàng)正確。7. 已知地球

34、半徑為爪地球表面的重力加速度為劉某人造地球衛(wèi)星在距地球表面高度等于地球半徑3倍處做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，求:（1）衛(wèi)星的線速度。（2）衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期。解析設(shè)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T.根據(jù)萬有引力定律和牛頓第 二定律得聯(lián)立以上三式解得質(zhì)量為也'的物體在地球表面所受的重力等于萬有引力大小，即 豊仝w'g（2） 16 n JI<7. 4宇宙航行分層作業(yè)（時(shí)間：40分鐘分值:100分）合格考達(dá)標(biāo)練選擇題（本題共8小題，每小題6分，共48分）1.（多選）下列關(guān)于三種宇宙速度的說法中正確的是（A. 第一宇宙速度Pi = 79kin/s,第二宇宙速度力=ll2km/s

35、,則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度大于等于S小于內(nèi)B. 美國(guó)發(fā)射的"鳳凰號(hào)"火星探測(cè)衛(wèi)星，其發(fā)射速度大于第三寧宙速度C. 第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度CD 根據(jù)r=D. 第一宇宙速度7. 9 km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)行速學(xué)可知，衛(wèi)星的軌道半徑y(tǒng)越大，即距離地面越遠(yuǎn)，衛(wèi)星的環(huán)繞速度越小，n = 7.9kni/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)行速度，D正確；實(shí)際上，山于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，故衛(wèi)星繞地球 在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度都小于第一宇宙速度，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；美國(guó)發(fā)射的“

36、鳳凰 號(hào)''火星探測(cè)衛(wèi)星，仍在太陽系內(nèi)，所以其發(fā)射速度小于第三宇宙速度，選項(xiàng)B 錯(cuò)誤；第二宇宙速度是使物體掙脫地球引力束縛而成為太陽的一顆人造行星的最 小發(fā)射速度，選項(xiàng)C正確-2. 下列關(guān)于我國(guó)發(fā)射的"亞洲一號(hào)"地球同步通訊衛(wèi)星的說法，正確的是A.若其質(zhì)量加倍，則軌道半徑也要加倍B.它在北京上空運(yùn)行，故可用于我國(guó)的電視廣播C.它以第一宇宙速度運(yùn)行D.它運(yùn)行的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同山農(nóng)二石得r?，可知軌道半徑與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān)，A錯(cuò)；同步衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面重合，即在赤道上空運(yùn)行，不能在北京上空運(yùn)行，B 錯(cuò)；第一宇宙速度是衛(wèi)星在最低圓軌道上運(yùn)行的速度，

37、而同步衛(wèi)星在高軌道上運(yùn) 行，其運(yùn)行速度小于第一宇宙速度，C錯(cuò)；所謂“同步”就是衛(wèi)星保持與赤道上 某一點(diǎn)相對(duì)靜止，所以同步衛(wèi)星的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，D對(duì).3. 如圖所示是在同一軌道平面上的三顆不同的人造地球衛(wèi)星，關(guān)于各物理量的關(guān)系，下列說法正確的是（A.B.根據(jù) v=ygi知 vA vs< vc根據(jù)萬有引力定律可知FAFAFrC.角速度©> 3A 3cD.山題圖知三顆不同的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑關(guān)系為r/r/r.山萬有引力提供向心力得GMm V""=iB=mr ma r r可知v=所以y/yQm A選項(xiàng)錯(cuò)誤；由于三顆衛(wèi)星的質(zhì)量關(guān)系不確定，故萬有引

38、力大小不確定，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；3=尋，所以3» 33" C選項(xiàng)正確；a=琴,所以aaacf故D選項(xiàng)錯(cuò)誤4. 星球上的物體脫離星球引力所需的最小速度稱為該星球的第二宇宙速度.星球的第二宇宙速度內(nèi)與其第一宇宙速度，的關(guān)系是r：=V2n.已知某星球 的半徑為n表面的重力加速度為地球表面重力加速度&的G不計(jì)其他星球的 影響，則該星球的第二宇宙速度為（C 山第一宇宙速度公式可知，該星球的第一宇宙速度為珂=、仔，結(jié)合 嗆=7氏可得嗆=、/薩r，C正確.5. （多選）一顆在地球赤道上空運(yùn)轉(zhuǎn)的同步衛(wèi)星，距地面高度為厶，已知地球半徑為爪自轉(zhuǎn)周期為7,地面重力加速度為g,則這顆衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的線

39、速度大小為（A.2 nW+A) 3 MB.gC.3 /2打用纟/ TABC 曲勻速圓周運(yùn)動(dòng)線速度定義可得：v=（斤+刃牛，故A正確.由萬有MnV引力提供向心力的線速度表達(dá)式可得：岳祈=科在地面上的物體由萬有引力等于重力可得：弟 =mgf山上式解得v=命，故B正確根據(jù)命=耳（卄曲,解得卅=曙,尸（斤+方）等，聯(lián)立解得C戶尹選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤.6. （多選）某近地衛(wèi)星日的軌道與赤道共面共心，繞行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同-b是地球的同步衛(wèi)星-在相同時(shí)間內(nèi)爾夕兩衛(wèi)星轉(zhuǎn)過的角度之比為8 : 1.已知同步衛(wèi)星的周期為24 h,衛(wèi)星b都做圓周運(yùn)動(dòng).貝ij（A.衛(wèi)星已的周期為3 hB. 衛(wèi)星a與b的軌道半徑之比

40、為1 : 2C衛(wèi)星&與b的向心加速度之比為16 : 1D.衛(wèi)星a-tj 6受地球的引力之比為16 : 1AC 因?yàn)?=3t, 7=,得周期片斗，得a、6兩衛(wèi)星的周期之比3u為1 ：8,同步衛(wèi)星b的周期為24 h,得衛(wèi)星8的周期是3 h, A正確；根據(jù)開普勒第三定律，癖Y解得対，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由普解得&=4衛(wèi)星 &與b的向心加速度之比為16： b C正確；山于不知道兩衛(wèi)星質(zhì)量，故不能求出衛(wèi)星受地球引力的比值，D錯(cuò)誤.7. （多選）為査明某地的地質(zhì)災(zāi)害，在第一時(shí)間緊急調(diào)動(dòng)了 8顆衛(wèi)星參與搜尋-“調(diào)動(dòng)"衛(wèi)星的措施之一就是減小衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑，降低衛(wèi)星運(yùn)行的高

41、度，以有利于發(fā)現(xiàn)地面（或海洋）U標(biāo)-下面說法正確的是（A.軌道半徑減小后,衛(wèi)星的環(huán)繞速度減小B-軌道半徑減小后,衛(wèi)星的環(huán)繞速度增大C.軌道半徑減小后,衛(wèi)星的環(huán)繞周期減小D.軌道半徑減小后,衛(wèi)星的環(huán)繞周期增大BC-, Mm Vill k=zff得 v= r rGM衛(wèi)星的環(huán)繞速度增大，故A錯(cuò)誤，B正確;Itl尊=彳等卜得所以軌道半徑減小后，衛(wèi)星的環(huán)繞周期減小,C正確，D錯(cuò)誤8. （多選）如圖所示，一飛行器W繞地球沿半徑為r的圓軌道1運(yùn)動(dòng).經(jīng)P點(diǎn)時(shí)，啟動(dòng)推進(jìn)器短時(shí)間向前噴氣使其變軌，2、3是與軌道1相切于P點(diǎn)的可能軌道-則飛行器（A.相對(duì)于變軌前運(yùn)行周期變長(zhǎng)B.變軌后將沿軌道3運(yùn)動(dòng)C.變軌前、后在兩

42、軌道上經(jīng)P點(diǎn)的速度大小相等D.變軌前、后在兩軌道上經(jīng)P點(diǎn)的加速度大小相等BD山于在尸點(diǎn)推進(jìn)器向前噴氣，故飛行器將做減速運(yùn)動(dòng)，減小，飛行 器做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力2 V減小，小于在F點(diǎn)受到的萬有引力尊，則飛 行器將開始做近心運(yùn)動(dòng)，軌道半徑r減小.根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律知，衛(wèi)星軌 道半徑減小，則周期減小，A錯(cuò)誤；因?yàn)轱w行器做近心運(yùn)動(dòng)，軌道半徑減小，故 將沿軌道3運(yùn)動(dòng)，B正確；因?yàn)樽冘夁^程是飛行器向前噴氣過程，故是減速過程， 所以變軌前后經(jīng)過P點(diǎn)的速度大小不相等，C錯(cuò)誤；飛行器在軌道戶點(diǎn)都是山萬 有引力產(chǎn)生加速度，因?yàn)樵谕稽c(diǎn)只萬有引力產(chǎn)生的加速度大小相等，D正確.等級(jí)考提升練一、選擇題（本題共4小

43、題，每小題6分，共24分）1.（多選）2019年1月11日1時(shí)H分，我國(guó)在西呂衛(wèi)星發(fā)射中心成功將“中星2D”衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星進(jìn)入距地面約380 km的圓軌道飛行，則其（A.角速度小于地球自轉(zhuǎn)角速度B.線速度小于第一宇宙速度C. 周期小于地球自轉(zhuǎn)周期D. 向心加速度小于地面的a力加速度BCD 根據(jù)萬有引力提供向心力得，弔旣5=也（丘+&） 3J=沁?+4 Ji -gmm-=ina,解得，3 =GM/4兀'（斤+力_ GM（斤+礦' £=0?+礦山題意可知，"中星2D”的離地高度小于同步衛(wèi)星的離地高度，則“中星2D'' 的角速度大于同步衛(wèi)星的角速度，也大于地球的自轉(zhuǎn)角速度，“中星2D”的周宇宙速度為期小于同步衛(wèi)星的周期，也小于地球的自轉(zhuǎn)周期，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C正確；山第一 羅可知，“中星2D”的線速度小于第一宇宙速度，選項(xiàng)B正確;G"山地面的重力加速度牙可知，“中星2D”的向心加速度小于地面的重力加速 度，選項(xiàng)D正確-2如圖所示，£為靜止于地球赤道上的物體，萬為近地衛(wèi)星，C為地球同步衛(wèi)星-根據(jù)以上信息可知（A.衛(wèi)星萬的線速度大于衛(wèi)星C的線速度B.C