人教版高中物理必修二7.4宇宙航行（原稿版）學案

7.4宇宙航行【學習目標】知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識，掌握人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系.了解我國衛(wèi)星發(fā)射的情況，激發(fā)學生的愛國熱情．【知識要點】一、人造地球衛(wèi)星的運動特點1．所有衛(wèi)星的軌道平面過地心．2．衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系根據(jù)萬有引力提供衛(wèi)星繞地球運動的向心力，即有：eq\f(GMm,r2)＝ma＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r(1)a＝eq\f(GM,r2)，r越大，a越小．(2)v＝eq\r(\f(GM,r))，r越大，v越小．(3)ω＝eq\r(\f(GM,r3))，r越大，ω越?。?4)T＝2πeq\r(\f(r3,GM))，r越大，T越大．二、同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星的特點1．定軌道平面：所有地球同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面內(nèi)．2．定周期：運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T＝24h.3．定高度(半徑)：離地面高度為36000km.4．定速率：運行速率為3.1×103m/s.三、宇宙速度宇宙速度是地球上滿足不同要求的衛(wèi)星發(fā)射速度．1．第一宇宙速度v1＝7.9km/s(1)推導方法一：由Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)得v＝eq\r(\f(GM,R))方法二：由mg＝meq\f(v2,R)得v＝eq\r(gR)(2)理解：第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大運行速度．2．第二宇宙速度v2＝11.2km/s，是從地面上發(fā)射物體并使之脫離地球束縛的最小發(fā)射速度，又稱脫離速度．3．第三宇宙速度v3＝16.7km/s，是從地面上發(fā)射物體并使之脫離太陽束縛的最小發(fā)射速度，又稱逃逸速度．【題型分類】題型一、人造衛(wèi)星的運動規(guī)律例1如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造衛(wèi)星，a和b的質(zhì)量相等，且小于c的質(zhì)量，則()A．b所需向心力最小B．b、c的周期相等且大于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度【同類練習】1.如圖所示，在同一軌道平面上的三顆人造地球衛(wèi)星A、B、C，在某一時刻恰好在同一直線上，下列說法正確的是()A．根據(jù)v＝eq\r(gR)，可知三顆衛(wèi)星的線速度vA＜vB＜vCB．根據(jù)萬有引力定律，可知三顆衛(wèi)星受到的萬有引力FA＞FB＞FCC．三顆衛(wèi)星的向心加速度aA＞aB＞aCD．三顆衛(wèi)星運行的角速度ωA＜ωB＜ωC題型二、對同步衛(wèi)星規(guī)律的理解及應用例2我國“中星11號”商業(yè)通信衛(wèi)星是一顆同步衛(wèi)星，它定點于東經(jīng)98.2度的赤道上空，關(guān)于這顆衛(wèi)星的說法正確的是()A．運行速度大于7.9km/sB．離地面高度一定，相對地面靜止C．繞地球運行的角速度比月球繞地球運行的角速度大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【同類練習】2.（多選）“靜止”在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面，為天氣預報提供準確、全面和及時的氣象資料。設(shè)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍，下列說法中正確的是()A．同步衛(wèi)星距地面的高度是地球半徑的(n－1)倍B．同步衛(wèi)星運行速度是第一宇宙速度的eq\r(\f(1,n))C．同步衛(wèi)星的運行速度是地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)獲得的速度的eq\f(1,n)D．同步衛(wèi)星的向心加速度是地球表面重力加速度的eq\f(1,n)(忽略地球的自轉(zhuǎn)效應)題型三、宇宙速度的理解例3我國發(fā)射了一顆繞月運行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號”．設(shè)該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面．已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的eq\f(1,81)，月球的半徑約為地球半徑的eq\f(1,4)，地球上的第一宇宙速度約為7.9km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運行的速率約為()A．0.4km/sB．1.8km/sC．11km/sD．36km/s例4某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時間t后，物體以速率v落回手中．已知該星球的半徑為R，求該星球上的第一宇宙速度的大?。就惥毩暋?.地球上發(fā)射一顆近地衛(wèi)星需7.9km/s的速度，在月球上發(fā)射的近月衛(wèi)星需要多大速度？(已知地球和月球質(zhì)量之比M地∶M月＝8∶1，半徑之比R地∶R月＝3.8∶1)【成果鞏固訓練】1．如圖甲所示，是地球赤道上的一點，某時刻在的正上方有、、三顆軌道位于赤道平面的衛(wèi)星，各衛(wèi)星的運行方向均與地球自轉(zhuǎn)方向（順時針轉(zhuǎn)動）相同，其中是地球同步衛(wèi)星．從該時刻起，經(jīng)過時間（已知時間均小于三顆衛(wèi)星的運行周期），在乙圖中各衛(wèi)星相對的位置最接近實際的是（）A． B．C． D．2．地球靜止軌道衛(wèi)星和中軌道衛(wèi)星都在圓軌道上運行，它們距地面的高度分別為h1和h2，且h1＞h2。則下列說法中正確的是A．靜止軌道衛(wèi)星的周期比中軌道衛(wèi)星的周期大B．靜止軌道衛(wèi)星的線速度比中軌道衛(wèi)星的線速度大C．靜止軌道衛(wèi)星的角速度比中軌道衛(wèi)星的角速度大D．靜止軌道衛(wèi)星的向心加速度比中軌道衛(wèi)星的向心加速度大3．北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設(shè)、獨立運行的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，目前有32顆正常運行。其中地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）5顆，定點位置為東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°、160°的赤道上空；傾斜地球同步衛(wèi)星（IGSO）7顆，均在傾角55°的軌道面上；中地球軌道衛(wèi)星（MEO）20顆，運行在3個傾角為55°的軌道面上。如圖所示是一顆地球靜止軌道衛(wèi)星A、一顆傾斜地球同步衛(wèi)星B和一顆中地球軌道衛(wèi)星C的軌道立體對比示意圖，其中衛(wèi)星B、C的軌道共面，它們都繞地球做勻速圓周運動。已知衛(wèi)星C的離地高度為h，地球自轉(zhuǎn)周期為T，地球半徑為R，地球表面重力加速度g，萬有引力常量為G，下列判斷正確的是（）A．地球靜止軌道衛(wèi)星A的離地高度為B．中地球軌道衛(wèi)星C的周期為C．衛(wèi)星C所受的向心力大于衛(wèi)星B所受的向心力D．衛(wèi)星C的線速度小于衛(wèi)星B的線速度4．滿載A國公民的一航班在飛行途中神秘消失，A國推斷航班遭到敵對國家劫持，政府立即調(diào)動大量海空軍事力量進行搜救，并在第一時間緊急調(diào)動了21顆衛(wèi)星參與搜尋．“調(diào)動”衛(wèi)星的措施之一就是減小衛(wèi)星環(huán)繞地球運動的軌道半徑，降低衛(wèi)星運行的高度，以有利于發(fā)現(xiàn)地面（或海洋）目標．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5．有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a還未發(fā)射，在地球赤道上隨地球表面一起轉(zhuǎn)動，b處于地面附近的近地軌道上正常運動，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖所示，則有（）A．a(chǎn)的向心加速度等于地表重力加速度gB．c在4小時內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是60°C．b在相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長最短D．d的運動周期有可能是28小時6．地球同步衛(wèi)星質(zhì)量為m，離地面高度為h，地球半徑為R，地球自轉(zhuǎn)角速度為，分球赤道表面重力加速度與地球兩極重力加速度之比為，則（）A．地球同步衛(wèi)星所受地球?qū)λ娜f有引力為B．地球同步衛(wèi)星所受地球?qū)λ娜f有引力為C．在赤道處物體的重力為萬有引力的0.3％D．在赤道處物體的向心力為萬有引力的0.3％7．“嫦娥三號”在月球表面釋放出“玉兔”號月球車開展探測工作，若該月球車在地球表面的重力為G1，在月球表面的重力為G2，已知地球半徑為R1,月球半徑為R2,則（）A．地球表面與月球表面的重力加速度之比為GB．地球的第一宇宙速度與月球的第一宇宙速度之比為GC．地球與月球的質(zhì)量之比為GD．地球與月球的平均密度之比為G8．假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布的球體.已知地球質(zhì)量為M，半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，萬有引力常量為G，求：（1）地球同步衛(wèi)星距離地面的高度H；（2）地球表面在赤道的重力加速度g0.9．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7～20km，但它的密度大得驚人．若某中子星的半徑為10km，