6.5 宇宙航行 导学案-2022-2023学年高一下学期物理人教版必修2

高中物理必修二    课型：新授课  课时安排:1课时  适用年级：高一  使用时间： 班级： 组名： 姓名： 6.5 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．理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系． 3.了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情． 【学习重难点】 1． 第一宇宙速度的推导。 2．运行速率与轨道半径之间的关系。 【学法指导】 阅读课本P44-P45《宇宙航行》内容，结合万有引力定律和向心力相关知识，理解宇宙速度并建立人造卫星运行模型。 【学习过程】 一、新课引入 若将物体从高山上水平抛出，物体做什么运动？若初速度不断增大，水平位移怎么变化？试想速度足够大，在地球上将如何运动？ 二、自主练习 1．人造地球卫星 （1）人造卫星的运动可近似地看做匀速圆周运动，其向心力就是地球对它的　　　　　．其轨道圆心一定是 ． （2）由G＝可知，v＝ 卫星的线速度随r的增大而 ． 由G＝mω2r可知，ω＝ 卫星的角速度随r的增大而 ． 由G＝mr可知，T＝ 卫星的运行周期随r的增大而 ． （3）同步卫星的五个“一定” ① (运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h)； ② (所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内)； ③ (离地面高度为36000 km)； ④ (运行速率为3.1×103 m/s)； ⑤ (每颗同步卫星都定点在世界卫星组织规定的位置上)． 2．宇宙速度 （1）第一宇宙速度 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的速度，叫做第一宇宙速度，也叫地面附近的环绕速度．它是人造地球卫星的 发射速度．v＝ km/s． 近地卫星的轨道半径为：r＝ ，万有引力提供向心力，则有 ＝ ．从而第一宇宙速度为：v＝ ＝ km/s. 若已知地球表面的重力加速度g，则第一宇宙速度又可表示为v＝ ． （2）要想让卫星在较高的轨道运动，所需的发射速度必须 第一宇宙速度． （3）第二宇宙速度v2＝ km/s，是从地面上发射物体并使之脱离地球束缚的 发射速度． （4）第三宇宙速度v3＝ km/s，是从地面上发射物体并使之脱离太阳束缚的 发射速度． 三、合作探究 考点一：第一宇宙速度的理解——决定因素 例：假设地球质量不变，而地球半径增大到原来的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度为原来的（ ）倍 A. B. C. D.2 （选做）我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”．设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面．已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为(　　) A．0.4 km/s B．1.8 km/s C．11 km/s D．36 km/s 考点二：人造卫星的运动规律 例：有一颗人造卫星，绕地球做匀速圆周运动，已知地球的质量为M，它们的轨道半径为r，求这颗卫星的：⑴线速度；⑵角速度；⑶周期；⑷向心加速度。（引力常量G已知） 请写出以上物理量随卫星运行半径的变化规律 四、当堂检测 1．(对三个宇宙速度的理解)(多选)下列关于三个宇宙速度的说法中正确的是(　　) 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v2 B．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 2.(同步卫星)由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的(　　) A. 质量可以不同 B. 轨道半径可以不同 C. 轨道平面可以不同 D. 速率可以不同 3．如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗行星，a和b的质量相等，且