7.4 宇宙航行 导学案-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4宇宙航行导学案 学习目标：　 1.知道三个宇宙速度的含义、大小，会计算第一宇宙速度(重点)。 2.理解人造卫星的运行规律，认识同步卫星的特点(重难点)。 3.了解不同类型人造卫星的轨道(重点)。 4.了解人类探索太空的历史、现状及未来发展的方向。 一、三个宇宙速度 牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星。据此思考并讨论以下问题： (1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？当抛出速度变大时，落地点的位置有何变化？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？ (2)已知地球的质量为m地，地球半径为R，引力常量为G，若物体紧贴地面飞行而不落回地面，其速度大小为多少？ (3)已知地球半径R＝6 400 km，地球表面的重力加速度g＝10 m/s2，则物体环绕地球表面做圆周运动的速度多大？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 梳理与总结： 1．第一宇宙速度 定义：物体在地球________绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。 大小：v＝________。 意义：(1)是航天器成为卫星的________发射速度。 (2)是卫星的最大________。 2．第二宇宙速度 当飞行器的速度____________11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2 km/s叫作第二宇宙速度。 3．第三宇宙速度 在地面附近发射的飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度____________16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。 思考与讨论： 以下太空探索实践中需要的发射速度是多少？ “嫦娥”奔月　 　 天问探火　　 无人外太阳系 空间探测器_________________________________________________ _______________________ 二、人造地球卫星 在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动。请思考： (1)这些卫星运动所需的向心力都是由什么力提供的？这些卫星的轨道平面有什么特点？ (2)这些卫星的线速度大小、角速度、周期跟什么因素有关呢？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 梳理与总结： 1．人造地球卫星 (1)卫星的轨道平面可以在________平面内(如静止卫星的轨道)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任意角度，如图所示。 (2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心。 2．近地卫星、同步卫星、极地卫星和月球 (1)近地卫星：地球表面附近的卫星，r≈R；线速度大小v≈7.9 km/s、周期T＝≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大速度和最小周期。 (2)地球同步卫星：位于地面上方高度约__________ km处，周期与地球自转周期________。其中一种的轨道平面与赤道平面成0度角，运动方向与地球自转方向______，因其相对地面静止，也称静止卫星。 (3)极地卫星：轨道平面与赤道平面夹角为90°的人造地球卫星，运行时能到达南北极上空。 (4)月球绕地球的公转周期T＝27.3天，月球和地球间的平均距离约38万千米，大约是地球半径的60倍。 三、练习巩固： 1.已知地球表面的重力加速度约为10 m/s2，第一宇宙速度约为8 km/s，某星球半径约为地球半径的2倍，质量是地球质量的9倍，求： (1)该星球表面的重力加速度大小； ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (2)该星球的第一宇宙速度大小。 ____________________________________________________________________________________________________