7.4.1 宇宙航行 预导案 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

科目： 物理 课题： 编写人： 年级： 高一 出题时间： 审核人： 姓名：______________ 班级：______________ 7.4.1宇宙航行 【学习目标】 1.了解人造地球卫星的最初构想 2.通学会分析人造地球卫星的受力和运动情况 3.知道三个宇宙速度的含义和数值，并会推导第一宇宙速度 【学习重难点】 重点 分析人造地球卫星的受力和运动情况，并会应用其计算卫星的速度、角速度和周期。 难点 卫星变轨问题的应用 【预习新知】 （一）宇宙速度 1. 第一宇宙速度 卫星在地球表面附近绕地球做圆周运动的速度。也叫最大的环绕速度或最小的发射速度。 （1）牛顿的设想： 把物体从高山上水平抛出，如果抛出的速度达到一定时，物体就不会落回地面，它将绕地球运动成为匀速圆周运动。这就是第一宇宙速度。 （2）设地球质量为M，半径为R，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞行器的速度（第一宇宙速度）为v。 飞行器运动所需的向心力是由万有引力提供的，近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离，所以＝，由此解出。 （2）物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，所以＝，解得。 2. 第二宇宙速度 使卫星挣脱地球引力束缚的最小发射速度。 3. 第三宇宙速度 使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度。 （二）人造地球卫星的轨道和运行速度 1.卫星绕地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供向心力，卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。 2.如果卫星做圆周运动，根据万有引力提供向心力＝，得，，可见，轨道半径越大，卫星运行的线速度和角速度越小，周期越大。即 低轨高速短周期，高轨低速长周期 。 实际上卫星从发射到正常运行中间经历了一个调整、变轨的复杂过程。 （三）同步卫星 1. 相对地球表面静止的卫星。 2. 在地球赤道平面正上方，高度约36000km。 3. 周期和角速度与地球自转周期和角速度相同。T=24h 【典例一】（多选）关于第一宇宙速度，下面说法正确的是（ ） A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度 【典例二】人造卫星由于受到大气阻力，其轨道半径逐渐减小，其相应的线速度和周期的变化情况是（ ） A.速度减小，周期增大 B.速度减小，周期减小 C.速度增大，周期增大 D.速度增大，周期减小 【典例三】为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在该星球中心为圆心，半径为r1的圆轨道上运动，周期为T1，总质量为m1。随后登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为r2 的圆轨道上运动，此时登陆舱的质量为m2则（ ） A. X星球的质量为 B. X星球表面的重力加速度为 C. 登陆舱在r1与r2轨道上运动是的速度大小之比为 D. 登陆舱在半径为r2轨道上做圆周运动的周期为 【巩固训练】 1.假设地球和火星都绕太阳做匀速圆周运动，已知地球到太阳的距离小于火星到太阳的距离，那么( ) A．地球公转周期大于火星的周期公转 B．地球公转的线速度小于火星公转的线速度 C．地球公转的加速度小于火星公转的加速度 D．地球公转的角速度大于火星公转的角速度 2.小行星绕恒星运动，恒星均匀地向四周辐射能量，质量缓慢减小，可认为小行星在绕恒星运动一周的过程中近似做圆周运动．则经过足够长的时间后，小行星运动的( ) A．半径变大 B．速率变大 C．角速度变大 D．加速度变大 3.为查明某地的地质灾害，在第一时间紧急调动了8颗卫星参与搜寻．“调动”卫星的措施之一就是减小卫星环绕地球运动的轨道半径，降低卫星运行的高度，以有利于发现地面(或海洋)目标．下面说法正确的是( ) A．轨道半径减小后，卫星的环绕速度减小 B．轨道半径减小后，卫星的环绕速度增大 C．轨道半径减小后，卫星的环绕周期减小 D．轨道半径减小后，卫星的环绕周期增大 4.一颗人造卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，已知地球的第一宇宙速度为v1＝7.9 km/s，g＝9.8 m/s2. (1)这颗卫星运行的线速度为多大？ (2)它绕地球运动的向心加速度为多大？ (3)质量为1 kg的仪器放在卫星内的平台上，仪器的重力为多大？它对平台的压力有多大？ 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $$