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

高碑店新城紫泉中学学生导学提纲（高一年级物理学科） 编号：B2-7-4-1 班级： 姓名： 日期： 课题：7.4.1 宇宙航行 【学习目标】 1.掌握求解第一宇宙速度的两种方法，知道三个宇宙速度的含义. 2.了解人造地球卫星的历史及现状，知道人造卫星的特点． 【学习重难点】 1.理解第一宇宙速度的推导过程； 2.掌握人造卫星的分类及各物理量随距离的变化规律。 【基础感知】 ( 分析推导 ) ( v = ) ( 第一宇宙速度 ) ( （环绕速度） ) ( v = ) ( 第一宇宙速度的大小： ) ( 理解 ) ( 最小发射速度 ：第一宇宙速度是 人造卫星的最小地面发射速度 ) ( 最大环绕速度 ：第一宇宙速度是 卫星在地球表面附近绕地球做 的 最大环绕 速度 ) ( 宇宙速度 ) ( 第二宇宙速度 ) ( 第二宇宙速度的大小： ) ( （逃逸速度） ) ( 第二宇宙速度是第一宇宙速度的 倍，即 ) ( 理解 ) ( 第二宇宙速度是 人造卫星 挣脱地球引力束缚 的最小地面发射速度 ) ( 当发射速度 7.9 km/s < v <11.2 km/s 时， 飞行器绕地球运行的轨迹是 ) ( 第三宇宙速度 ) ( （脱离速度） ) ( 第三宇宙速度的大小： ) ( 第三宇宙速度是 人造卫星 挣脱太阳引力束缚 的最小地面发射速度 ； ) ( 理解 ) ( 当发射速度 11.2 km/s ≤ v< 16.7 km/s 时， 飞行器脱离地球引力束缚，围绕太阳运行。 ) ( 人造卫星获得足够大发射速度的条件： ) ( 发展史 ) ( 1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星——“卫星1号” ) ( 1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功 ) ( 中国航天之父： ) ( 人造卫星的分析方法 ) ( 人造地球卫星 ) ( 构建模型： ) ( 等量关系： ) ( v ) ( 线速度 v ： = ⇒ v = ) ( 物理量分析 ) ( ω ) ( 角速度 ω ： = ⇒ ω = ) ( a n ) ( ⇒ r ↓ ) ( 向心加速度 a n ： = ⇒ a n = ) ( T ) ( 周期 T ： = ⇒ T = ) ( 运动形式：围绕地心做 运动 ) ( 运动半径 地球半径R ) ( 近地卫星 ) ( v = ) ( ω = ) ( a n = ) ( T= ) ( 轨道平面一定： 赤道平面 运转方向一定: 自西向东 周期与角速度一定： T=24h 轨道半径一定: r =6.6 R 线速度大小一定: v =3.08km/s 向心加速度的大小一定: a n = 0.23m/s 2 位置一定： ( 每颗同步卫星都定点在世界卫星组织规定的位置上 ) ) ( 运动形式：围绕地心做 运动 ) ( 7个一定 ) ( （静止卫星、通信卫星） ) ( 同步卫星 ) ( 卫星分类 ) ( 同步卫星主要应用于通信，至少 颗同步卫星才能使信号覆盖全球。 ) ( A 为赤道上的 物体 ， B 为近地圆轨道卫星， C 为地球同步卫星 ) ( T A = T C ， ω A = ω C ， r A < r C ) ( A 与C比较 ) ( ⇓ ) ( v A v C ， a n A a n C ) ( 同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较 ) ( r B < r C ) ( v B v C ， ω B ω C ， a n B a n C ， T B T C ) ( B与C比较 ) ( ⇓ ) ( v ： ω ： a n : ： T ： ) ( A、 B、C 比较 ) ( 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． 月球： 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． ) 【能力提升】 宇宙速度 1.判断下列说法是否正确。 （1）在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s。( ) （2）月球的第一宇宙速度也是7.9 km/s。( ) （3）第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度。( ) （4）第一宇宙速度的大小与地球质量有关。( ) （5）月球的第一宇宙速度也是7.9 km/s。( ) （6）第一宇宙速度是卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度。( ) （7）第一宇宙速度的大小与地球质量有关。( ) （8）在地面上发射火星探测器的速度应为11.2 km/s<v<16.7 km/s。( ) （9）要发射离开太阳系的探测器，所需发射速度至少为16.7 km/s。( ) （10）要发射一颗月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s。( ) （11）地球的静止卫星一定位于赤道的正上方。( ) （12）静止卫星可以定点在北京市的正上方。( ) （13）不同的静止卫星的质量不同，但离地面的高度是相同的。( ) （14）地球静止卫星的周期与地球自转的周期相同。( ) （15）静止卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度。( ) 2．关于宇宙速度的说法错误的是（       ） A．第一宇宙速度是使卫星进入绕地轨道的最小速度 B．第一宇宙速度是使卫星脱离地球引力的最小速度 C．第二宇宙速度是使卫星脱离地球引力的最小速度 D．第三宇宙速度是使卫星脱离太阳引力的最小速度 3．宇航员在某星球表面将一小钢球以某一初速度竖直向上抛出，测得小钢球上升的最大高度为，小钢球从抛出到落回星球表面的时间为。不计空气阻力，忽略该星球的自转，已知该星球的半径为（远大于），该星球为密度均匀的球体，引力常量为。求： (1)该星球表面的重力加速度； (2)该星球的第一宇宙速度。 4．假设宇航员登上某一星球，该星球的半径为。他在该星球表面将一小球从与水平面成角的斜面上水平抛出，如图所示，抛出的初速度大小为，经过时间小球又落在斜面上。忽略星球的自转，不计星球表面的大气阻力，求： (1)该星球表面的重力加速度为多大； (2)该星球的第一宇宙速度为多大。 5．近月制动是嫦娥六号探测器在飞行过程中的一次关键轨道控制。嫦娥六号探测器飞到月球附近时，实施“刹车”制动，使其速度低于月球逃逸速度，从而被月球引力捕获，实现绕月飞行。已知月球的质量为地球质量的，月球的半径为地球半径的，地球表面重力加速度大小为g，地球的第一宇宙速度大小为v，星球的逃逸速度为对应星球第一宇宙速度的倍，不计地球和月球自转，求： （1）月球表面的重力加速度大小； （2）月球的逃逸速度。 【思维训练】 人造卫星 6．我国的“神舟”系列航天飞船的成功发射和顺利返回，显示了我国航天事业取得的巨大成就。已知地球的质量为M，引力常量为G，飞船的质量为m，设飞船绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r，则（   ） A．飞船在此轨道上的运行速率为 B．飞船在此圆轨道上运行的向心加速度为 C．飞船在此圆轨道上运行的周期为 D．飞船在此圆轨道上运行所受的向心力为 7．如图所示，火星与木星轨道之间有一小行星带，假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　） A．与太阳距离相等的每一颗小行星，受到太阳的引力大小都相等 B．小行星带内侧行星的加速度小于外侧行星的加速度 C．小行星带内各行星绕太阳公转的线速度均大于地球公转的线速度 D．各小行星绕太阳运动的周期均大于一年 8．北斗导航系统现在已经有五十六颗在轨卫星，其中A、B两颗卫星分别绕地球做半径为r1、r2的圆周运动，下列说法正确的是（　　） A．A、B两颗卫星的周期之比为 B．A、B两颗卫星的线速度大小之比为 C．A、B两颗卫星的向心力大小之比为 D．A、B两颗卫星的向心加速度大小之比为 9 . 中国“长征三号乙”运载火箭从西昌卫星发射中心将法国制造的“中星十二号”通信卫星成功送入东经静止卫星轨道，则卫星在该轨道稳定运行中，下面的说法中正确的是（       ） A．该卫星可能位于北京的正上方 B．该卫星线速度小于第一宇宙速度 C．该卫星距离地面的高度可以变化 D．该卫星的公转方向与地球的自转方向相反 10．如图所示，a为地球赤道上的物体，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球同步卫星。关于a、b、c做匀速圆周运动的说法中正确的是（　　） A．a、b、c三物体，都仅由万有引力提供向心力 B．周期关系为Ta＝Tc＞Tb C．线速度的大小关系为va＜vb＜vc D．向心加速度的大小关系为ab＞ac＞aa 11．“卫星巡田”让农业生产焕发新活力。卫星绕两极在距地面h高度的圆轨道上运行，监测的农田南北长为l，地球的半径为R，地球表面重力加速度为g，忽略地球自转。求： (1)该卫星的运行速度大小v； (2)该卫星通过农田正上方的时间t。 【学习总结】 ( 第 1 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$