7.4 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

7.4 宇宙航行（第1课时） ——宇宙速度 【学习目标】 1、会推导第一宇宙速度（重点、难点） 2、理解第一宇宙速度含义 3、知道发射飞行器的发射速度，了解第二宇宙速度和第三宇宙速度 任务一：计算 理论上、至少 需要给物体多大的速度，才能把它变成一颗地球卫星？ 建立理想化模型 （1）理想情况，我们把卫星发射到哪个轨道绕地球转最容易？ （2）现实的地球给你上述设想带来哪些困难？ （3）科学家实际发射时是怎么应对这些困难的？ 实际发射时用什么工具发射？ 是给卫星瞬间加速还是持续推进加速？ （4）高中阶段我们对发射过程怎样理想化？ 理论推导 【推导】 已知：地球质量为M地=5.98×1024 kg，地球半径R地=6400 km，地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，近地卫星轨道半径r≈R地，G=6.67×10-11N·m2/kg2。计算给卫星的最小发射速度。 北极俯瞰 一.第一宇宙速度 1.第一宇宙速度：将物体发射到 轨道绕地球的 做匀速圆周运动的最 发射速度叫做第一宇宙速度。 2.第一宇宙速度的意义：发射卫星的最 发射速度。 3.第一宇宙速度的数值：v= km/s= m/s; 4.近地卫星参数：轨道半径r≈R地= 6400km； 环绕速度v=发射速度= km/s ； 环绕周期T= （写公式）≈ 分钟 。 任务二：请分析，如果在地面的发射速度大于7.9km/s，卫星会怎样运动？ 总结：发射速度对卫星轨道的影响 （1）当v0＜7.9km/s时，物体 。 （2）当v0=7.9km/s时， 恰好F引 m ，卫星绕地心做半径为R地的匀速圆周运动。 实例： 。 （3）当7.9km/s＜v0＜ 11.2km/s时， 卫星绕地心做 运动； 实例： 。 （4）当11.2km/s＜v0＜ 16.7km/s时， 卫星脱离 束缚，在太阳系中运动； 实例： 。 （5）当v0＞16.7km/s时，卫星脱离 的束缚，在宇宙中运动。 实例： 。 二. 第二、第三宇宙速度 1.第二宇宙速度：大小为 。 （6月份再推导此数值） 意义：是使物体脱离 束缚的最小发射速度。 2.第三宇宙速度：大小为 。 意义：是使物体脱离 束缚的最小发射速度。 例1. （《导学案》P155随堂巩固第1题）(对三种宇宙速度的理解)（多选）） 我国航天事业的快速发展,充分体现了民族智慧、经济实力、综合国力,也大大促进了我国生产力的发展。下列关于我国航天器的发射速度、绕行速度的说法正确的是( 　) A.火星探测器“天问一号”的发射速度大于第三宇宙速度 B.探月工程中“嫦娥五号”的发射速度大于第二宇宙速度 C.探月工程中“嫦娥五号”的发射速度小于第二宇宙速度 D.中国空间站中“天和核心舱”的发射速度大于第一宇宙速度 例2 .（《导学案》P153例2）我国成功发射了火星探测器“天问一号”，假设在降落到火星之前“天问一号” 环绕火星做匀速圆周运动，距离火星表面的飞行高度为h，环绕周期为T。已知引力常量为G,火星的半径为R，“天问一号”的质量为m,求: （1）“天问一号”在此轨道的环绕速度的大小v； （2）火星的质量M; （3）火星表面的重力加速度g; （4）火星的第一宇宙速度v1的大小。 7.4 宇宙航行（第2课时） ——人造卫星的发射与变轨 【学习目标】 1. 会推导圆形轨道运动参数与半径r关系 2．会用离心与近心运动的条件分析卫星的变轨 3. 了解同步卫星的特点 任务一：现阶段有很多卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径r不同。请分析，卫星在不同轨道运动的v、ω、T、a向等是否相同？ 【推导】卫星在不同轨道绕地球做匀速圆周运动，若已知G、M地 ，地球表面的重力加速度g，推导卫星运动的v、ω、T、a向与轨道半径r的关系。 结论：（1） v、ω、T、a向与 一一对应。 （2）r增大时，v 、 ω 、a向 、T 、即 （顺口溜）。 （3） 卫星最小的发射速度是 ;卫星最大的环绕速度是是 。 例1.一卫星围绕地球作半径为r的匀速圆周运动，周期为T，要想使其周期变为2T，可行的办法是（ ）。 A．根据T=，只使半径r变为原来的2倍即可； B．根据T= T=，只使速度v大小变为原来即可； C．半径变为 r 即可； D．以上方法均可以 例2. 已知地球同步卫星绕地心做匀速圆周运动，其周期与地球自转周期相同，均为T=24h=86400s，地球半径 R地=6.4×106m，地球质量M地≈6.0×1024 kg， G = 6.67×10─11 N•m2/kg2，请计算地球同步卫星的轨道半径r的大小。 任务二：静止同步卫星在离地面高度h≈6 R地的轨道做匀速圆周运动，同步卫星是怎样发射上去的？请设计一个发射方案，画图说明。 同步卫星发射步骤 （1） 二. 地球同步卫星 1.同步卫星：只要周期 T= ，离地面高度h≈ R地 ≈36000km的都叫做地球同步卫星； 2.静止轨道同步卫星：轨道面必须与 面重合，相对地球绝对静止。 (1)定方向:与地球自转方向相同,即自 向 运动; (2)定周期:与地球自转周期相同,即T=      h; (3)定位置:位于　     的正上方,即轨道在     平面内; (4)定高度: 离地面高度为 h=r-R地 = 6R地 =3.6×107m。   3.卫星的轨道平面:所有卫星轨道平面必须经过 。 例3.（多选）如图所示的四种虚线轨迹，可能是人造地球卫星轨道的是(　　) 例4. （导学案P154例4）(多选)[2024·福建福州一中期中] 卫星的“星下点”是指卫星的瞬时位置和地球中心的连线与地球表面的交点,可用地理经、纬度来表示,对于位于“星下点”处的地面观察者来说,卫星就在头顶,如图所示,将“星下点”的轨迹画在地图上便是星下点轨迹图。已知某颗卫星的“星下点”轨迹图是一个点。地球自转的周期为T,地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,卫星的运动可视为匀速圆周运动,则(　) A.该卫星的角速度ω= B.该卫星的线速度v= C.该卫星的轨道半径r= D.该卫星可能位于北京的正上方 例5.（练习册P44第1题）1.[2024·北京四中月考] 如图所示,在发射静止卫星的过程中,卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ,然后在Q点通过改变卫星速度,让卫星进入地球同步轨道Ⅱ,下列说法正确的是 (　) A.该卫星的发射速度必定大于 11.2 km/s B.该卫星的同步轨道Ⅱ可以在北京正上方 C.该卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上的Q点处速度相等 D.该卫星在轨道Ⅰ和轨道Ⅱ上的Q点处加速度相等 学科网（北京）股份有限公司 $$