人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行精品学案

这是一份人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行精品学案，共6页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，新知探究，学习小结，精练反馈等内容，欢迎下载使用。

【学习目标】


1．通过阅读课本资料了解牛顿对人造卫星的猜想、外推的思路和思想，能写出第一宇宙速度的推导过程。


2．通过第一宇宙速度的推导总结，能说出人造地球卫星的原理及运行规律。


3．通过阅读教材第三部分，能够介绍世界和我国航天事业的发展历史，感知人类探索宇宙的梦想，激发爱国热情，增强民族自信心和自豪感。


【学习重点】


第一宇宙速度的推导。


【学习难点】


第一宇宙速度的推导；环绕速度与发射速度的区分。


【新知探究】


一、自主学习


1．第一宇宙速度是指卫星在____________绕地球做匀速圆周运动的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的____________速度。第一宇宙速度也是将卫星发射出去使其绕地球做圆周运动所需要的________发射速度，其大小为________。


2．第二宇宙速度是指将卫星发射出去使其克服____________，永远离开地球，即挣脱地


球的________束缚所需要的最小发射速度，其大小为________。


3．第三宇宙速度是指使发射出去的卫星挣脱太阳________的束缚，飞到____________外所需要的最小发射速度，其大小为________。


4．人造地球卫星绕地球做圆周运动，其所受地球对它的______提供它做圆周运动的向心力，则有：＝__________＝________＝________，由此可得v＝______，ω＝________，T＝________。


5．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其环绕速度可以是下列的哪些数据（ ）


A．一定等于7.9 km/s


B．等于或小于7.9 km/s


C．一定大于7.9 km/s


D．介于7.9 km/s～11.2 km/s


6．关于第一宇宙速度，以下叙述正确的是（ ）


A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度


B．它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度


C．它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度


D．它是人造卫星发射时的最大速度


7．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，且仍做圆周运动，则下列说法正确的是（ ）


①根据公式v＝ωr可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍


②根据公式F＝可知卫星所需的向心力将减小到原来的eq \f(1,2)


③根据公式F＝，可知地球提供的向心力将减小到原来的eq \f(1,4)


④根据上述②和③给出的公式，可知卫星运行的线速度将减小到原来的eq \f(\r(2),2)


A．①③ B．②③ C．②④ D．③④


二、合作学习


知识点一 第一宇宙速度


1．下列表述正确的是（ ）


A．第一宇宙速度又叫环绕速度


B．第一宇宙速度又叫脱离速度


C．第一宇宙速度跟地球的质量无关


D．第一宇宙速度跟地球的半径无关


2．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星。中子星的半径较小，一般在7～20 km，但它的密度大得惊人。若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017 kg/m³，那么该中子星上的第一宇宙速度约为（ ）


A．7.9 km/s B．16.7 km/s


C．2.9×104 km/s D．5.8×104 km/s


知识点二 人造地球卫星的运行规律


3．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R，线速度为v，周期为T，若使该卫星的周期变为2T，可行的办法是（ ）


A．R不变，线速度变为eq \f(v,2)


B．v不变，使轨道半径变为2R


C．轨道半径变为eq \r(3,4)R


D．v不变，使轨道半径变为eq \f(R,2)


4．在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，求：


（1）卫星运动的线速度；


（2）卫星运动的周期。


知识点三 地球同步卫星


5．关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ）


A．它的周期与地球自转周期相同


B．它的周期、高度、速度大小都是一定的


C．我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空


D．我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空


6．据报道，我国的数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是（ ）


A．运行速度大于7.9 km/s


B．离地面高度一定，相对地面静止


C．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大


D．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等


7．发射地球同步卫星时，





图1


先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图1所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ）


A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率


B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度


C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度


D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度


8．宇宙飞船在轨道上运行，由于地面指挥人员发现某一火箭残体的轨道与飞船轨道有一交点，通知宇航员某一时间飞船有可能与火箭残体相遇。宇航员随即开动飞船上的发动机使飞船加速，脱离原轨道，关于飞船的运动，下列说法正确的是（ ）


A．飞船高度降低


B．飞船高度升高


C．飞船周期变小


D．飞船的向心加速度变大


【学习小结】


1．三个宇宙速度


第一宇宙速度v1=7.9km/s；第二宇宙速度v2=11.2km/s；第三宇宙速度v3=16.7km/s。


2．第一宇宙速度是最小的发射速度，最大的运行速度。


3．人造地球卫星


相对于地面静止，公转周期和地球自转周期相同的卫星。


4．an、v、ω、T，分别与其轨道半径r的关系。


【精练反馈】


1．假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么地球的第一宇宙速度的大小应为原来的（ ）


A．2B．22C．12D．2


解析因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度，此时卫星的轨道半径近似的认为等于地球的半径，且地球对卫星的万有引力提供向心力。由Gm地mR2=mv2R得v=Gm地R，因此，当m地不变，R增大为2R时，v减小为原来的22，选项B正确。


答案B


2．由于通信和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步卫星，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


解析地球同步卫星轨道必须在赤道平面内，离地面高度相同的同一轨道上，角速度、线速度、周期一定，与卫星的质量无关。选项A正确，B、C、D错误。


答案A


3．（多选）关于人造地球卫星，下列说法正确的是（ ）


A．运行的轨道半径越大，线速度也越大


B．其发射速度可以达到16.7 km/s


C．卫星绕地球做匀速圆周运动的速度不能大于7.9 km/s


D．卫星在降落过程中向下减速时处于超重状态


解析由v=Gm地r知，卫星的轨道半径越大，线速度越小，选项A错误；人造地球卫星的发射速度在7.9 km/s到11.2 km/s之间，选项B错误；卫星绕地球做匀速圆周运动的速度小于或等于7.9 km/s，选项C正确；卫星向下减速时的加速度方向向上，处于超重状态，选项D正确。


答案CD


4．若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为（ ）


A．16 km/sB．32 km/s


C．4 km/sD．2 km/s


解析第一宇宙速度是行星表面卫星的环绕速度，对于卫星，其轨道半径近似等于星球半径，所受万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，根据万有引力定律和牛顿第二定律得Gm地mR2=mv2R，解得v=Gm地R。因为该行星的质量m星是地球质量m地的6倍，半径R'是地球半径R的1.5倍，则v'v=Gm星R'Gm地R=m星Rm地R'=2，故v'=2v=2×8 km/s=16 km/s，A正确。


答案A


5．（多选）地球半径为R0，地面重力加速度为g，若卫星在距地面R0处做匀速圆周运动，则（ ）


A．卫星的线速度为2R0g2B．卫星的角速度为g8R0


C．卫星的加速度为g2D．卫星周期为2π2R0g


解析由Gm地m(2R0)2=man=mv22R0=mω2(2R0)=m4π2T2(2R0)及GM=gR02，可得卫星的向心加速度an=g4，角速度ω=g8R0，线速度v=2R0g2，周期T=2π8R0g，所以A、B正确，C、D错误。


答案AB


6．星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为该星球的第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2与其第一宇宙速度v1的关系是v2=2v1。已知某星球的半径为r，表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的16，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为（ ）


A．grB．16gr


C．13grD．13gr


解析16mg=mv12r得v1=16gr。再根据v2=2v1得v2=13gr，故C选项正确。


答案C


7．已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，某人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀速圆周运动，求：


（1）卫星的线速度。


（2）卫星绕地球做匀速圆周运动的周期。


解析设卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T，根据万有引力定律和牛顿第二定律得


Gm地m(4R)2=mv24R


Gm地m(4R)2=m2πT2·4R


质量为m'的物体在地球表面所受的重力等于万有引力大小，即Gm地m'R2=m'g


联立以上三式解得v=12gR，T=16πRg。


答案（1）12gR （2）16πRg