人教版 (新课标)必修25.宇宙航行导学案及答案

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【学习目标】1.了解人造卫星的有关知识.2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.3.通过实例，了解人类对太空的探索历程.【学习重点】第一宇宙速度的推导过程和方法。【学习难点】人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。【学习过程】【导入新课】投影导入新课【自主学习】一、人造地球卫星课件展示：人造卫星阅读教材“宇宙速度”部分，思考下列问题：1.抛出的石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？2.卫星、月球没有落下来必须具备什么条件？【合作探究】观看课件，思考并展示下列问题：1.平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如何变化？2.速度达到一定值后，物体能否落回地面？3.若不能，此速度必须满足什么条件？4.若此速度再增大，又会出现什么现象？5、角速度和周期与轨道半径的关系呢？【知识梳理】1.人造卫星：物体绕地球做圆周运动时，此物体成为地球的卫星.2.卫星轨道：可以是圆轨道，也可以是椭圆轨道.卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心.卫星的轨道平面可以在赤道平面内（如同步卫星），也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度.卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律.3.卫星的运行： 卫星在轨道上运行时，卫星的轨道可视为圆形，这样卫星受到的万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力. 设卫星的轨道半径为r，线速度大小为v，角速度为ω，周期为T，向心加速度为a. 根据万有引力定律与牛顿第二定律得=ma==mrω2=所以，卫星运行速度、角速度、周期和半径的关系分别为：v=,ω=,T=.例1、在圆轨道上质量为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，则（ ）A.卫星运行的速度为 B.卫星运行的周期为C.卫星的加速度为 D.卫星的动能为二、宇宙速度带着问题去阅读课文，思考问题，交流讨论，解决问题.问题：1.什么是第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度？2.第一宇宙速度是如何推导出来的？3.将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？4.所需的发射速度，哪一个更大？为什么？5.发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？知识拓展：1.根据三个宇宙速度的定义，三个宇宙速度又分别叫环绕速度、脱离速度、逃逸速度.2.v1=7.9 km/s是最小的发射速度，但却是最大的环绕速度.①7.9 km/smg，这就是超重现象.这种情况与升降机中的超重相同. 当卫星进入轨道以后，围绕地球做匀速圆周运动，这时卫星中的人和其他物体均以本身所受的重力作为向心力，即mg=， 显然，它们不再给支持物以压力或拉力，卫星上的物体完全失重，在卫星中处于漂浮状态.因此，在卫星上的仪器，凡是使用原理与重力有关的均不能使用.六、变轨问题思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其在高轨道上运行，应采取什么措施？例3、发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，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点时的加速度七、对接问题:宇宙飞船与空间站的对接思考：能否把宇宙飞船先发射到空间站的同一轨道上，再通过加速去追上空间站实现对接呢？例4在太空中有两飞行器a、b，它们在绕地球的同一圆形轨道上同向运行，a在前b在后，它都配有能沿运动方向向前或向后喷气的发动机，现要想b 尽快追上a并完成对接，b应采取的措施是（ ）A、沿运动方向喷气 B、先沿运动方向喷气，后运动沿反方向喷气C、沿运动反方向喷气 D、先沿运动反方向喷气，后沿运动方向喷气八、“双星”问题双星运动的特点： 1.两颗恒星均围绕共同的旋转中心做匀速圆周运动。2.两恒星之间万有引力分别提供了两恒星的向心力，即两颗恒星受到的向心力大小相等。3.两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星角速度相同，周期相同。4、质量 m 越大，旋转半径越小，离旋转中心越近。【巩固拓展训练】1、关于宇宙速度，下列说法正确的是：（ ）A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B.第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C.第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D.第三宇宙速度时发射人造地球卫星的最小速度2．关于第一宇宙速度，下列说法中错误的是( 　　 )A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最大速度 B．它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运动速度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动时近地点的速度 3．人造地球卫星绕地球做圆周运动的线速度可以是( ) A．11.2km/s B．7.9km/s C．6km/s D．16.7km/s4、同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星（ ） A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值 B.它可以在地面上任一点的正下方，但离地心的距离是一定的 C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值 D.它只能在赤道的正上方，切离地心的距离是一定的5、人造地球卫星的质量为m，环绕地球的线速度为v，角速度为ω，轨道半径为R，地球的质量为M．当人造地球卫星的轨道半径为2R时，下列说法中正确的是 ( )A．根据，卫星的线速度减小为v／2 B．根据，卫星的线速度增大为 C．根据，卫星的角速度减小到ω／2D．根据，卫星的向心力减小到原来的1／46.2004年10月19日，中国第一颗业务型同步气象卫星——“风云二号C”发射升空，并进入预定轨道.下列关于这颗卫星在轨道上运行的描述，正确的是（ ）A、速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间 B、周期小于地球自转周期C、加速度小于地面重力加速度 D、处于平衡状态7.我们设想，如果地球是个理想的球体，沿地球的南北方向修一条平直的闭合高速公路，一辆性能很好的汽车在这条高速公路上可以一直加速下去，并且忽略空气阻力，那么这辆汽车的最终速度（ ）A、无法预测 B、与飞机速度相当C、小于“神舟五号”宇宙飞船的速度 D、可以达到7.9 km/s8、根据观察，在土星外层有一个环带，该环带有星云等物质构成，为了判断环带是土星的连续物还是小卫星群。可测出环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离R之间的关系，从而加以确定。对此下列判断正确的是：（ ） A、若v与R成正比，则环带是连续物 B、若v与R成正比，则环带是小卫星群 C、若v与R成反比，则环带是连续物 D、若v与R成反比，则环带是小卫星群设同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则( ) A． B． C． D．10.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 km—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1.2×1017kg/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/s11、有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。