高中物理人教版 (新课标)必修25.宇宙航行学案

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班级______小组名_________ 组内编号_____ 姓名____________ 学号__________
【学习目标】
1、了解人造卫星有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系．
2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．
【自主学习】
1、牛顿对人造卫星原理的描绘：
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星．
2、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km．
分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径．由万有引力提供向心力：
⑵意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度．
在地面附近，物体的万有引力等于重力，此力天空卫星做圆周运动的向心力，能否从这一角度来推导第一宇宙速度呢？
mg= mv2/r v= ≈7.9km/s
提出问题：我们能否发射一颗周期为70min的人造地球卫星呢？（提示：算一算近地卫星其周期是多少？近地卫星由于半径最小，其运行周期最大．）
（2）第二宇宙速度
大小 ．意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度．
（3）第三宇宙速度．
大小： 意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度．
3、人造卫星的发射速度与运行速度
（1）发射速度：发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度．
（2）运行速度：运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度．当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度．
3．同步卫星：所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高h处，并且h是一定的．同步卫星也叫通讯卫星．
（T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量、半径）．
代入数值得h=．
［范例精析］
例1：无人飞船“神舟二号”曾在离地面高度H=3.4×105m的圆轨道上运行了47h，求这段时间里它绕地球多少周？（地球半径R=6.37×106m，重力加速度g=9.8m/s2）
例2：已知地球半径R=6.4×106m，地球质量M=6.0×1024kg，地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，第一宇宙速度v1=7.9×103m/s．若发射一颗地球同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和速度应为多大？
［能力训练］
1．航天飞机绕地球做匀速圆周运动时，机上的物体处于失重状态，是指这个物体（ ）
A.不受地球的吸引力
B.受到地球吸引力和向心力平衡
C.受到地球的引力提供了物体做圆周运动的向心力
D.对支持它的物体的压力为零
2．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绕地球飞行的最小发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
3．地球半径为R，地面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球同步卫星离地面的高度为h，则地球同步卫星的线速度大小为（ ）
4．当人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，其绕行速度（ ）
A.一定等于7.9千米/秒 B.一定小于7.9千米/秒
C.一定大于7.9千米/秒 D.介于7.9～11.2千米/秒
5．关于地球同步卫星，下列说法中正确的是（ ）
A．它的速度小于7.9km/s
B．它的速度大于7.9km/s
C．它的周期是24h,且轨道平面与赤道平面重合
D．每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
6．已知近地卫星的速度为7.9km/s，月球质量是地球质量的1/81，地球半径是月球半径的3.8倍．则在月球上发射“近月卫星”的环绕速度是多少？
7．1970年4月25日18点，新华社授权向全世界宣布：1970年4月24日，中国成功地发射了第一颗人造卫星，卫星向全世界播送“东方红”乐曲．已知卫星绕地球一圈所用时间T=114分钟，地球半径R=6400km，地球质量M=6×1024kg．试估算这颗卫星的离地平均高度．
【学习总结】