人教版 (新课标)必修25.宇宙航行学案设计

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课标要求
知道人造卫星运动的规律，会解决涉及人造卫星运动的较简单的问题
知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度
重、难点
理解第一宇宙速度
掌握牛顿第二定律与万有引力定律在圆周运动中的综合运用
巩固基础
1. 关于三种宇宙速度的说法正确的是（ ）
A. 第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度，大小为7.9 km/s
B. 第二宇宙速度是11.2km/s，是卫星脱离地球的束缚,而成为月球的卫星的最小发射速度
C. 第三宇宙速度是16.7km/s是卫星飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小速度
D. 7.9km/s是人造地球卫星的最小发射速度
2.下列关于人造卫星的说法正确的是（ ）
A. 人造卫星的线速度与其质量有关
B. 人造卫星的线速度与其轨道半径的平方根成反比
C. 轨道半径相同的人造卫星不会相撞
D.人造卫星的运行轨道一定与赤道面共面
3.两颗人造地球卫星的质量比为1：2，到地心的距离比为1：3，则它们的（ ）A．周期比为3：1 B．线速度比为1：3
C．向心加速度比为1：9 D．向心力之比为9：2
4. 人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，关于其各物理量间的关系，下面说法正确的是（ ）
A、半径越大，速度越小，周期越小
B、半径越大，速度越小，周期越大
C、所有卫星的线速度均是相同的，与半径无关
D、所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关
5.人造卫星在太空运行中，天线突然折断，天线将（ ）
A. 继续和卫星一起沿原轨道运行
B. 做平抛运动，落向地球
C. 由于惯性，沿轨道切线方向作匀速直线运动，远离地球
D. 作自由落体运动，落向地球
6.一颗质量为m的卫星绕质量为M的行星做匀速圆周运动，则卫星的周期（ ）
A. 与卫星的质量无关 B. 与卫星轨道半径的3/2次方成正比
C. 与卫星的运动速度成正比 D. 与行星质量M的平方根成正比
7.在推导第一宇宙速度的公式时，下列必要的假设和理论依据有（ ）
Ａ．卫星做半径等于地球半径的匀速圆周运动
Ｂ．卫星所受的重力提供其所需的向心力
Ｃ．卫星所受的万有引力仅有一部分作为其所需的向心力
Ｄ．卫星的运转周期必须等于地球的自转周期
8.地球同步通讯卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，以下说法正确的是( )
A、它可以在地面上任一点的正上方，离地心的距离可以按需要选择不同值
B、它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的
C、它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的
D、它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可以按需要选择不同值
提升能力
9.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，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上的角速度大于在轨道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点的加速度
10.我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”。设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的1/80，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度为7.9 km /s，则该探月卫星绕月运行的速率约为 km/s(保留两位有效数字).
11.神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨，由原来的椭圆轨道变为距地面高度h=343 km的圆形轨道.已知地球半径R=6.37×103km，地面处的重力加速度g=10 m/s2.试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式(用h、R、g表示)，然后计算周期T的数值(结果保留两位有效数字).
感悟经典
人造地球卫星运行问题的几个原则
人造地球卫星的运行问题的分析和求解，需综合运用万有引力定律、牛顿第二定律等力学规律及方法，分析与求解人造地球卫星运行类问题遵从以下几个原则。
1．轨道球心同面原则
轨道球心同面原则，是说人造地球卫星的运行轨道平面必通过地球球心。各种人造地球卫星的运行轨道，不论是圆还是椭圆，其轨道平面一定通过地球球心，不存在轨道平面不通过地球球心的运行轨道。但轨道平面不一定都与赤道平面重合，目前常见的有与赤道平面重合的赤道轨道，若轨道上运行的卫星的周期与地球自转周期相同，卫星相对地面静止，这种卫星主要用于通讯；有轨道平面与赤道平面垂直且经过两极的极地轨道，卫星在绕地球圆周运行的同时还沿地球自转方向从西向东转动，其周期等于地球公转周期，所以这种轨道也称太阳同步轨道；还有轨道平面既不与赤道平面重合也不垂直的轨道的倾斜轨道。
2．轨道决定一切原则
设地球质量为M、半径为R，一质量为m的人造地球卫星在距地面h高度的轨道上做圆周运动，向心加速度为a、线速度为v、周期为T。
由牛顿第二定律和万有引力定律有：
由上式得：
、、。
由此结果可以看出，卫星运行的有关的参数仅仅取决于卫星的轨道半径。
3．近地卫星三最原则
所谓近地卫星，是指在距地面的高度远小于地球半径轨道上运行的卫星，此时R>>h，
h≈0。在“2”中得出的几个结果中，令h=0得人造地球卫星的几个极值是：
向心加速度最大：（g为地面的重力加速度）
环绕速度最大：
运行周期最小：
4．同步通讯卫星五定原则
同步通讯卫星的轨道平面与地球的赤道平面重合，卫星相对于地面静止，其周期与地球自转周期相等，即T=24h，将T值代入“2”中各结论表达式可得：
，，再加上、在赤道平面内、与地球自转方向同向共有五个确定原则。
第五节 宇宙航行
答案： 1.CD 2.B 3. D 4.B 5.A 6.AB 7.AB 8.C 9.D 10. 1.8
11. 对飞船,万有引力作为圆周运动的向心力 （1）
在地面附近有一质量为的物体
（2）
由已知条件 （3）
求出
=5.4×103 s