6.5宇宙航行（习题课）
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高一物理【6.5宇宙航行】（习题课）导学案
班级 第 组 姓名
【学习目标】
（1）了解同步卫星的有关知识，进一步理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
（2）通过介绍人类在卫星发射、宇宙航行方面的情况，激发学生的探索宇宙的热情。
（3）激情投入，展示自我，享受合作学习的快乐。
【自主学习 知识回顾】
1．人造地球卫星运行规律
(1)人造卫星的运行速率： v＝ 。要注意卫星绕地球运行的线速度与将卫星送入预定轨道运行时所必须具有的发射速度不是一回事．由于发射过程中要克服重力和空气阻力做功，卫星的动能会越来越小，所以卫星要借助多级火箭来获得必要的速度．发射速度越大，卫星离地面 ，实际绕地球运行的线速度反而 ．
(2)人造卫星的运行周期： T＝ 。说明轨道半径越大，卫星做圆周运动的周期就 ；当r＝R时，T＝ ，这是卫星绕地球做圆周运动时所需的最短时间，约为 min。
(3)人造卫星的运行角速度：ω＝ 。
2．人造地球卫星的轨道和种类
(1)卫星的轨道
卫星绕地球运动的轨道可以是 轨道，也可以是 轨道．
卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循 ．
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 ，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的 ．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．
(2)卫星的种类
卫星的种类主要是按卫星有什么样的功能来进行命名的．主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类．
【合作探究 突破难点】
『问题探究一』有一个轨道与地球赤道平面共面的卫星，它绕地球做圆周运动的周期是２４小时。
1.在右侧画出这颗卫星的运行轨道示意图。
2.这颗卫星相对地面上的物体是运动的还是静止的？
3.求这颗卫星距地面的高度？
（已知：地球质量M=5.98×1024kg, 地球半径R=6.40×106m）
结论：同步卫星有以下几个特点：
（1）在 平面内；（2）周期 （T=24h）；（3）高度 。
『问题探究二』一组人乘航天飞机，去修理位于离地球表面6.0×105 m的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H。机组人员使航天飞机S进入与H相同的轨道并关闭推动火箭，而望远镜则在穿梭机前方数公里处，如图所示(已知：地球半径为6.4×106 m)．
1.在航天飞机内，一质量为70 kg的人的视重是多少？
2.计算轨道上的重力加速度的值．
3.计算航天飞机在轨道上的速率和周期．
4.航天飞机需首先进入半径较小的轨道，才有较大的角速度以超前望远镜．用上题的结果判断航天飞机要进入较低轨道时应增加还是减少其原有速率，解释你的答案．
拓展：请有兴趣的同学们课后去思考讨论有关卫星或宇宙飞船变轨的问题。
【学习反馈】
1.一颗人造地球卫星以初速度v发射后，可绕地球做匀速圆周运动，若使发射速度增为2v ，则该卫星可能
A．绕地球做匀速圆周运动
B．绕地球运动，轨道变为椭圆
C．不绕地球运动，成为太阳系的人造行星
D．挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙去了
2．下列关于地球同步通信卫星的说法中，正确的是( )
A．为避免同步通信卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上
B．同步通信卫星定点在地球上空某处，各个同步通信卫星的角速度相同，但线速度可以不同
C．不同国家发射同步通信卫星的地点不同，这些卫星轨道不一定在同一平面内
D．同步通信卫星只能运行在赤道上空某一恒定高度上
3．一宇宙飞船绕地心做半径为r的匀速圆周运动，飞船舱内有一质量为m的人站在可称体重的台秤上．用R表示地球的半径，g表示地球表面处的重力加速度，g′表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度，FN表示人对台秤的压力，这些说法中，正确的是( )
A．g′＝0 B．g′＝g C．FN＝0 D．FN＝mg
4．我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的，“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为T1＝12 h；“风云二号”是同步卫星，其轨道平面就是赤道平面，周期为T2＝24 h；两颗卫星相比( )
A．“风云一号”离地面较高
B．“风云一号”每个时刻可观察到的地球表面范围较大
C．“风云一号”线速度较大
D．若某时刻“风云一号”和“风云二号”正好同时在赤道上某个小岛的上空，那么再过12小时，它们又将同时到达该小岛的上空
班级 第 组 姓名
【学习目标】
（1）了解同步卫星的有关知识，进一步理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
（2）通过介绍人类在卫星发射、宇宙航行方面的情况，激发学生的探索宇宙的热情。
（3）激情投入，展示自我，享受合作学习的快乐。
【自主学习 知识回顾】
1．人造地球卫星运行规律
(1)人造卫星的运行速率： v＝ 。要注意卫星绕地球运行的线速度与将卫星送入预定轨道运行时所必须具有的发射速度不是一回事．由于发射过程中要克服重力和空气阻力做功，卫星的动能会越来越小，所以卫星要借助多级火箭来获得必要的速度．发射速度越大，卫星离地面 ，实际绕地球运行的线速度反而 ．
(2)人造卫星的运行周期： T＝ 。说明轨道半径越大，卫星做圆周运动的周期就 ；当r＝R时，T＝ ，这是卫星绕地球做圆周运动时所需的最短时间，约为 min。
(3)人造卫星的运行角速度：ω＝ 。
2．人造地球卫星的轨道和种类
(1)卫星的轨道
卫星绕地球运动的轨道可以是 轨道，也可以是 轨道．
卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循 ．
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 ，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的 ．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．
(2)卫星的种类
卫星的种类主要是按卫星有什么样的功能来进行命名的．主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类．
【合作探究 突破难点】
『问题探究一』有一个轨道与地球赤道平面共面的卫星，它绕地球做圆周运动的周期是２４小时。
1.在右侧画出这颗卫星的运行轨道示意图。
2.这颗卫星相对地面上的物体是运动的还是静止的？
3.求这颗卫星距地面的高度？
（已知：地球质量M=5.98×1024kg, 地球半径R=6.40×106m）
结论：同步卫星有以下几个特点：
（1）在 平面内；（2）周期 （T=24h）；（3）高度 。
『问题探究二』一组人乘航天飞机，去修理位于离地球表面6.0×105 m的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H。机组人员使航天飞机S进入与H相同的轨道并关闭推动火箭，而望远镜则在穿梭机前方数公里处，如图所示(已知：地球半径为6.4×106 m)．
1.在航天飞机内，一质量为70 kg的人的视重是多少？
2.计算轨道上的重力加速度的值．
3.计算航天飞机在轨道上的速率和周期．
4.航天飞机需首先进入半径较小的轨道，才有较大的角速度以超前望远镜．用上题的结果判断航天飞机要进入较低轨道时应增加还是减少其原有速率，解释你的答案．
拓展：请有兴趣的同学们课后去思考讨论有关卫星或宇宙飞船变轨的问题。
【学习反馈】
1.一颗人造地球卫星以初速度v发射后，可绕地球做匀速圆周运动，若使发射速度增为2v ，则该卫星可能
A．绕地球做匀速圆周运动
B．绕地球运动，轨道变为椭圆
C．不绕地球运动，成为太阳系的人造行星
D．挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙去了
2．下列关于地球同步通信卫星的说法中，正确的是( )
A．为避免同步通信卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上
B．同步通信卫星定点在地球上空某处，各个同步通信卫星的角速度相同，但线速度可以不同
C．不同国家发射同步通信卫星的地点不同，这些卫星轨道不一定在同一平面内
D．同步通信卫星只能运行在赤道上空某一恒定高度上
3．一宇宙飞船绕地心做半径为r的匀速圆周运动，飞船舱内有一质量为m的人站在可称体重的台秤上．用R表示地球的半径，g表示地球表面处的重力加速度，g′表示宇宙飞船所在处的地球引力加速度，FN表示人对台秤的压力，这些说法中，正确的是( )
A．g′＝0 B．g′＝g C．FN＝0 D．FN＝mg
4．我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的，“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为T1＝12 h；“风云二号”是同步卫星，其轨道平面就是赤道平面，周期为T2＝24 h；两颗卫星相比( )
A．“风云一号”离地面较高
B．“风云一号”每个时刻可观察到的地球表面范围较大
C．“风云一号”线速度较大
D．若某时刻“风云一号”和“风云二号”正好同时在赤道上某个小岛的上空，那么再过12小时，它们又将同时到达该小岛的上空