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7.4宇宙航行
班级 小组 姓名
【学习目标】
1.会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。
2.理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
3.了解我国在航天方面的成就，知道近地卫星、同步卫星的特点。
【重点难点】第一宇宙速度的推导，卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
一、基础部分（课内组内对学、群学5分钟——展示、点评2分钟）
1.第一宇宙速度(环绕速度)：v＝7.9km/s，是人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近环绕 做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度，该速度又是环绕地球做匀速圆周运动的卫星中的最大环绕速度。
2.第二宇宙速度(脱离速度)：v＝11.2km/s，在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度。
3.第三宇宙速度(逃逸速度)：v＝16.7km/s，在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度。
4.人造地球卫星：绕地球做匀速圆周运动，其轨道圆心一定是球心，即地球对卫星的引力提供向心力。
v＝，ω＝，T＝,an＝。
5.同步卫星（通信卫星）的六个“一定”：
①周期一定 (运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h)；
②轨道平面一定(所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内)；
③高度一定 (离地面高度为36000 km)；
④速率一定 (运行速率为3.1×103 m/s)；
⑤转动方向一定(运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东)；
⑥向心加速度大小一定(由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此向心加速度大小也不变)。
6.载人航天与太空探索：
①1961年苏联航天员加加林进入东方一号载人飞船，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
②1969年，美国阿波罗11号飞船发射升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。
③2003年10月15日9时，我国神州五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空，截至2017年底，我国已经将11名航天员送入太空，包括两名女航天员。
④2013年6月，神舟十号分别完成与天宫一号空间实验室的手动和自动交会对接；2016年10月19日，神舟十一号完成与天宫二号空间实验室的自动交会对接.2017年4月20日，我国发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间实验室进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接及多项实验。
二、要点部分（程序：组内对学、群学8分钟—老师分配任务，小组探究3分钟—展示、点评12分钟）
【课堂探究】
【导入】牛顿曾设想：从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体就不会落回地面，将成为环绕地球运动的人造地球卫星，速度多大才行了？
7.9km/s
（一）宇宙速度。
1.请推导第一宇宙速度？了解第二、第三宇宙速度。（设地球质量为M=5.89×1024 kg，被抛出去的物体的质量为m，物体绕地球运行的轨道半径为r，卫星的环绕度为v，地球的半径为R=6400km，Ｇ=6.67×10-11N m2/kg2，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，用两种方法推导。）
v＝=7.9km/s
=7.9km/s
2.把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？
越大；近地卫星运行速度大。 v＝
3.为什么说第一宇宙速度是最小的发射速度，是最大的环绕速度？
第一宇宙速度发射的卫星刚好贴着地球表面旋转，要发射更高的卫星发射速度要更大；v＝
【例题1】已知火星的半径为R，火星的质量为M火，引力常量为G，求火星的第一宇宙速度。
v＝
【例题2】嫦娥四号发射后进入离近月点约100公里的环月轨道．关于“嫦娥四号”月球探测器的发射速度，下列说法正确的是（ B ）
A．小于第一宇宙速度 B．介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
C．介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间 D．大于第三宇宙速度
（二）人造卫星。
1.人造卫星的运行轨道是怎么样的了？
赤道轨道、极地轨道、一般轨道
2.请推导出人造卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期公式？轨道半径增大，向心加速度、线速度、角速度、周期如何变化了？
an＝，v＝，ω＝，T＝, R越大， an，v，ω越小；T越大。
3.什么是地球同步卫星？地球同步卫星有哪些特点？
同步卫星（通信卫星）与地球自转同步，同步卫星（通信卫星）六个“一定”。
【例题3】如图所示的四种虚线轨迹，不可能是人造地球卫星轨道的是（ B ）
A． B． C． D．
【例题4】如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动、a是地球同步卫星，则（ A ）
A.卫星a的角速度大于c的角速度
B．卫星a的加速度大于b的加速度
C．卫星a的运行速度大于第一宇宙速度
D．卫星b的周期等于24h
三、拓展部分（程序：课内独立完成拓展部分5分钟——小组交流4分钟——展示、点评、总结6分钟）
1.★设地球的第一宇宙速度为，某行星质量是地球质量的4倍，半径是地球半径的2倍，求该行星的第一宇宙速度。
v＝
2.★“玉兔号”月球车与月球表面的第一次接触实现了中国人“奔月”的伟大梦想。“玉兔号”月球车在月球表面做了一个实验，自高h处将物体以速度水平抛出，测出小球的水平射程为L，已知月球半径为R，自转周期为T，引力常量为G。求：
（1）月球表面重力加速度的大小。 L=v0 t
（2）月球的第一宇宙速度的大小。
（3）月球同步卫星离月球面高度。(R+H) -R
【学后反思】
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7.4宇宙航行
班级 小组 姓名
【学习目标】
1.会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。
2.理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
3.了解我国在航天方面的成就，知道近地卫星、同步卫星的特点。
【重点难点】第一宇宙速度的推导，卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
一、基础部分（课内组内对学、群学5分钟——展示、点评2分钟）
1.第一宇宙速度(环绕速度)：v＝ ，是人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近环绕 做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造地球卫星的最小 ，该速度又是环绕地球做匀速圆周运动的卫星中的最大 。
2.第二宇宙速度(脱离速度)：v＝ ，在地面上发射物体，使之能够脱离 的引力作用，成为绕 运行的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度。
3.第三宇宙速度(逃逸速度)：v＝ ，在地面上发射物体，使之最后能脱离 的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的 。
4.人造地球卫星：绕地球做 ，其轨道圆心一定是 ，即地球对卫星的引力提供向心力。
v＝ ，ω＝ ，T＝ ,an＝ 。
5.同步卫星（通信卫星）的六个“一定”：
① (运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h)；
② (所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内)；
③ (离地面高度为36000 km)；
④ (运行速率为3.1×103 m/s)；
⑤ (运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东)；
⑥ (由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此向心加速度大小也不变)。
6.载人航天与太空探索：
① 年苏联航天员 进入东方一号载人飞船，铸就了人类首次进入太空的丰碑。
②1969年，美国 飞船发射升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。
③ 年10月15日9时，我国 宇宙飞船把中国第一位航天员 送入太空，截至2017年底，我国已经将11名航天员送入太空，包括两名女航天员。
④ 年6月，神舟十号分别完成与 空间实验室的手动和自动交会对接；2016年10月19日，神舟十一号完成与天宫二号空间实验室的自动交会对接.2017年4月20日，我国发射了货运飞船 ，入轨后与天宫二号空间实验室进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接及多项实验。
二、要点部分（程序：组内对学、群学8分钟—老师分配任务，小组探究3分钟—展示、点评12分钟）
【课堂探究】
【导入】牛顿曾设想：从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体就不会落回地面，将成为环绕地球运动的人造地球卫星，速度多大才行了？
（一）宇宙速度。
1.请推导第一宇宙速度？了解第二、第三宇宙速度。（设地球质量为M=5.89×1024 kg，被抛出去的物体的质量为m，物体绕地球运行的轨道半径为r，卫星的环绕度为v，地球的半径为R=6400km，Ｇ=6.67×10-11N m2/kg2，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，用两种方法推导。）
2.把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？
3.为什么说第一宇宙速度是最小的发射速度，是最大的环绕速度？
【例题1】已知火星的半径为R，火星的质量为M火，引力常量为G，求火星的第一宇宙速度。
【例题2】嫦娥四号发射后进入离近月点约100公里的环月轨道．关于“嫦娥四号”月球探测器的发射速度，下列说法正确的是（ ）
A．小于第一宇宙速度 B．介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
C．介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间 D．大于第三宇宙速度
（二）人造卫星。
1.人造卫星的运行轨道是怎么样的了？
2.请推导出人造卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期公式？轨道半径增大，向心加速度、线速度、角速度、周期如何变化了？
3.什么是地球同步卫星？地球同步卫星有哪些特点？
【例题3】如图所示的四种虚线轨迹，不可能是人造地球卫星轨道的是（ ）
A． B． C． D．
【例题4】如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动、a是地球同步卫星，则（ ）
A.卫星a的角速度大于c的角速度
B．卫星a的加速度大于b的加速度
C．卫星a的运行速度大于第一宇宙速度
D．卫星b的周期等于24h
三、拓展部分（程序：课内独立完成拓展部分5分钟——小组交流4分钟——展示、点评、总结6分钟）
1.★设地球的第一宇宙速度为，某行星质量是地球质量的4倍，半径是地球半径的2倍，求该行星的第一宇宙速度。
2.★“玉兔号”月球车与月球表面的第一次接触实现了中国人“奔月”的伟大梦想。“玉兔号”月球车在月球表面做了一个实验，自高h处将物体以速度水平抛出，测出小球的水平射程为L，已知月球半径为R，自转周期为T，引力常量为G。求：
（1）月球表面重力加速度的大小。
（2）月球的第一宇宙速度的大小。
（3）月球同步卫星离月球面高度。
【学后反思】
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