3.3飞向太空 学案

3.3
飞向太空
学案
课前自主预习
1.
火箭发射的基本原理：火箭是利用自身携带的燃料燃烧后急速喷出的气体产生的
，推动火箭前进，使火箭发射升空的。
2.
火箭发射的工作过程：在现在技术条件下，一级火箭的最终速度还达不到发射人造卫星所需要的速度，发射卫星要用多级火箭，一般用
。火箭起飞时，
火箭的发动机“点火”，推动各级火箭一起前进；当这一级的燃料
后，
火箭开始工作，并自动脱离第一级火箭的外壳；第二级火箭在第一级火箭基础上进一步
，以此类推，最终达到所需要的速度。
3.
同步卫星发射的两种方式
（1）直线发射：由火箭把卫星发射到3600km的赤道上空，然后做900转折飞行，使卫星进入轨道。
（2）变轨发射：先把卫星发射到高度为200—300km的圆形轨道上，这条轨道叫停泊轨道；当卫星穿过赤道平面时，末级火箭点火工作，使卫星进入一条大的椭圆轨道，其远地点恰好在赤道上空3600km处，这条轨道叫转移轨道；当卫星到达远地点时，再开动卫星上的发动机，使之进入同步轨道，也叫静止轨道。
4.人类遨游太空的足迹
发展历程
时间
（
）
12世纪南宋
近代火箭
19世纪俄国
多级火箭
20世纪前苏联
（
）
1957年前苏联
载人宇宙飞船
1961年前苏联
（
）
1969年美国
空间站（空间实验室）
1971年前苏联1973年美国
（
）
1981年美国
5.人类空间探测的足迹
1962年美国发射：“水手2号”探测器
“金星”
1989年美国发射：“伽利略号”探测器
飞行6年
“
”
1997年美国发射：“卡西尼号”探测器
飞行7年
“土星”
（2004.7.1）
2003年美国发射：“勇气号”和“机遇号”
飞行7个月
“
”
（2004.1.4）和（2004.4.24）
我国的航天成就
1956年10月8日，我国第一个火箭导弹研制机构——国防部第五研究院成立.
1958年4月，开始兴建我国第一个运载火箭发射场。
1964年7月19日，我国第一枚内载小白鼠的生物火箭在安徽广德发射成功，我国的空间科学探测迈出了第一步。
1
1968年4月1日，我国航天医学工程研究所成立
1970年4月24日,第一颗人造地球卫星“东方红”1号在酒泉发射成功
1975年11月26日，首颗返回式卫星发射成功，3天后顺利返回
1979年，远望1号航天测量船建成并投入使用
1985年，我国正式宣布将长征系列运载火箭投入国际商业发射市场。
1990年4月7日，长征三号运载火箭成功发射美国研制的“亚洲一号”卫星。
1990年7月16日，长征2号捆绑式火箭首次在西昌发射成功。
1990年10月，载着两只小白鼠和其他生物的卫星升上太空，开始了我国首次携带高等动物的空间轨道飞行试验。
1992年，我国载人飞船正式列入国家计划进行研制，这项工程后来被定名为神舟号飞船载人航天工程。
1999年11月20日、2001年1月10日、2002年3月25日、2002年12月30日，我国先后4次成功发射神舟一号至四号无人飞船，载人飞行已为时不远。
2003年10月15日，我国成功发射第一艘载人飞船神舟五号，将航天员杨利伟送入太空。这次的成功发射标志着中国成为继前苏联（现由俄罗斯承继）和美国之后，第三个有能力独自将人送上太空的国家。
2005年10月12日，我国成功发射第二艘载人飞船神舟六号，宇航员费俊龙和聂海胜。中国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船并首次进行多人多天飞行试验。
2008年9月25日，神舟七号载人飞船顺利升空，航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏。神七实现了出舱，为后面月球登陆，和建立空间站，做准备工作。
2011年9月29日中国第一个目标飞行器“天宫一号”发射成功。它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段。
2011年11月1日神舟八号无人飞船升空，。升空后2天，“神八”与此前发射的“天宫一号”目标飞行器进行了空间交会对接。
2012年6月16日18时37分，神舟九号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。2012年6月18日约11时左右转入自主控制飞行，14时左右与天宫一号实施自动交会对接，这是中国实施的首次载人空间交会对接。
课前自主预习答案:
1.反作用力.2.三级、第一级、燃尽、第二级、加速.4.古代火箭、人造地球卫星、人类登月、航天飞机.5.木星、火星
课堂互动探究
知识点1：飞向太空的桥梁——火箭
新知探究
探索宇宙的奥秘，奔向广阔的太空，是人类自古以来的梦想，人类是借助于
完成飞向太空的壮举的。
答案：火箭
重点归纳
一、火箭
1．人造卫星的发射
(1)要成为地球的人造卫星，发射速度必须达到7.9km/s，要成为太阳的人造卫星，发射速度必须达到11.2km/s.
(2)发射人造卫星需借助速度推进工具——火箭．
2．发射卫星的火箭
(1)原理：利用燃料燃烧向后急速喷出气体产生的反作用力，使火箭向前射出．
(2)组成：主要由壳体和燃料两部分组成，壳体内能运载弹头、人造卫星、空中探测器等物体，燃料部分有氧化剂和燃烧剂．
3．多级火箭的发射过程
(1)在现代技术条件下，一级火箭的最终速度还达不到发射人造卫星所需要的速度，发射卫星要用多级火箭．
(2)多级火箭发射过程
①火箭起飞时，第一级火箭的发动机“点火”，推动各级火箭一起前进．
②当第一级的燃料燃尽后，第二级火箭开始工作，并自动脱掉第一级火箭的外壳．
③第二级火箭在第一级火箭基础上进一步加速，以此类推，最终达到所需要的速度．
知识点2：梦想成真——遨游太空
新知探究
我国首个空间实验室“天宫一号”于2011年9月29日发射升空．按计划与“神舟八号”、“神舟九号”和“神舟十号”进行无人和有人对接，实现我国航天器空间对接技术．“神舟八号”于2011年11月1日凌晨发射，这次发射的主要任务是与“天宫一号”对接……
1．1957年10月4日，苏联发射了第一颗人造地球卫星．
2．2003年10月15日，我国
宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把我国第一位航天员
送入太空，成为继苏联、美国后，第三个依靠自己的力量将宇航员送上太空的国家．
答案：“神舟五号”，
杨利伟
知识点3：探索宇宙奥秘的先锋——空间探测器
新知探究
1．1962年美国发射了
探测器，第一次对金星进行了近距离的考察．
2．1989年美国宇航局发射的
探测器飞行6年到达木星．
3．2003年美国
与
探测器分别发射成功，于2004年登陆火星．
答案：1．水手2号；2．伽利略号；3．勇气号、机遇号
【例1】2011年11月1日我国成功发射“神舟八号”飞船，飞船随火箭一起离开发射塔飞向天空，并与此前发射的“天宫一号”实现交会对接，下列表述中错误的是(　　)
A．飞船在升空过程中受到平衡力的作用
B．火箭推力对飞船做了功
C．飞船的动能和势能不断增加
D．燃料的化学能最终会转化成为火箭的机械能
解析：火箭发射分三个阶段，即加速飞行段、惯性飞行段和最后加速段，故A选项是错误的；根据初中所学的知识，推力做了功，并且在这个过程中速度和高度都增加，所以动能和势能都增大，在这个过程中，机械能来自于燃料的化学能，所以B、C、D选项都正确．
答案：A
触类旁通
1．2010年10月1日巨型运载火箭将“嫦娥二号”卫星平地托起，送入天空．火箭在加速上升过程中，机械能(
A
)
A．增大
B．减小
C．不变
D．不确定
解析：火箭在加速上升过程中，动能和势能都增加，机械能增大
答案：A
方法技巧\易错易混\实验透视
方法技巧
卫星的在轨运行和变轨问题
1．卫星的轨道
(1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面内．同步卫星就是其中的一种．
(2)极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内．如定位卫星系统中的卫星轨道．
(3)其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道．
2．卫星的稳定运行与变轨运行分析
(1)圆轨道上的稳定运行
G＝m＝mrω2＝mr()2
(2)变轨运行分析
①当v增大时，所需向心力m增大，即万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动，脱离原来的圆轨道，轨道半径变大，但卫星一旦进入新的轨道运行，由v＝知其运行速度要减小，但重力势能、机械能均增加．
②当卫星的速度突然减小时，向心力减小，即万有引力大于卫星所需的向心力，因此卫星将做向心运动，同样会脱离原来的圆轨道，轨道半径变小，进入新轨道运行时由v＝
知运行速度将增大，但重力势能、机械能均减少．(卫星的发射和回收就是利用了这一原理)．
【例2】(双选)我国发射的“嫦娥二号”探月卫星简化后的路线示意图如图所示，卫星由地面发射后经过发射轨道进入停泊轨道，然后在停泊轨道经过调速后进入地月转移轨道，经过几次制动后进入工作轨道，卫星开始对月球进行探测．已知地球与月球的质量之比为a，卫星的停泊轨道与工作轨道的半径之比为b，卫星在停泊轨道和工作轨道上均可视为做匀速圆周运动，则卫星
(　　)
A．在停泊轨道和工作轨道运行的速度之比为
B．在停泊轨道和工作轨道运行的周期之比为
C．在停泊轨道运行的速度大于地球的第一宇宙速度
D．从停泊轨道进入地月转移轨道时，卫星必须加速
[解析]　由G＝m，得v＝
，
所以＝
＝
，选项A正确．
由G＝mr得＝
＝
，选项B错误．由v＝
可知，轨道半径越大，运行速度越小，所以选项C错误．要使卫星从停泊轨道进入地月转移轨道，必须使卫星做离心运动，即应增加卫星的动能，选项D正确．
[答案]　AD
触类旁通
2．(双选)发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆形轨道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(
BD
)
A．卫星在轨道3上的运行速率大于在轨道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
解析：由于万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，则有＝＝mω2r，所以v＝、ω＝.由图可得轨道半径r1v3、ω1>ω3，A错B对；Q点是圆周轨道1与椭圆轨道2的相切点，由于万有引力提供向心力，则有＝ma向，所以a向＝.显然，卫星在经过圆周轨道1上的Q点和在经过椭圆轨道2上的Q点时具有的向心加速度均为a向＝，C错；同理可得D对．
随堂练习
一、单项选择题
1．在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船内，下列仪器可以正常使用的有(
D
)
A．天平
B．弹簧测力计
C．杆秤
D．酒精温度计
解析：绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船内处于完全失重状态，故选项D对．
2．人造地球卫星进入轨道做匀速圆周运动，下面的说法中正确的是(
C
)
A．卫星内的物体处于完全失重状态，卫星本身没有失重
B．卫星内的物体不再受重力作用
C．卫星内的物体仍受重力作用
D．卫星内的物体不受重力的作用而只受向心力的作用
解析：人造地球卫星进入轨道运行处于完全失重状态，仍受重力作用，这时，重力全部用于提供向心力，故选项C对．
3．绕地球做匀速圆周运动的人造卫星内有一质量为2
kg的物体挂在弹簧测力计上，这个弹簧测力计的示数(
A
)
A．等于零
B．等于20
N
C．大于20
N
D．小于20
N
解析：人造地球卫星在轨道内只受地球对它的万有引力作用，且用于提供它做圆周运动的向心力，选项A对．
4．通信卫星绕地球赤道运转，其周期与地球周期相同，这种卫星称为同步卫星，由地面看，此卫星像是悬在高空中静止不动，有关同步卫星的叙述正确的是(
D
)
A．它的位置太高，不会受地球引力的作用，所以能悬在高空静止
B．它受到太阳的引力恰好等于地球对它的引力
C．它受到月亮的引力恰好等于地球对它的引力
D．它受到地球的引力恰好等于它绕地球做匀速圆周运动的向心力
解析：同步卫星在轨道内只受地球对它的万有引力作用，且用于提供它做圆周运动的向心力，选项D对．
5．关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星(
D
)
A．卫星的轨道半径越大，其线速度越小，因此发射越容易
B．卫星的轨道半径越大，其线速度越大，因此发射越困难
C．由于第一宇宙速度为7.9
km/s是恒定的，因此，发射任何卫星难易程度是相同的
D．由于最小发射速度是刚好能使物体绕地球表面做匀速圆周运动的速度，因此轨道半径越大，发射越困难
解析：当沿地球自转的切线方向发射人造地球卫星时，速度达到7.9
km/s，刚好能绕地球表面做匀速圆周运动，若轨道半径增大时，根据运动的分解，必须要有竖直方向的分速度，因而发射速度将变大，因此，轨道半径越大发射越困难．
二、双项选择题
6．航天技术的不断发展，为人类探索宇宙创造了条件，1988年发射的“月球勘探者号”空间探测器，运用最新科技手段对月球进行近距离勘探，在月球重力分布、磁场分布及元素测定等方面取得最新成果，探测器在一些环形山中央发现了质量密集区，当飞越这些重力异常区域时(
AC
)
A．探测器受到的月球对它的万有引力将变大
B．探测器运行的轨道半径将变大
C．探测器飞行的速度将变大
D．探测器飞行的速度将变小
解析：由于在质量密集区域，由F＝G，可知月球对它的万有引力变大，此时F>而做近心运动，半径减小，由v＝可知v增大，故选项A、C正确．
图
图