6.5宇宙航行 导学案
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课题：6.5宇宙航行和6.6经典力学的局限性
导学案
【学习目标】
（1）了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
（2）通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。
【学习重点】对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域；
【学习难点】
1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2、掌握有关人造卫星的计算问题及计算过程中的一些“代换”。
【自主预习】（要求课前完成）
1、（C级）牛顿对人造卫星原理是怎样描绘的？
2、（C级）人造卫星绕地球运行的动力学原因：人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由
提供。则有：G＝__________＝________＝________，由此可得v＝______，ω＝________，T＝________.
3、地球可看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径（约为6400Km），当汽车对“该桥面”的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大？
4、（C级）（1）第一宇宙速度
①大小：__________；②意义：第一宇宙速度是人造卫星在
绕地球做匀速圆周运动的速度，是将卫星发射出去使其绕地球做圆周运动所需要的________发射速度，也是绕地球做匀速圆周运动的__________速度。
（注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆。）
（2）第二宇宙速度
①大小：__________；②意义：使卫星挣脱__________的束缚，成为绕_________运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
（注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。）
第三宇宙速度
①大小：
；②意义：使卫星挣脱
束缚而飞到____________外所需要的的最小发射速度，也称为逃逸速度。
5、1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星成功在
（国）发射成功。
1961年4月12日，
（国）首次载人（空军少校加加林）飞船“东方一号”发射成功。1969年7月16日，美国，人类第一次探
（天体）飞船发射成功。2003年10月15日，
（国）第一次载人飞船发射成功，将
送入太空。
【探究学习】1、有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。
2、思考与讨论：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星并说明原因？（可先求公转周期最短的人造地球卫星的周期，再比较即可得出结论）
3、假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，且仍做圆周运动，则下列说法正确的是( )
①根据公式v＝ωr可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍；
②根据公式F＝可知卫星所需的向心力将减小到原来的； ③根据公式F＝，可知地球提供的向心力将减小到原来的； ④根据上述②和③给出的公式，可知卫星运行的线速度将减小到原来的
①③
B．②③
C．②④
D．③④
（A级）已知地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，在地球上发射近地卫星的环绕速度为7．9
km／s，周期为84
min．那么在月球上发射—颗近月卫星的环绕速度多大 它的周期多大
【检练反馈】
知识点一 人造地球卫星的运行规律
1、人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R，线速度为v，周期为T，若使该卫星的周期变为2T，可行的办法是( )
A．R不变，线速度变为
B．v不变，使轨道半径变为2R
C．轨道半径变为R
D．v不变，使轨道半径变为
2、在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，则卫星运动的线速度为__________；卫星运动的周期为___________．
知识点二
地球同步卫星
3．关于地球同步卫星，下列说法正确的是( )
A．它的周期与地球自转周期相同
B．它的周期、高度、速度大小都是一定的
C．我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空
D．我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空
4．据报道，我国的数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道．关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是( )
A．运行速度大于7.9
km/s
B．离地面高度一定，相对地面静止
C．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
D．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
知识点三
卫星变轨问题的分析方法
5．发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，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，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( )
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
6．宇宙飞船在轨道上运行，由于地面指挥人员发现某一火箭残体的轨道与飞船轨道有一交点，通知宇航员某一时间飞船有可能与火箭残体相遇．宇航员随即开动飞船上的发动机使飞船加速，脱离原轨道，关于飞船的运动，下列说法正确的是( )
A．飞船高度降低
B．飞船高度升高
C．飞船周期变小
D．飞船的向心加速度变大
7、2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图所示．关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有( )
A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
B．在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能
C．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
附：第6节 经典力学的局限性
1．经典力学的基础是________________，牛顿运动定律和万有引力定律在________、________、__________的广阔领域，包括______________的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就．
2．狭义相对论阐述物体在以________________运动时所遵从的规律．
3．在经典力学中，物体的质量是________的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而__________，即m＝________________，两者在________________的条件下是统一的．
4．经典力学认为位移和时间的测量与参考系________，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系________，在不同的参考系中________．
5．19世纪末20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有__________，同时还具有__________.20世纪20年代，______________建立，它能够很好地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用．
6．经典力学的适用范围：只适用于__________运动，不适用于________运动；只适用于________世界，不适用于________世界．
7．1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论．在强引力的情况下，牛顿引力理论__________．当物体的运动速度远小于光速c(3×108
m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结论____________；当另一个重要常数即“普朗克常量”(6.63×10－34
J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论____________．
导学案
【学习目标】
（1）了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
（2）通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。
【学习重点】对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域；
【学习难点】
1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2、掌握有关人造卫星的计算问题及计算过程中的一些“代换”。
【自主预习】（要求课前完成）
1、（C级）牛顿对人造卫星原理是怎样描绘的？
2、（C级）人造卫星绕地球运行的动力学原因：人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由
提供。则有：G＝__________＝________＝________，由此可得v＝______，ω＝________，T＝________.
3、地球可看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径（约为6400Km），当汽车对“该桥面”的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大？
4、（C级）（1）第一宇宙速度
①大小：__________；②意义：第一宇宙速度是人造卫星在
绕地球做匀速圆周运动的速度，是将卫星发射出去使其绕地球做圆周运动所需要的________发射速度，也是绕地球做匀速圆周运动的__________速度。
（注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆。）
（2）第二宇宙速度
①大小：__________；②意义：使卫星挣脱__________的束缚，成为绕_________运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
（注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。）
第三宇宙速度
①大小：
；②意义：使卫星挣脱
束缚而飞到____________外所需要的的最小发射速度，也称为逃逸速度。
5、1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星成功在
（国）发射成功。
1961年4月12日，
（国）首次载人（空军少校加加林）飞船“东方一号”发射成功。1969年7月16日，美国，人类第一次探
（天体）飞船发射成功。2003年10月15日，
（国）第一次载人飞船发射成功，将
送入太空。
【探究学习】1、有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。
2、思考与讨论：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星并说明原因？（可先求公转周期最短的人造地球卫星的周期，再比较即可得出结论）
3、假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，且仍做圆周运动，则下列说法正确的是( )
①根据公式v＝ωr可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍；
②根据公式F＝可知卫星所需的向心力将减小到原来的； ③根据公式F＝，可知地球提供的向心力将减小到原来的； ④根据上述②和③给出的公式，可知卫星运行的线速度将减小到原来的
①③
B．②③
C．②④
D．③④
（A级）已知地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，在地球上发射近地卫星的环绕速度为7．9
km／s，周期为84
min．那么在月球上发射—颗近月卫星的环绕速度多大 它的周期多大
【检练反馈】
知识点一 人造地球卫星的运行规律
1、人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R，线速度为v，周期为T，若使该卫星的周期变为2T，可行的办法是( )
A．R不变，线速度变为
B．v不变，使轨道半径变为2R
C．轨道半径变为R
D．v不变，使轨道半径变为
2、在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，则卫星运动的线速度为__________；卫星运动的周期为___________．
知识点二
地球同步卫星
3．关于地球同步卫星，下列说法正确的是( )
A．它的周期与地球自转周期相同
B．它的周期、高度、速度大小都是一定的
C．我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空
D．我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空
4．据报道，我国的数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道．关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是( )
A．运行速度大于7.9
km/s
B．离地面高度一定，相对地面静止
C．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大
D．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等
知识点三
卫星变轨问题的分析方法
5．发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，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，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( )
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
6．宇宙飞船在轨道上运行，由于地面指挥人员发现某一火箭残体的轨道与飞船轨道有一交点，通知宇航员某一时间飞船有可能与火箭残体相遇．宇航员随即开动飞船上的发动机使飞船加速，脱离原轨道，关于飞船的运动，下列说法正确的是( )
A．飞船高度降低
B．飞船高度升高
C．飞船周期变小
D．飞船的向心加速度变大
7、2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图所示．关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有( )
A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
B．在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能
C．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
附：第6节 经典力学的局限性
1．经典力学的基础是________________，牛顿运动定律和万有引力定律在________、________、__________的广阔领域，包括______________的研究中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就．
2．狭义相对论阐述物体在以________________运动时所遵从的规律．
3．在经典力学中，物体的质量是________的，而狭义相对论指出，质量要随着物体运动速度的增大而__________，即m＝________________，两者在________________的条件下是统一的．
4．经典力学认为位移和时间的测量与参考系________，相对论认为，同一过程的位移和时间的测量与参考系________，在不同的参考系中________．
5．19世纪末20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们不仅具有__________，同时还具有__________.20世纪20年代，______________建立，它能够很好地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用．
6．经典力学的适用范围：只适用于__________运动，不适用于________运动；只适用于________世界，不适用于________世界．
7．1915年，爱因斯坦创立了广义相对论，这是一种新的时空与引力的理论．在强引力的情况下，牛顿引力理论__________．当物体的运动速度远小于光速c(3×108
m/s)时，相对论物理学与经典物理学的结论____________；当另一个重要常数即“普朗克常量”(6.63×10－34
J·s)可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论____________．