6.5 宇宙航行 学案全集（人教必修2）
文档属性
| 名称 | 6.5 宇宙航行 学案全集（人教必修2） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 34.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2012-03-19 14:39:45 | ||
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文档简介
6．5 宇宙航行
新课导航
一、宇宙速度
1．人造卫星的动力学特点
（1）绕地球近似做匀速圆周运动。
（2）地球对卫星的万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力。
2．卫星的绕行线速度v、角速度ω、周期T与半径r的关系
（1）由G，得v= ，得r越大， 。
（2）由G=mω2r，得ω= ，得r越大， 。
（3）由G，得T= ，得r越大， 。
3．第一宇宙速度
绕地球作匀速圆周运动的卫星，由G，得v=，得r越大，v越小。当卫星贴地面运动时，r最小值为地球半径R地，此时在轨道上的线速度
v=== m/s=7.9×103 m/s
这一速度称为第一宇宙速度，也称环绕速度，即卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。它是绕地球做匀速圆周运动的 （填“最小”或“最大”）速度。由于发射人造地球卫星时，发射运行轨道越高的卫星，到达轨道之前需要克服重力的影响越大，在地面上具有的发射速度就越大，因此第一宇宙速度也是发射人造地球卫星的最小发射速度。
4．第二宇宙速度
大小： 。意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
5．第三宇宙速度。
大小： 。意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
二、地球同步卫星
1．地球同步卫星的运转周期与地球的自转周期相同，且T=24 h。
2．要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道在同一平面内，即同步卫星一定在赤道正上方。
3．由于同步卫星的周期已确定，则同步卫星的轨道半径、线速度大小、角速度及向心加速度大小都是确定的。
精讲精练
知识点1 对宇宙速度的理解
[例1] 若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，这行星的第一宇宙速度约为 （ ）
A．16 km/s B．32 km/s C．4 km/s D．2 km/s
知识点2 有关同步卫星的问题
[例2] 已知一颗近地卫星的周期为5 100 s，今要发射一颗地球同步卫星，它距地面高度为地球半径的多少倍？
教材补充
卫星——人类的“千里眼”、“顺风耳”
人造卫星是人类的“千里眼”、“顺风耳”。
卫星上的照相机和雷达等遥感设备，可以帮助人们看得更远、更深入。气象卫星、地球资源卫星、环境卫星和照相侦察卫星等，都具有“千里眼”的功能。
卫星上的接收器和转发器可以帮助人们接收和转发信息，发挥“顺风耳”的作用。通讯卫星把相距遥远的两地联系起来，使边远地区进入信息网，尤其是静止通信卫星，为人类通信带来了极大的方便。静止通信卫星绕地球运行一周和地球自转一周的时间相等，在地球上观察，赤道上方与地球同步运行的通信卫星总是静止不动的。一颗静止通信卫星大约能供地球上1／3的区域通信，因此发射三颗等距分布在地球同步轨道上的静止通信卫星就几乎可以实现全球通信。我国在发射卫星方面的技术处于世界领先地位。
除此之外，导航卫星、救援卫星、跟踪与数据中继卫星和无线电侦察卫星等，也都具有“千里眼”的功能。
学海泛舟
1．关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，以下判断正确的是( )
A．同一轨道上，质量大的卫星线速度大
B．同一轨道上，质量大的卫星向心加速度大
C．离地面越近的卫星线速度越大
D．离地面越远，卫星线速度越大
2．关于第一宇宙速度，下面说法正确的是 （ ）
A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度
C．它是能使卫星进入圆形轨道的最小发射速度
D．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
3．人造地球卫星的轨道半径越大，则 （ ）
A．速度越小，周期越小
B．速度越小，加速度越小
C．加速度越小，周期越大
D．角速度越小，加速度越大
4．人造卫星由于受到大气阻力，其轨道半径逐渐减小，其相应的线速度和周期的变化情况是 （ ）
A．速度减小，周期增大
B．速度减小，周期减小
C．速度增大，周期增大
D．速度增大，周期减小
5．航天飞机中的物体处于失重状态，是指这个物体 （ ）
A．不受地球的吸引力
B．地球吸引力和向心力平衡
C．对支持它的物体的压力为零
D．受地球的吸引力减小了
6．国际通迅“同步卫星”位于赤道上空，相对地面静止，若地球的质量为6×1024kg，赤道半径为6 400 km，求：
（1）同步卫星高度是多少千米？
（2）同步卫星绕地球运行速度是多少？
1．同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下列说法正确的是 ( )
A．它可以在地面的任一点的正上方，且离地心的距离可以按需要选择不同数值
B．它可以在地面的任一点的正上方，但离地心的距离是一定值
C．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数值
D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定值
2．自1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造卫星以来，人类的活动范围逐步扩展，现在已成功地把人造天体送到火星上漫步，我国也已实现载人航天飞行，并着手实施登月计划，下列有关人造天体的说法正确的是 （ ）
A．卫星的轨道越高，则其运转速度越大，周期越大
B．做匀速圆周运动的载人空间站中，宇航员受力的作用，但所受合外力为零
C．做匀速圆周运动的载人空间站中，宇航员不能使用弹簧称称量物体的重力
D．若地球没有自转，地球将没有同步卫星
3．可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道 （ ）
A．与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆
B．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆
C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的
D．与地球表面上的赤道线是共面圆心圆，但卫星相对地球表面是运动的
4．一颗人造卫星在地面上以速度v发射后，可绕地球运动，若使发射速度变为2v，则该卫星可能 （ ）
A．绕地球做匀速圆周运动，周期变大
B．绕地球运动，轨道变为椭圆
C．不绕地球运动，成为绕太阳运动的人造卫星
D．挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙
5．已知火星的半径是地球半径的一半，火星质量是地球质量的，若在地球上质量是50 kg的人到火星上去.求：
（1）在火星上此人所受的重力多大？
（2）此人在地球上可跳1.5 m高，他在火星上可跳多高？（g取10 m/s2）
6．5 宇宙航行
精讲精练
[例1] [思路分析] 此类题要结合第一宇宙速度的计算公式进行对比分析来计算.
由G=m得v=.
因为行星的质量M′是地球质量M的6倍，半径R′是地球半径R的1.5倍.即M′=6M，R′=1.5R得：
=2
即：v′=2v=2×8 km/s=16 km/s
答案：A.
思维总结：计算第一宇宙速度有两种方法：
（1）由G=得：v=
（2）由mg=m得：v=
[例2] [思路分析] 近地卫星和同步卫星绕地球做匀速圆周运动所需向心力都是由万有引力提供，所以可以用两种卫星的对称性来求解。
对于近地卫星，根据万有引力提供向心力，有：
G=m（）2R ①
对于同步卫星有：G=m′（）2（R+h） ②
联立①②得：
即-1
又T1=5 100 s，T2=24×3 600 s，所以=5.6
答案： 5.6倍
课内训练
1．C
2．BC
3．BC
4．D
5．C
6．（1）根据G =m(R+h)
得：h= －R
代入数据得：h=3.6×104 km.
（2）由公式v= 得：v=，
代入数据得v=3.1×103 m/s.
答案：（1）3.6×104 km （2）3.1×103 m/s
课外探究
1．D
2．CD
3．BCD
4．CD
5．（1）由G=mg 得：g=.
在地球上：g=
在火星上：g′===g= m/s2
所以人在火星上所受的重力为：
G=mg′=50× N=222.2 N.
（2）在地球上，人跳起的高度可表示为：h=.
在火星上，人跳起的高度为h′=
联立得：h′=3.375 m.
答案：（1）222.2 N （2）3.375 m
课 内 训 练
课 外 探 究
新课导航
一、宇宙速度
1．人造卫星的动力学特点
（1）绕地球近似做匀速圆周运动。
（2）地球对卫星的万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力。
2．卫星的绕行线速度v、角速度ω、周期T与半径r的关系
（1）由G，得v= ，得r越大， 。
（2）由G=mω2r，得ω= ，得r越大， 。
（3）由G，得T= ，得r越大， 。
3．第一宇宙速度
绕地球作匀速圆周运动的卫星，由G，得v=，得r越大，v越小。当卫星贴地面运动时，r最小值为地球半径R地，此时在轨道上的线速度
v=== m/s=7.9×103 m/s
这一速度称为第一宇宙速度，也称环绕速度，即卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。它是绕地球做匀速圆周运动的 （填“最小”或“最大”）速度。由于发射人造地球卫星时，发射运行轨道越高的卫星，到达轨道之前需要克服重力的影响越大，在地面上具有的发射速度就越大，因此第一宇宙速度也是发射人造地球卫星的最小发射速度。
4．第二宇宙速度
大小： 。意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
5．第三宇宙速度。
大小： 。意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
二、地球同步卫星
1．地球同步卫星的运转周期与地球的自转周期相同，且T=24 h。
2．要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道在同一平面内，即同步卫星一定在赤道正上方。
3．由于同步卫星的周期已确定，则同步卫星的轨道半径、线速度大小、角速度及向心加速度大小都是确定的。
精讲精练
知识点1 对宇宙速度的理解
[例1] 若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，这行星的第一宇宙速度约为 （ ）
A．16 km/s B．32 km/s C．4 km/s D．2 km/s
知识点2 有关同步卫星的问题
[例2] 已知一颗近地卫星的周期为5 100 s，今要发射一颗地球同步卫星，它距地面高度为地球半径的多少倍？
教材补充
卫星——人类的“千里眼”、“顺风耳”
人造卫星是人类的“千里眼”、“顺风耳”。
卫星上的照相机和雷达等遥感设备，可以帮助人们看得更远、更深入。气象卫星、地球资源卫星、环境卫星和照相侦察卫星等，都具有“千里眼”的功能。
卫星上的接收器和转发器可以帮助人们接收和转发信息，发挥“顺风耳”的作用。通讯卫星把相距遥远的两地联系起来，使边远地区进入信息网，尤其是静止通信卫星，为人类通信带来了极大的方便。静止通信卫星绕地球运行一周和地球自转一周的时间相等，在地球上观察，赤道上方与地球同步运行的通信卫星总是静止不动的。一颗静止通信卫星大约能供地球上1／3的区域通信，因此发射三颗等距分布在地球同步轨道上的静止通信卫星就几乎可以实现全球通信。我国在发射卫星方面的技术处于世界领先地位。
除此之外，导航卫星、救援卫星、跟踪与数据中继卫星和无线电侦察卫星等，也都具有“千里眼”的功能。
学海泛舟
1．关于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，以下判断正确的是( )
A．同一轨道上，质量大的卫星线速度大
B．同一轨道上，质量大的卫星向心加速度大
C．离地面越近的卫星线速度越大
D．离地面越远，卫星线速度越大
2．关于第一宇宙速度，下面说法正确的是 （ ）
A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度
C．它是能使卫星进入圆形轨道的最小发射速度
D．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
3．人造地球卫星的轨道半径越大，则 （ ）
A．速度越小，周期越小
B．速度越小，加速度越小
C．加速度越小，周期越大
D．角速度越小，加速度越大
4．人造卫星由于受到大气阻力，其轨道半径逐渐减小，其相应的线速度和周期的变化情况是 （ ）
A．速度减小，周期增大
B．速度减小，周期减小
C．速度增大，周期增大
D．速度增大，周期减小
5．航天飞机中的物体处于失重状态，是指这个物体 （ ）
A．不受地球的吸引力
B．地球吸引力和向心力平衡
C．对支持它的物体的压力为零
D．受地球的吸引力减小了
6．国际通迅“同步卫星”位于赤道上空，相对地面静止，若地球的质量为6×1024kg，赤道半径为6 400 km，求：
（1）同步卫星高度是多少千米？
（2）同步卫星绕地球运行速度是多少？
1．同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下列说法正确的是 ( )
A．它可以在地面的任一点的正上方，且离地心的距离可以按需要选择不同数值
B．它可以在地面的任一点的正上方，但离地心的距离是一定值
C．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数值
D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定值
2．自1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造卫星以来，人类的活动范围逐步扩展，现在已成功地把人造天体送到火星上漫步，我国也已实现载人航天飞行，并着手实施登月计划，下列有关人造天体的说法正确的是 （ ）
A．卫星的轨道越高，则其运转速度越大，周期越大
B．做匀速圆周运动的载人空间站中，宇航员受力的作用，但所受合外力为零
C．做匀速圆周运动的载人空间站中，宇航员不能使用弹簧称称量物体的重力
D．若地球没有自转，地球将没有同步卫星
3．可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道 （ ）
A．与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面同心圆
B．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆
C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的
D．与地球表面上的赤道线是共面圆心圆，但卫星相对地球表面是运动的
4．一颗人造卫星在地面上以速度v发射后，可绕地球运动，若使发射速度变为2v，则该卫星可能 （ ）
A．绕地球做匀速圆周运动，周期变大
B．绕地球运动，轨道变为椭圆
C．不绕地球运动，成为绕太阳运动的人造卫星
D．挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙
5．已知火星的半径是地球半径的一半，火星质量是地球质量的，若在地球上质量是50 kg的人到火星上去.求：
（1）在火星上此人所受的重力多大？
（2）此人在地球上可跳1.5 m高，他在火星上可跳多高？（g取10 m/s2）
6．5 宇宙航行
精讲精练
[例1] [思路分析] 此类题要结合第一宇宙速度的计算公式进行对比分析来计算.
由G=m得v=.
因为行星的质量M′是地球质量M的6倍，半径R′是地球半径R的1.5倍.即M′=6M，R′=1.5R得：
=2
即：v′=2v=2×8 km/s=16 km/s
答案：A.
思维总结：计算第一宇宙速度有两种方法：
（1）由G=得：v=
（2）由mg=m得：v=
[例2] [思路分析] 近地卫星和同步卫星绕地球做匀速圆周运动所需向心力都是由万有引力提供，所以可以用两种卫星的对称性来求解。
对于近地卫星，根据万有引力提供向心力，有：
G=m（）2R ①
对于同步卫星有：G=m′（）2（R+h） ②
联立①②得：
即-1
又T1=5 100 s，T2=24×3 600 s，所以=5.6
答案： 5.6倍
课内训练
1．C
2．BC
3．BC
4．D
5．C
6．（1）根据G =m(R+h)
得：h= －R
代入数据得：h=3.6×104 km.
（2）由公式v= 得：v=，
代入数据得v=3.1×103 m/s.
答案：（1）3.6×104 km （2）3.1×103 m/s
课外探究
1．D
2．CD
3．BCD
4．CD
5．（1）由G=mg 得：g=.
在地球上：g=
在火星上：g′===g= m/s2
所以人在火星上所受的重力为：
G=mg′=50× N=222.2 N.
（2）在地球上，人跳起的高度可表示为：h=.
在火星上，人跳起的高度为h′=
联立得：h′=3.375 m.
答案：（1）222.2 N （2）3.375 m
课 内 训 练
课 外 探 究