資源簡介

7.4宇宙航行
學習目標
1.會推導第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度
2.了解我國在航天方面的成就，知道近地衛星、同步衛星的特點
3.能分析衛星變軌問題
學習重點 三個宇宙速度的含義，衛星運行問題分析
【考點指導】
本節知識在考試說明中為I級要求,是高考考查的重點內容之一，在歷年的高考試題中幾乎年年都考。考題多聯系當今航天科學技術實際,考查角度靈活多樣,題型以選擇題為主,試題難度適中,要求考生注重理解能力及物理建模能力的培養。
【素養目標】
1.通過對地球衛星圓周運動的分析推導得出衛星線速度、角速度等物理量的表達式并加以理解
2.采用比較法，理解地球表面物體近地衛星、同步衛星做圓周運動的區別與聯系
【自主學習】
結合牛頓設想思考：地球上的物體，怎樣才能離開地球進行宇宙航行呢？
【合作學習·難點探究】
任務一、推導第一宇宙速度，知道第二、第三宇宙速度
1、思考：以多大的速度拋出物體，它才會繞地球表面運動，不會落下來？
若已知Ｇ=6.67×10-11N m2/kg2 , 地球質量M=5.89×1024kg, 地球半徑R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2，，請用兩種方法推導出這個速度
總結：
思考：把衛星發射到更高的軌道上需要的發射速度越大還是越小？高軌道衛星與近地衛星相比哪個運行速度大？為什么？
總結：
（1）第一宇宙速度（ V1=7.9km/s ）是最小的發射速度，最大的環繞速度
（2）第二宇宙速度
在地面附近發射飛行器，使之能夠克服地球的引力，永遠離開地球所需的最小發射速度，其大小為11.2 km/s.當發射速度7.9 km/s（3）第三宇宙速度
在地面附近發射飛行器，使之能夠掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外的最小發射速度，其大小為16.7 km/s.
【例1】下列關于三種宇宙速度的說法正確的是(　　)
A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，則人造衛星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于v1，小于v2
B．美國發射的“鳳凰號”火星探測衛星，其發射速度大于第三宇宙速度
C．第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力的束縛，成為繞太陽運行的人造小行星的最小發射速度
D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛星環繞地球做圓周運動的最大運行速度
E.被發射的物體質量越大，第一宇宙速度越大
【針對訓練1】中國計劃在2020年發射火星探測器，并在10年后實現火星的采樣返回。已知火星的質量約為地球的，火星的半徑約為地球的。關于火星探測器和火星的說法正確是(　　)
A．發射速度只要大于第一宇宙速度即可
B．發射速度只有達到第三宇宙速度才可以
C．發射速度應大于或等于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度
D．火星的第一宇宙速度約為地球第一宇宙速度的2倍
任務二、明確人造地球衛星運行規律
指導：
1、人造地球衛星運行軌道：圓心為地心，運動半徑越大，線速度、角速度、向心加速度越小，周期越大
2、同步衛星
什么是地球同步衛星？地球同步衛星有哪些特點？
①周期_____地球自轉周期；T=24h;
②角速度_____地球自轉角速度；
提示：寧陽縣上空是否有同步衛星？為什么？
各個國家發射的同步衛星距離地面高度是否相同？為什么？
同步衛星是否會發生碰撞？為什么？
總結：同步衛星的特點：
【例2】如圖所示，有三種軌道，則下列有關說法正確的是（ ）
A．衛星可能的軌道為a、b、c
B．衛星可能的軌道為a、c
C．同步衛星可能的軌道為a、c
D．同步衛星可能的軌道為a
【例3】下列關于同步衛星的說法正確的是(　　)
A．一定位于赤道正上空
B．為了避免相撞，應該與其他國家的同步衛星在不同的軌道上運行，可以經過北京上空
C．發射速度大于地球第一宇宙速度，運行速度小于7.9 km/s
D．衛星運行的向心加速度小于地球表面的重力加速度
任務三、能對同步衛星、近地衛星、赤道上物體進行比較
指導：
— 近地衛星 同步衛星 赤道上隨地球自轉的物體
向心力 萬有引力 萬有引力 萬有引力減去重力
軌道半徑 r2＞r3＝r1
角速度 由＝mω2r，得ω＝ ，故ω1＞ω2 同步衛星的角速度與地球自轉的角速度相同，故ω2＝ω3
ω1＞ω2＝ω3
【例4】同步衛星與地心的距離為r，運行速率為v1，向心加速度為a1，地球赤道上的物體隨地球自轉的向心加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R，則下列關系式正確的是(　　)
A.＝ B.＝()2 C.＝ D.＝
【達標訓練·限時檢測】
1、如圖設行星繞太陽的運動是勻速圓周運動，金星的半徑是火星的n倍，質量為火星的k倍，不考慮行星自轉的影響，則( ) (　　)
A．金星表面的重力加速度是火星的倍
B．金星的“第一宇宙速度”是火星的倍
C．金星繞太陽運動的加速度比火星小
D．金星繞太陽運動的周期比火星大
2．近年來，自然災害給人類帶來巨大損失。科學家們對其中地震、海嘯的研究結果表明，地球的自轉將因此緩慢變快。下列說法正確的是( )
A．天宮一號飛行器的高度要略調高一點
B．地球赤道上物體的重力會略變大
C．地球同步衛星的高度要略調低一點
D．地球的第一宇宙速度將略變小
3．如圖所示，地球同步衛星相對地面靜止不動，猶如懸在高空中，下列說法正確的是(　　)
A．同步衛星處于平衡狀態
B．同步衛星的速率是唯一的
C．不同衛星的軌道半徑都相同，且一定在赤道的正上方，它們以第一宇宙速度運行
D．它們可在我國北京上空運行，故用于我國的電視廣播
4、a、b、c、d四顆地球衛星，a還未發射，在地球赤道上隨地球表面一起轉動，向心加速度為a1，b處于地面附近近地軌道上，速度為v1，c是地球同步衛星，離地心距離為r，速度為v2，向心加速度為a2，d是高空探測衛星，各衛星排列位置如圖所示，地球的半徑為R，則有(　　)
A．a的向心加速度等于重力加速度g
B．d的運動周期有可能是20 h
C.＝
D.＝

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