資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
7.4宇宙航行
班級 小組 姓名
【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.理解衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。
3.了解我國在航天方面的成就，知道近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的特點。
【重點難點】第一宇宙速度的推導，衛(wèi)星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。
一、基礎部分（課內(nèi)組內(nèi)對學、群學5分鐘——展示、點評2分鐘）
1.第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：v＝7.9km/s，是人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度，它是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞 做勻速圓周運動所必須具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，該速度又是環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星中的最大環(huán)繞速度。
2.第二宇宙速度(脫離速度)：v＝11.2km/s，在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽運行的人造行星或飛到其他行星上去所必需的最小發(fā)射速度。
3.第三宇宙速度(逃逸速度)：v＝16.7km/s，在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽的引力范圍，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度。
4.人造地球衛(wèi)星：繞地球做勻速圓周運動，其軌道圓心一定是球心，即地球?qū)πl(wèi)星的引力提供向心力。
v＝，ω＝，T＝,an＝。
5.同步衛(wèi)星（通信衛(wèi)星）的六個“一定”：
①周期一定 (運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T＝24 h)；
②軌道平面一定(所有地球同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面內(nèi))；
③高度一定 (離地面高度為36000 km)；
④速率一定 (運行速率為3.1×103 m/s)；
⑤轉(zhuǎn)動方向一定(運轉(zhuǎn)方向必須跟地球自轉(zhuǎn)方向一致，即由西向東)；
⑥向心加速度大小一定(由于同步衛(wèi)星高度確定，則其軌道半徑確定，因此向心加速度大小也不變)。
6.載人航天與太空探索：
①1961年蘇聯(lián)航天員加加林進入東方一號載人飛船，鑄就了人類首次進入太空的豐碑。
②1969年，美國阿波羅11號飛船發(fā)射升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。
③2003年10月15日9時，我國神州五號宇宙飛船把中國第一位航天員楊利偉送入太空，截至2017年底，我國已經(jīng)將11名航天員送入太空，包括兩名女航天員。
④2013年6月，神舟十號分別完成與天宮一號空間實驗室的手動和自動交會對接；2016年10月19日，神舟十一號完成與天宮二號空間實驗室的自動交會對接.2017年4月20日，我國發(fā)射了貨運飛船天舟一號，入軌后與天宮二號空間實驗室進行自動交會對接、自主快速交會對接等3次交會對接及多項實驗。
二、要點部分（程序：組內(nèi)對學、群學8分鐘—老師分配任務，小組探究3分鐘—展示、點評12分鐘）
【課堂探究】
【導入】牛頓曾設想：從高山上水平拋出一個物體，當拋出的速度足夠大時，物體就不會落回地面，將成為環(huán)繞地球運動的人造地球衛(wèi)星，速度多大才行了？
7.9km/s
（一）宇宙速度。
1.請推導第一宇宙速度？了解第二、第三宇宙速度。（設地球質(zhì)量為M=5.89×1024 kg，被拋出去的物體的質(zhì)量為m，物體繞地球運行的軌道半徑為r，衛(wèi)星的環(huán)繞度為v，地球的半徑為R=6400km，Ｇ=6.67×10-11N m2/kg2，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，用兩種方法推導。）
v＝=7.9km/s
=7.9km/s
2.把衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上需要的發(fā)射速度越大還是越小？高軌道衛(wèi)星與近地衛(wèi)星相比哪個運行速度大？為什么？
越大；近地衛(wèi)星運行速度大。 v＝
3.為什么說第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度，是最大的環(huán)繞速度？
第一宇宙速度發(fā)射的衛(wèi)星剛好貼著地球表面旋轉(zhuǎn)，要發(fā)射更高的衛(wèi)星發(fā)射速度要更大；v＝
【例題1】已知火星的半徑為R，火星的質(zhì)量為M火，引力常量為G，求火星的第一宇宙速度。
v＝
【例題2】嫦娥四號發(fā)射后進入離近月點約100公里的環(huán)月軌道．關(guān)于“嫦娥四號”月球探測器的發(fā)射速度，下列說法正確的是（ 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間
C．介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之間 D．大于第三宇宙速度
（二）人造衛(wèi)星。
1.人造衛(wèi)星的運行軌道是怎么樣的了？
赤道軌道、極地軌道、一般軌道
2.請推導出人造衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度、周期公式？軌道半徑增大，向心加速度、線速度、角速度、周期如何變化了？
an＝，v＝，ω＝，T＝, R越大， an，v，ω越小；T越大。
3.什么是地球同步衛(wèi)星？地球同步衛(wèi)星有哪些特點？
同步衛(wèi)星（通信衛(wèi)星）與地球自轉(zhuǎn)同步，同步衛(wèi)星（通信衛(wèi)星）六個“一定”。
【例題3】如圖所示的四種虛線軌跡，不可能是人造地球衛(wèi)星軌道的是（ B ）
A． B． C． D．
【例題4】如圖所示是北斗導航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖，已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運動、a是地球同步衛(wèi)星，則（　A　）
A.衛(wèi)星a的角速度大于c的角速度
B．衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度
C．衛(wèi)星a的運行速度大于第一宇宙速度
D．衛(wèi)星b的周期等于24h
三、拓展部分（程序：課內(nèi)獨立完成拓展部分5分鐘——小組交流4分鐘——展示、點評、總結(jié)6分鐘）
1.★設地球的第一宇宙速度為，某行星質(zhì)量是地球質(zhì)量的4倍，半徑是地球半徑的2倍，求該行星的第一宇宙速度。
v＝
2.★“玉兔號”月球車與月球表面的第一次接觸實現(xiàn)了中國人“奔月”的偉大夢想。“玉兔號”月球車在月球表面做了一個實驗，自高h處將物體以速度水平拋出，測出小球的水平射程為L，已知月球半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，引力常量為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）月球同步衛(wèi)星離月球面高度。(R+H) -R
【學后反思】
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7.4宇宙航行
班級 小組 姓名
【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.理解衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。
3.了解我國在航天方面的成就，知道近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的特點。
【重點難點】第一宇宙速度的推導，衛(wèi)星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。
一、基礎部分（課內(nèi)組內(nèi)對學、群學5分鐘——展示、點評2分鐘）
1.第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：v＝ ，是人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度，它是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞 做勻速圓周運動所必須具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小 ，該速度又是環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星中的最大 。
2.第二宇宙速度(脫離速度)：v＝ ，在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離 的引力作用，成為繞 運行的人造行星或飛到其他行星上去所必需的最小發(fā)射速度。
3.第三宇宙速度(逃逸速度)：v＝ ，在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離 的引力范圍，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的 。
4.人造地球衛(wèi)星：繞地球做 ，其軌道圓心一定是 ，即地球?qū)πl(wèi)星的引力提供向心力。
v＝ ，ω＝ ，T＝ ,an＝ 。
5.同步衛(wèi)星（通信衛(wèi)星）的六個“一定”：
① (運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T＝24 h)；
② (所有地球同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面內(nèi))；
③ (離地面高度為36000 km)；
④ (運行速率為3.1×103 m/s)；
⑤ (運轉(zhuǎn)方向必須跟地球自轉(zhuǎn)方向一致，即由西向東)；
⑥ (由于同步衛(wèi)星高度確定，則其軌道半徑確定，因此向心加速度大小也不變)。
6.載人航天與太空探索：
① 年蘇聯(lián)航天員 進入東方一號載人飛船，鑄就了人類首次進入太空的豐碑。
②1969年，美國 飛船發(fā)射升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。
③ 年10月15日9時，我國 宇宙飛船把中國第一位航天員 送入太空，截至2017年底，我國已經(jīng)將11名航天員送入太空，包括兩名女航天員。
④ 年6月，神舟十號分別完成與 空間實驗室的手動和自動交會對接；2016年10月19日，神舟十一號完成與天宮二號空間實驗室的自動交會對接.2017年4月20日，我國發(fā)射了貨運飛船 ，入軌后與天宮二號空間實驗室進行自動交會對接、自主快速交會對接等3次交會對接及多項實驗。
二、要點部分（程序：組內(nèi)對學、群學8分鐘—老師分配任務，小組探究3分鐘—展示、點評12分鐘）
【課堂探究】
【導入】牛頓曾設想：從高山上水平拋出一個物體，當拋出的速度足夠大時，物體就不會落回地面，將成為環(huán)繞地球運動的人造地球衛(wèi)星，速度多大才行了？
（一）宇宙速度。
1.請推導第一宇宙速度？了解第二、第三宇宙速度。（設地球質(zhì)量為M=5.89×1024 kg，被拋出去的物體的質(zhì)量為m，物體繞地球運行的軌道半徑為r，衛(wèi)星的環(huán)繞度為v，地球的半徑為R=6400km，Ｇ=6.67×10-11N m2/kg2，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，用兩種方法推導。）
2.把衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上需要的發(fā)射速度越大還是越小？高軌道衛(wèi)星與近地衛(wèi)星相比哪個運行速度大？為什么？
3.為什么說第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度，是最大的環(huán)繞速度？
【例題1】已知火星的半徑為R，火星的質(zhì)量為M火，引力常量為G，求火星的第一宇宙速度。
【例題2】嫦娥四號發(fā)射后進入離近月點約100公里的環(huán)月軌道．關(guān)于“嫦娥四號”月球探測器的發(fā)射速度，下列說法正確的是（ ）
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間
C．介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之間 D．大于第三宇宙速度
（二）人造衛(wèi)星。
1.人造衛(wèi)星的運行軌道是怎么樣的了？
2.請推導出人造衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度、周期公式？軌道半徑增大，向心加速度、線速度、角速度、周期如何變化了？
3.什么是地球同步衛(wèi)星？地球同步衛(wèi)星有哪些特點？
【例題3】如圖所示的四種虛線軌跡，不可能是人造地球衛(wèi)星軌道的是（ ）
A． B． C． D．
【例題4】如圖所示是北斗導航系統(tǒng)中部分衛(wèi)星的軌道示意圖，已知a、b、c三顆衛(wèi)星均做圓周運動、a是地球同步衛(wèi)星，則（　　）
A.衛(wèi)星a的角速度大于c的角速度
B．衛(wèi)星a的加速度大于b的加速度
C．衛(wèi)星a的運行速度大于第一宇宙速度
D．衛(wèi)星b的周期等于24h
三、拓展部分（程序：課內(nèi)獨立完成拓展部分5分鐘——小組交流4分鐘——展示、點評、總結(jié)6分鐘）
1.★設地球的第一宇宙速度為，某行星質(zhì)量是地球質(zhì)量的4倍，半徑是地球半徑的2倍，求該行星的第一宇宙速度。
2.★“玉兔號”月球車與月球表面的第一次接觸實現(xiàn)了中國人“奔月”的偉大夢想。“玉兔號”月球車在月球表面做了一個實驗，自高h處將物體以速度水平拋出，測出小球的水平射程為L，已知月球半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，引力常量為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）月球同步衛(wèi)星離月球面高度。
【學后反思】
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