高一物理宇宙航行
第5节宇宙航行
{课前感知}
1.牛顿在思考万有引力定律时就曾想过，从高山上水平抛出物体，速度一次比一次大，落地点。如果速度足够大，物体就，它将绕地球运动，成为。
2.第一宇宙速度大小为，也叫速度。
第二宇宙速度大小为，也叫速度。
第三宇宙速度大小为，也叫速度。
3.世界上第一颗人造卫星是1957年10月4日在
发射成功的，卫星质量为kg，绕地球飞行一圈需要的时间为。
世界上第一艘载人飞船是1961年4月12日发送成功，飞船绕地球一圈历时。
世界上第一艘登月飞船是1969年7月16日9时32分在
发送成功，进入月球轨道；飞船在月球表面着陆；宇航员登上月球。
中国第一艘载人航天飞船在2003年10月15日9时在
发送成功的，飞船绕地球圈后，于安全降落在主着陆场。
{即讲即练}
想追上同轨道上的空间站，直接加速会导致飞船轨道半径增大，由上式知飞船在一个新轨道上运行的速度比空间站的速度小，无法对接，故A错；飞船若先减速，它的轨道半径减小，但速度增大了，故在低轨道上飞船可接近或超卫星在轨道3上的速率大于在轨道
卫星在轨道3上的角速度小于在轨道
卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它
开动B的小发动机向前喷气，
开动B的小发动机向后喷气，
图7-5-1
图7-5-2
图7-5-3
减小为
原来的倍。
【答案】
得【答案】
〖基础巩固〗
1.关于地球的第一宇宙速度，下面说法中正确的是 ( ) A.它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C.它是能使卫星进入近地轨道的最小速度 D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度
2.关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法中正确的是 ( ) A.在发射过程中向上加速时产生超重现象 B.在降落过程中向下减速时产生超重现象 C.进入轨道时做匀速圆周运动，产生失重现象
D.失重是由于地球对卫星内物体的作用力减小而引起的
3.同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下面说法中正确的是 ( ) A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的数值 B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的 C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的数值 D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的
4.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.离地面越远的卫星线速度越大
5.2003年8月29日，火星、地球和太阳处于三点一线，上演“火星冲日”的天象奇观。这是6万年来火星距地球最近的一次，与地球之间的距离只有5576万公里，为人类研究火星提供了最佳时机。如图所示为美国宇航局最新公布的“火星冲日”的虚拟图，则有 (
)
A.2003年8月29日，火星的线速度大于地球的线速度
B.2003年8月29日，火星的线速度小于地球的线速度
C.2004年8月29日，火星又回到了该位置
D.2004年8月29日，火星还没有回到该位置 6.如图7－ 5—5所示的圆、b 、c ，其圆心均在地球的自转轴线上，b 、c 的圆心与地心重合，对卫星环绕地球做匀速圆周运动而言 ( ) A.卫星的轨道可能为 B.卫星的轨道
可能为b
C.卫星的轨道可能为c
D.同步卫星的轨道只可能为b
7.我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的飞行轨道是不同的，“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平面垂直，周期为了T 1=12 h ；“风云二号”是同步卫星，其轨道平面就是赤道平面，周期为丁T 2＝24 h ；两颗卫星相比 ( ) A.“风云一号”离地面较高
B.“风云一号”每个时刻可观察到的地球表面范围较大
图7-5-4
图7-5-5
C.“风云一号”线速度较大
D.若某时刻“风云一号”和“风云二号”正好同时在赤道上某个小岛的上空，那么再过12小时，它们又将同时到达该小岛的上空
8.关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通迅卫星的说法，正确的是( )
A.若其质量加倍，则轨道半径也要加倍
B.它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播
C.它以第一宇宙速度运行
D.它运行的角速度与地球自转角速度相同
9.2001年3月23日“和平”号空间站完成了它的历史使命，坠落在浩瀚的南太平洋。“和平”号空间站是20世纪质量最大，寿命最长，载人最多，技术最先进的航天器，它在空间运行长达15年，下面有关“和平”号空间站坠落过程的说明正确的是( )
A.“和平”号空间站进入较稠密大气层时，将与空气摩擦，空气阻力大大增加
B.“和平”号空间站在整个坠落过程中的运动轨迹是直线
C.“和平”号空间站在整个坠落过程中的运动轨迹是曲线
D.“和平”号空间站在进入大气层前，高度降低，速度变大
10.地球上两相距很远的观察者，都发现自己的正上方有一颗人造卫星，相对自己静止不动，则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离可能是( )
A.一人在南极，一人在北极，观察不到此现象
B.一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍
C.两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等
D.两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍
11.某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨迹会慢慢改变。每次测量中卫星的运动可近似看做圆周运动，某次测量卫星的轨道半径为r1，后来变为r2，r2 12一颗人造地球卫星在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上运行，其运行速度是地球第一宇宙速度的倍。 13.假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星，若它贴近该天体的表面做匀速圆周运动的运行周期T1，已知万有引力常量为G，则该天体的密度为。若这颗卫星距该天体表面的高度为h，测得在该处做圆周运动的周期为T2，则该天体的密度又可表示为。 〖能力提升〗 14.〖应用题〗1989年10月18日，人类发射的“伽利略”号木星探测器进入太空，行程37亿千米．于1995年12月7日到达木星附近，然后绕木星运转并不断发回拍摄到的照片，最后耗尽所有备用燃料坠入木星大气层而销毁． (1)人类在地面上发射该探测器的速度应为（） A.等于7.9 km/s B.大于7.9 km/s而小于11.2km/s C.大于11.2 km/s而小于16.7km/s D.大于16.7 km/s (2)该探测器从1995年至2002年6年内绕木星运行了33圈，若引力常量已知，则由此数据( ) A.可计算出太阳的质量 B.可计算出木星的质量 C.可计算出探测器的质量 D.以上三个质量均无法计算出来 15.〖探究题〗1987年，美国摩托罗拉公司的专家率先提出了一个方案：在距地球表面780km的太空轨道上建立一个由77颗小卫星组成的星座，每条轨道上分布有11颗卫星，这种卫星系统称为铱卫星系统．目前，有66颗铱卫星均匀分布在距离地面784km的，6条不同轨道上，假设这些卫星绕地球做匀速圆周运动，则它们在运动中具有相同的( ) A.圆心 B.速率 C.周期 D.加速度大小 16.〖开放题〗一颗人造地球卫星以速度v发射后，可绕地球做匀速圆周运动，若使发射速度变为，则该卫星可能( ) ①绕地球做匀速圆周运动，周期变大②绕地球运动， 轨道变为椭圆③不绕地球运动，成为绕太阳运动的 人造卫星④挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外 的宇宙 A．①②B．②③ C．③④D．①②③ 17.〖信息题〗2003年10月15日09时，我国的“神舟五号”载人飞船发射成功，其返回舱于2003年10月16日06时23分按计划安全降落在内蒙古中部草原，对于宇航员所受到的重力G、支持力F N和万有引力F，下面的判断正确的是( ) A.载人飞船在发射架上等待发射时 B.载人飞船发射离地竖直上升过程中 C.载人飞船绕地球做圆周运动时 D.载人飞船返回舱在返回地面过程中 18.〖应用题〗星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度．星球的第二宇宙速度与第一宇宙速度的关系是＝．已知某星球的半径为r，它表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的1/6，不计其他星球的影响.则该星球的第二宇宙速度为( ) A. B. C. C. 19.〖综合题〗生命是一种最为奇妙最富魅力的自然现象。关于生命的起源，历史上曾经有过种种假说，有一种“宇宙胚种说”认为，造成化学反应并导致生命产生的有机物，是与地球碰撞的彗星带来的。尽管诸如此类的观点仍是一些需要进一步证明的问题，但通过陨石、彗星、星际物质以及其他行星上的有机分子的探索与研究，了解这些有机分子形成与发展的规律，都将为地球上生命的起源的研究提供更多资料。 (1)自然界中，生物与非生物存在诸多区别：作为生物，必须具备的最基本特征是。 (2)蛋白质是生命的基础物质，下列关于蛋白质的说法正确的是( ) A.蛋白质的种类很多，它们都能溶于水 B.蛋白质水解的最终产物是氨基酸 C.蛋白质溶液中加入浓盐酸，颜色变黄 D.蛋白质溶液中加入饱和硫酸铵溶液，蛋白质将变性 (3)为了探测某行星表面有无生命现象，向该行星发射一颗探测卫星，卫星绕行星做匀速圆周运动的半径为 R，卫星质量为，该行星质量为，引力常量为。则卫星所受向心力F向= ；卫星绕行星做圆周 运动的线速度v= 。 20.〖应用题〗晴天的晚上，人能看见卫星的条件是卫星被太阳照射且在人的视野之内．一个可看成漫反射体的人造地球卫星的圆形轨道与赤道共面，卫星自西向东运动，春分期间太阳垂直射向赤道，赤道上某处的人在日落后8h在西边的地平线附近恰能看到它，之后极快地变暗而看不到了．已知地球的半径R地=6.4X106m，地面上的重力加速度为10m/s2，试估算：(保留两个有效数字) (1)卫星轨道离地面的高度； (2)卫星的速度大小． 21.〖应用题〗人们认为某些白矮星（密度较大的恒量）每秒大约自转一周（万有引力恒量 ，地球半径约为. (1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不致由于快速转动被“甩”掉，它的密度至少为多少? (2)假设某白矮星密度约为此值，且其半径等于地球半径，则它的第一宇宙速度约为多少? 〖思维拓展〗 22.〖应用题〗北京时间2905年10月12日9时整，搭乘两名航天员费俊龙和聂海胜的中国第二艘载人飞船“神舟六号”，在甘肃省酒泉卫星发射中心由长征二号F运载火箭发射升空．航空航天是一个集物理、化学、生物、天文、地学、工程、气象等多学科的综合性工程．请解答： (1)地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g＝9.8m/s2，若使航天飞船在无推动力作用的情况下在离地入h=140km的圆轨道上绕地球运行，则飞行速度应为。 (2)吊在降落伞下的载人航天飞船返回舱下落速度仍达14m/s。为了实现软着陆，在返回舱离地面约1.5m时启动5个反推力小火箭，若返回舱重8t，则每支火箭的平均推力约为多大。 23.〖信息题〗载人航天是人类驾驶和乘坐载人航天器，在太空中从事各种的往返飞行活动，其目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力，把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空。根据飞行和工作方式的不同，载人航天器可分为载人飞船、载人空间站和航天飞机三类。航天飞机既可作为载人飞船和空间站进行载人航天活动，又是一种重复使用的运载器。 (1)2003年10月15日，我国发射了“神州五号”载人航天飞船，次日载人舱着陆，取得圆满成功，载人舱在将要着陆之前，由于空气阻力作用有一段匀速下落过程。若空气阻力与速度的平方成正比，比例系数为k，载人舱的质量为m，则此过程中载人舱的速度为。 (2)在这次飞行中，返回舱里除了各种仪器、设备，还搭载了一些纪念器和一些农作物种子。据专家介绍，已成为当今世界上创造生物新品种的一个极为活跃的领域。经过宇宙太空的作用，生物种子在方面均会受到不同程度的影响，往往形成一些令人惊喜的新品种。 (3)航天飞船关闭发动机后正在太空飞行，如果科学家要在其中进行实验，下列哪些操作不能正常进行( ) A.用温度计测温度 B.用弹簧秤测力 C.用天平测质量 D.用电子表测时间 24.〖信息题〗2003年10月15日，我国成功发射的航天飞船“神舟”五号，绕地球飞行14圈后安全返回地面，这一科技成就预示我国航天技术取得最新突破．据报道飞船质量约为10t，绕地球一周的时间约为90min．已知地球的质量M＝6X1024kg，万有引力常量G＝6.67X10-11N·m2·kg-2，地球半径R=6400km，设飞船绕地球做匀速圆周运动，由以上提供的信息，解答下列问题： (1)“神舟”五号离地面的高度为多少km? (2)“神舟”五号绕地球飞行的速度是多少? (3)载人舱在将要着陆之前，由于空气阻力作用有一段匀速下落过程，若空气阻力与速度平方成正比，比例系数为k，载人舱的质量为m，则此匀速下落过程中载人舱的速度多大? 25.〖趣味题〗美国东部时间2001年9月11日上午8时50分和9时整，纽约世界贸易中心两座摩天大楼被恐怖分子劫持的两架大型民航客机先后撞击后起火，并相继坍塌，举世为之震惊．“9.11恐怖事件发生后，美国为了找到本·拉登的藏身地点，使用了先进的侦察卫星．据报道：美国将多颗最先进的KH—11、KH —12“锁眼”系列照相侦察卫星调集到中亚地区上空，“锁眼”系列照相侦察卫星绕地球沿椭圆轨道运动，近地点265km(指卫星与地面的最近距离)，远地点650 km(指卫星距地面的最远距离)，重量13.6～18.2t，这些照相侦察卫星上装有先进的CCD数字照相机，能够分辨出地面接受站及指挥中心，由开普勒定律知：如果卫星绕地球做圆周运动的圆轨道半径跟椭圆轨道半长轴相等，那么卫星沿椭圆轨道运动周期相同．请你由上述数据估算这些“锁眼”系列侦察卫星绕地球运动的周期，要求取一位有效数字，地球半径R＝6400km，取g＝10m/S2． 第五节宇宙航行 【课前感知】： 1.也就一次比一次远；不再落回地面；人造地球卫星 2.7.9km/s ；环绕；11.2km/s ；脱离； 16.7km/s ；逃逸 3.苏联；83.6；96min ；苏联；108min ；美国；7月20日4时17分；阿姆斯特朗；中国；发行14；10月16日23分；内蒙古；中国；325万公里；10月17日4时33分；内蒙古； 【我行我秀】： 1.C. 【思路分析】：折断的天线由于惯性而具有卫星原来的速度，在地球引力作用下继续在原轨道上运行。 2.（1）B 、D 【思路分析】：由γνγ 2 2m Mm G =得γ νGM = 因为r 3>r 1， 所以 13 ν ν< 由r m r Mm G 22 ω=得3 r GM = ω 因为r 3>r 1，所以ω3<ω1 卫星在轨道1上经Q 点时的加速度为地球引力产生的加速度，而在轨道2上经过Q 点时，也有地球引力产生加速度，故应相等，同理，卫星在轨道2上经P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度。 2.（2）A 、D 【思路分析】当卫星速度突然变大时，由于万有引力不足以提供向心力，卫星将做离心运动而使运行半径变大，在离心运动过程中卫星克服引力做功，动能变小速度变小，当在半径较大的轨道上万有引力又恰好等于向心力时，由 r m r G M m 2 2 ν = ，可知r Gm = ν，卫星就能在新的半径较大的轨道上以较小速度做匀速圆周运动.反之，当卫星速度突然变小时，将由于万有引力大于向心力使卫星做向心运动而半径变小，最后在半径较小轨道上以较大速度做匀速圆周运动而。因此题中两卫星轨道修正办法是使B 减速，而使C 加速。故A 、D 两项正确。 3.【思路分析】：根据万有引力产生重力以及重力提供星体做圆周运动的向心力求解。 【答案】：（1）由于万有引力产生重力，设金星和地球的半径、质量及星球表面的自由落体的落体的加速度分别为r 1、m 1、g 1、r 2、m 2、g 2。分别对金星和地球列两个方程： Gmm 1/21 r = mg 1 ① Gmm 2/ 22r = mg 2 ② ①÷②式得：22111 22g r r m m g ??==8.9m/s 2 。 (2)重力提供星体做圆周运动的向心力。设星体的质量为m ，分别对金星和地球列两个方程mg 1=m 21v /r 1 mg 2=m 22v /r 2 由上两式得： 22 21 11ννr g r g = =7.3km/s 4.【思路分析】考查天体运动学知识以及运算能力。 【答案】（1）上面结果是错误的，地球的半径R 在计算过程中不能忽略。 正确的解法和结果：2 h ）（R Mm G +=2)22 2( T m π（R+h ） 得M= ()22 3 24GT h R +π （2）方法一：对月球绕地球作圆周运动，由2r Mm G = 2)2(1 T m πr 得2 1324M GT γπ= 方法二：在地面重力近似等于万有引力，由2 R Mm G =mg 得G gR 2 M =。 【超越课堂】 1.BC 【思路分析】：卫星绕地球做圆周运动的向心力是地球对卫星的引力，则r Mm G =m r 2 ν, r GM = ν,所以， 随着卫星轨道半径的增大，其线速度减小，当其轨道半径最小为地球半径时，线速度最大，这一线速度正是第一宇宙速度。A 选项错，B 选项对。 如果不计空气阻力，在地面附近以第一宇宙速度平抛一物体，该物体恰能绕地球做匀速圆周运动，成为地球的卫星，而若以小于第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，选项C 对，D 错。 2.ABC 【思路分析】：超、失重是一种表象，是从重力和弹力的大小关系而定义的。当向上加速时超重，向下减速（a 方向向上）时也超重，故A 、B 正确。 卫星做匀速圆周运动时，万有引力完全提供向心力，卫星及其内部的物体都处于完全失重状态，故C 正确。 失重的原因是重力（或万有引力）使物体产生了加速度，故D 错。 3.D 4.C 5.BD 【思路分析】：火星和地球绕太阳做匀速圆周运动2 R Mm G =m R 2 ν, R GM = ν,所以轨道半径较大的火星线速 度小，B 正确；火星轨道半径大，线速度小，火星运动的周期较大，所以一年后地球回到该位置，而火星则还没有回到，D 正 确。 6.BCD 7.C 8.D 【思路分析】从2 r Mm G =m r 2 ν, 2 νGM r = 轨道半径与卫星质量无关。同步卫星的轨道平面必须与赤道平面重 合，即在赤道上空运行，不能在北京上空运行，其运行速度小于第一宇宙速度。所谓“同步”就是卫星保持与地面赤道上某一点相对静止，所以同步卫星的角速度与地球自转角速度相同。 9.ACD 【思路分析】由F 引=F 向得 r GM = ν则高度降低，运动轨道半径减小，速度变大，进入大气层，空间站所受空气阻力大大增加，将沿着曲线坠落，不可能沿直线进。 10.C 11.<, > 【思路分析】：卫星在圆轨道上做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律有2 r Mm G =m r 2 ν，∴ r GM = 2ν E K = r GMm m 2212= ν 由2 r Mm G =mr 2)2(T π ∴T= GM r 3 24π 由①知，E K ∝ r 1,由②知，T ∝3r ∵r 2 12. 2 2倍 【思路分析】由 G ，星R v m R Mm 22)2(=得v 星= R GM 2 ，而第一宇宙速度为近地轨道卫星的线速度， v R v m R Mm G 得22=R GM ，故卫星的速度是第一宇宙速度的 2 2倍。 13 . 2 13GT π ()3 2233R GT h R +π 【思路分析】：设卫星的质量为m ，天体的质量为Ｍ。卫星贴近表面运动时有 2 1 322 1 22 4,4GT R M R T m R Mm G ππ= = 根据数学知识可知星球的体积Ｖ＝，R 3 34π故该星球密度ρρρρρ=21 333 421324GT R GT R V M π ππ=?= 卫星距天体表面距离为h 时有 ()h R T m R Mm G +=222 42π ()22 3 24GT h R M += π ρ＝()()3223333 422324R GT h R R GT h R V M +=?+=πππ １４.（１）Ｃ （２）Ｄ １５.ＡＢＣＤ １６.Ｃ 【思路分析】：可绕地球做匀速圆周运动，说明 ν大于等于第一宇宙速度7.9km/s ，2ν=15.8 km/s>11.2 km/s ，所以成为 绕太阳运动的卫星，也有可能大于第三宇宙速度，所以③④正确.∴选C 。 17.AB 【思路分析】：等待发射时，宇航员受力平恒，∴A 正确。 发射时向上加速，F N －G=ma ，∴B 对。 绕地球运动时，完全失重 F N =0，F=G= r m v 2 ∴C 错. 返回时加速度向下 G —F N =ma ∴F N 宇航员所受重力与万有引力近似相等， ∴选A 、B. 18.C 【思路分析】：星球的第一宇宙速度为 r mv mg 2 61= ∴6 gr v = ∴该星球的二宇宙速度为 gr v v 3 1 2= =' ∴选C. 19.（1）新陈代谢 （2）B （3）2 R Mm G R GM 【思路分析】：本题综合考查了生物与物理知识。根据万有引力提供向心力求解。 20.【思路分析】：从北极沿地轴看地球的俯视图如图D7-5-1。设卫星离地面高为h ，Q 点日落8h 能看到它反射的太阳光.日落8h ，Q 点转过的角度设为θ. 图D7-5-1 【答案】（1）θ= 24 S ×360°=120°, 轨道高 地地R R h -= 2 cos θ =6.4×106m. （2）卫星轨道r=R 地+h=2R 地， GMm/r 2=mv 2/r ① GMm/R 2地=mg ② 由①②式可得v=5.7×103m/s. 21. 【思路分析】（1）因为不考虑车受到的阻力，所以车冲上桥顶的过程满足机械能守恒定律的条件. 【答案】mgh= 2 021mv —22 1mv ∴2 2νν +-=gh = s m /20102252??-=15m/s. (2)根据几何关系，设圆弧的半径为R ，有 R 2=（R —h ）2+( 2 L )2 R 2=（R —20）2+1002 得：R=260m 在桥顶处，根据牛顿第二定律有： mg —F N = R m 2ν ∴F N = mg — R m 2 ν=1040×10N －N 260 2 151040?=9500N. 22.【答案】探测、研究、试验、生产和军事应用。 （1）由于载人舱匀速下落，因此载人舱受力平衡，∴mg=kv 2, ∴ k mg v = . (2)空间诱变技术；高真空，微重力、强辐射和超洁条件；形态、代谢、遗传和有用的经济性状态。 （3）在航天飞机关闭发动机后，航天飞机处于完全失重状态，天平两臂所受重物的拉力均为零。因此天平不可应用，而其他测量仪器仍可应用。所以选项C 不能正常操作。 23. 【思路分析】根据牛顿第二定律及万有引力提供向心力求解。 【答案】（1）由牛顿第二定律知： G 2 2 4)(2)(T h R m h R mM π+=+ 得离地高度h=km R GMT 26443 2 2=-π （2）绕行速度v= ()s m h R T /31075.72?=+π （3）由平衡条件知：kv 2=mg 则速度v= k mg 6.5 《宇宙航行》教学设计 --------- 【设计思想】 宇宙航行不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。 学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。 本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。 本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。 【学情分析】 万有引力定律、圆周运动、天体运动都已经讲过，从知识上讲学生运用牛顿第二定律直接推导出卫星的速度并不是一件困难的事情．或许学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高． 【教学目标】 （一）知识与技能 1.了解牛顿关于人造地球卫星的最初构想。 2.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题 3.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。 4.通过实例，了解人类对太空的探索历程，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。 （二）过程与方法 1．在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。 2．通过对卫星运行的线速度与轨道半径的关系的讨论，通过对第一宇宙速度的计算和理解，培养学生探究问题的能力，应用所学物理知识解决问题的能力，归纳结论的能力。 （三）情感、态度与价值观 1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发起学生对科学探究的兴趣，激发学生学习物理的热情。 2．通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。 3．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。 物理宇宙公式、宇环论、量形几何、物数学之大道至简由 简至繁 摘要：爱因斯坦：“物理上真实的东西一定是逻辑上简单的东西，也就是说在基 础上具有统一性”。历经多年的猜想难题须拓展创新叉形质变认识理论来诠释，则无理数W未知性登场。此文以宇环图形⊙之实数线段格（格始点♂→格内点d→ 格末点1）（数理：格环1=1=Pd）与其包围的点♂或面Φ来诠释猜想难题，得出 结论是四色猜想在基础理论上得到简洁证明，而费马猜想与哥德猜想都是不可明 确证明的命题。 关键词：人字叉，数源1234567890→ 格二整分X+Y=R→哥德猜＜勾股圆＜费 马猜＜勾股椭圆→比尔猜，四色猜想 此文续《物理宇宙公式、宇环论、量形几何、物数学之本质分叉突变生灭》 为第36篇。内容庞大碍于篇幅只作纲要、结果描述，相关内容在链接文章中可 找到，不便之处函请读者谅解。请结合34、35两篇阅读此篇。 【学术框架】：物理的尽头是数学，数学的尽头是哲学，哲学的尽头是未学。爱因斯坦：“令人惊奇的是因果形式逻辑体系在中国全都做出来了”，他认为佛道 儒哲是统一论述本质概念间关系的源头学问（本质→数量→形状），A善待B，B 回报A。宇宙自然思想：物理宇宙公式△EL =△E○K〧1〧⊙〧◎〧○是融形象、直观、形式、逻辑合一体的大道至简公式，具有最小二乘法统一性。其中空间量统 一反应其它物理量，故○K用“空-Kong”的声母“K”，前面加上一个直观符号“○”表达 一份空间量、2π圆环波粒或一个量比系数，四色定理源基“○”。“E”与“EL”用L作“大小量”本质区分或“格的两端”区分。“△”含有“点源扩展、量体收缩、扇形分割、叉形质变、绝对相对、…”的变化之意。 【物理四大基础本质】；【物数理学】；【理论三要素（本质→数量→形状）】；【数轴三要素】；【物数轴：♂－1－000】： 〖0无与0点〗：“0无→♂点→1格”。“0无”是给“圆圈0符号”付予“无”本质 概念。“0无”在多本质共存合论中可证伪某本质，如格测度论中，测度为0表示 没有格本质（但不能表明没有点本质）。“0点”含意有多种，一是“圆圈0符号” 付予“点”本质概念即平时常说的0点，但这一作法与前面的“0无”出现无有双本 质重叠一个0符号悖论；二是“圆圈0符号”付予“无格”本质概念，与点并排表达“无格有点”，与小格并排表达“无大格有小格”即格内点小数d产生；三是“0点起始”是用“0无、♂有”双本质论述现象起始，其中经过“无”质变为“有”过程。 〖P→∞→000〗：000空间○包容P物质●形成宇环⊙，宇为环则场为环，站 在环内论弯曲，站在环外论波粒。直线包容线段，未知000包围已知P须事先择 定是普遍源理，并不是微观独有。000－P≠0空间大物质小也是宇宙自然择定，给 予P以活力∞实现运动变化或探索追求。活力∞似卡尺游标可将未知000质变为 已知P，也可将已知P失忆为未知000。 〖直与曲〗：非欧几何硬把曲说成直真让人纠结。直线质变为圆环曲线伴生 半径生灭，若用质量来张冠李戴则得出质量生灭起源论述。欧氏直线与非欧曲线 已不适宜点或⊙点源场、中空◎扩散或能量形式转换→寻求新的几何理论那是必 然（量形几何）→格由点生成，曲由直推知则曲格环⊙具有弧曲ω径直λ波粒二 象性（多本质共存与质变逻辑架构）。 【质变架构逻辑分析】：引子：求证“点不是线”。证：假设点是线，线有直、曲、开弦、闭弦，可做数轴，极坐标、直角坐标、柱坐标、球坐标、曲线坐标、 课后巩固提高 限时：45分钟总分：100分 一、选择题(1～4为单选，5～6为多选。每小题8分，共48分。) 1．由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的() A．质量可以不同 B．轨道半径可以不同 C．轨道平面可以不同 D．速率可以不同 2.继哥白尼提出“太阳中心说”，开普勒提出行星运动三定律后，牛顿站在巨人的肩膀上，创立了经典力学，揭示了包括行星在内的宏观物体的运动规律；爱因斯坦既批判了牛顿力学的不足，又进一步发展了牛顿的经典力学，创立了相对论．这说明() ①世界无限扩大，人不可能认识世界，只能认识世界的一部分； ②人的意识具有能动性，能够正确地反映客观世界； ③人对世界的每一个正确认识都有局限性，需要发展和深化； ④每一个认识都可能被后人推翻，人不可能获得正确的认识． A．①②③④B．①②③ C．①③④D．②③ 3．如图所示是“嫦娥一号”奔月示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测．下列说法正确的是() A．发射“嫦娥一号”的速度必须达到第三宇宙速度 B．在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关 C．卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比 D．在绕月圆轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力 4．在太空运行了15年的俄罗斯“和平号”轨道空间站已于2000年3月23日坠毁，其残骸洒落在南太平洋预定海域．坠毁前，因受高空稀薄空气阻力和地面控制作用的影响，空间站在绕地球运转(可看作做圆周运动)的同时逐渐地向地球靠近，这个过程中空间站运动的() A．角速度逐渐减小 B．线速度逐渐减小 C．加速度逐渐减小 D．周期逐渐减小 5. 如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等且小于c的质量，则() A．b所需向心力最小 高中物理必备公式 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】 高中物理会考公式表 一、《力》 1．重力：mg G =（2r GM g ∝，↓↑g r ,，在地球两极g 最大，在赤道g 最小） 2．合力：2121F F F F F +≤≤-合 平行四边形定则 二、《直线运动》 1．位移：t v s ?=；2021at t v s +=（匀变速） 2．平均速度：t s v =（适于任何运动）；t v v v t +=0（仅适用于匀变速直线运动） 3．加速度：t v t v v a t ??=-=0（速度变化率） 4．速度：at v v t +=0；t s v v v v t t =+= =202（匀变速直线运动中间时刻速度） 5．速度位移公式：as v v t 2202=- 6．匀变速直线运动规律：2aT s =? 7．自由落体运动的公式：(特点：00=v ，只受重力，a=g 且方向竖直向下) （1）速度公式：gt v t =（2）位移公式：221gt s = （3）速度位移公式：gh v t 22= （4）位移与平均速度关系式：t v s t ?= 2 三、牛顿运动定律 1．牛顿第二定律：ma F =合 2．动力学两类基本问题解题思路：（加速度是解题关键） 四、曲线运动 万有引力 1．平抛运动：（特点：初速度沿水平方向，物理只受重力，加速度a=g 恒定不变，平抛运动是匀变速曲线运动） 水平方向：00 ,v v t v x x == 竖直方向：22 1gt y =，gt v y = 经时间t 的速度：22022)(gt v v v vt y x +=+= 平抛运动时间：g h t 2= （取决下落高度，与初速度无关） 2．匀速圆周运动 （1）线速度：T r t s v π2== （2）角速度：T t πφω2== （3）r v ?=ω （4）固定在同一轴上转动的物体，各点角速度相等。用皮带（无滑）传动的皮带轮、相互咬合的齿轮，轮缘上各点的线速度大小相等。 （5）向心力：r T m r m r v m F 22 224πω===（向心力为各力沿半径方向的合力，是效果力非物体实际受到的力） （6）向心加速度：v r r v a ?===ωω22 （7）周期：f T 1= 3．万有引力定律 （1） 表达式：2 21r m m G F = （2） 应用：把天体运动看成是匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供。 1) 主要公式：r T m r m r v m r Mm G 222224πω===；mg r Mm G =2（应分清M 与m ，g 指物体所在处的重力加速度） 2) 天体质量M 的估算：r T m r Mm G 2224π=2 3 24GT r M π=? 必修二第七章《万有引力与宇宙航行》拔高训练题 (20) 一、单选题（本大题共10小题，共40.0分） 1.1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功，拉开了中国人探索宇宙 奥秘、和平利用太空、造福人类的序幕，自2016年起，每年4月24日定为“中国航天日”。 已知“东方红一号”的运行轨道为椭圆轨道，其近地点M和远地点N的高度分别为439km和2384km。则() A. “东方红一号”的发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间 B. “东方红一号”在近地点的角速度小于远地点的角速度 C. “东方红一号”运行周期大于24h D. “东方红一号”从M运动到N的过程中机械能增加 2.当月球到达近地点又正好是满月时，月亮看起来比平时大14%、亮 30%，这时就称为超级月亮。2017年12月3日出现了2017年的第 一次也是最后一次“超级月亮”。如图所示是月球绕地球运动的示 意图，已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，月球在远地 点距地面的高度为?1，近地点距地面的高度为?2，则下列说法错误的是() A. 地心与月心的连线在相同时间内扫过相同的面积 B. 月球在远地点的速度大于√gR2 ?1+R C. 月球在远地点和近地点的速率比为?2+R ?1+R D. 月球在远地点和近地点加速度大小的比为(?2+R)2 (?1+R)2 3.据《科技日报》报道，2020年前我国将发射8颗绕地球做匀速圆周运动的海洋系列卫星：包括 4颗海洋水色卫星、2颗海洋动力环境卫星和2颗海陆雷达卫星，以加强对黄岩岛、钓鱼岛及西沙群岛等岛屿附近海域的监测．已知海陆雷达卫星轨道半径是海洋动力环境卫星轨道半径的n 倍，则() A. 海陆雷达卫星线速度是海洋动力环境卫星线速度的1 倍 n2 B. 海陆雷达卫星线速度是海洋动力环境卫星线速度的√n倍 C. 在相同的时间内，海陆雷达卫星与海洋动力环境卫星各自到地球球心的连线扫过的面积相等 物理公式大全 基本解释 用符号表示物理量，用式子表示几个物理量之间的关系。是物理规律的简洁反映。也是物理解题的关键 编辑本段英语翻译 Physics formula 编辑本段电磁辐射 介绍：微波辐射电磁能量，向空间传播，在任意距离r处的功率密度为：s=P/(4πr)^2, w/m^2，电视直播卫星的EIRP大约在15dBw左右，通常地面卫星电视的频率为4千兆或12千兆，接收天线口径分别为4千兆：1~3米，12千兆，0.5米就可以满足肉眼能够接受的图像（信噪比较好）。这是弱信号不会对人体造成伤害。微波炉也是电磁波能量加热食物，是大功率微波，与普通烧烤的区别是微波直接对内部加热，所以短时间就可以做熟，因此微波辐射的危害也是显而易见的，大家要小心，远离微波辐射源，包括手机要少用，住处远离有卫星上行发射功率的地球站，通常保持至少1000米距离，必要时窗户加装类似纱窗的金属屏蔽网。一、质点的运动（1）------直线运动1）匀变速直线运动 1.平均速度V平=x/t（定义式） 2.有用推论Vt^2-Vo^2=2ax 3.中间时刻速度Vt/2=V平=(Vt+V o)/2 4.末速度Vt=V o+at 5.中间位置速度Vx/2=[(V o^2+Vt^2)/2]^1/2 6.位移x=V平t=Vot+1/2at^2=Vo*t+(Vt-Vo)/2*t x=(Vt^2-Vo^2)/2a 7.加速度a=(Vt-Vo)/t （以Vo为正方向，a与Vo同向(加速)a>0；反向则a<0）8.实验用推论Δs=aT^2 （Δs为连续相邻相等时间(T)内位移之差）9.主要物理量及单位：初速度(V o):m/s；加速度(a):m/s^2；末速度(Vt):m/s；时间(t)秒(s)；位移(x):米（m）；路程：米；速度单位换算：1m/s=3.6km/h。注：(1)平均速度是矢量; (2)物体速度大,加速度不一定大; (3)a=(Vt-V o)/t只是量度式，不是决定式; (4)其它相关内容：质点、位移和路程、参考系、时间与时刻〔见第一册P19〕/s--t图、v--t 图/速度与速率、瞬时速度〔见第一册P24〕。2)自由落体运动 1.初速度Vo=0 2.末速度Vt=gt 3.下落高度h=gt方/2（从Vo位置向下计算） 4.推论Vt方;=2gh 注: (1)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，遵循匀变速直线运动规律；(2)a=g=9.8m/s2≈10m/s2（重力加速度在赤道附近较小，在高山处比平地小，方向竖直向下）。3)竖直上抛运动 1.位移x=Vot-(gt方2;)/2 2.末速度Vt=V o-gt （g=9.8m/s方≈10m/s方） 3.有用推论Vt方;-Vo方;=-2gs 4.上升最大高度Hmax=V o 方/2g(从抛出点算起） 5.往返时间t=2V o/g （从抛出落回原位置的时间）注：(1)全过程处理:是匀减速直线运动，以向上为正方向，加速度取负值；(2)分段处理：向上为匀减速直线运动，向下为自由落体运动，具有对称性；(3)上升与下落过程具有对称性,如在同点速度等值反向等。4)竖直下抛运动设初速度（即抛出速度）为Vo，因为a=g，取竖直向下的方向为正方向，则Vt=V o+gt S=V ot+0.5gt方二、质点的运动（2）----曲线运动、万有引力1)平抛运动 1.水平方向速度：Vx=V o 2.竖直方向速度：Vy=gt 3.水平方向位移：x=V ot 4.竖直方向位移：y=gt方/2 5. 高中物理基本公式表 静力学： 1．重力 G=mg 2．弹簧力 胡克定律及其变形式 F=kx ，x k F ?=? 3．物体受共点力平衡条件 合力为零（∑F X =0，∑F Y =0） 4．滑动摩擦力 N f μ= 静摩擦力 N f f m 0μ=≤静 5．浮力 gV F ρ=浮 6．密度 m V ρ= ，V m ρ=，ρm V = 7．力矩 FL M = 8．两个力的合力 θcos 2212221F F F F F ++= 合 2121F F F F F +≤≤-合 运动学： 1．匀速直线运动 vt S =，t S v =，v S t = 2．匀变速直线运动 （ （2）初速为零，时间等分: nT 时的即时速度 v 1：v 2：v 3=1：2：3 nT 时的总位移 S 1：S 2：S 3 =1：4：9 第nT 的位移 S 第1：S 第2：S 第3=1：3：5 加速度求法 2 12T S S a -=, 即 S 2－S 1=aT 2 （3）初速为零，位移等分: 运动nS 时的时刻 t 1：t 2：t 3=1：2：3 运动nS 时的即时速度 V 1：V 2：V 3=1：2：3 通过第n 个S 的时间 ( )()23: 12:1::321--=???t t t （4）平均速度 T S S V V V t S V t 2221212 += +=== （5）中间位置的即时速度 2 2 2 212 2t s v v v v ≥+= 2．自由落体： gt v =，2 2 1gt h =，gh v 22= 下落时间，落地速度 g h t 2= ，gh V t 2= 3．上抛运动 gt v v t -=0，202 1gt t v h - =，gh v v t 22 2-=- 上升时间，飞行时间 t 上=t 下＝ V g ，g V t 02= 上升最大高度： g V H 22 0= 4．平抛运动 水平方向： 0v v x = ， X=V 0t 竖直方向： y v gt =， h= 12 gt 2 , g h t 2= 合运动： 2220t g v v t +=，22h x s += 运动定律 1．牛顿运动定律 t p ma F ??= =合，动力-阻力=ma 2．系统法 动力-阻力=总质量×加速度 圆周运动 万有引力 1．V? ω? T? f? T f 1=，R t s v ω== f T ππ ω22== ，f T 12==ωπ 2．向心加速度公式： 222 22244v a R R f R R T πωπ==== 3．向心力公式 222 22244mv F m R m R m f R R T πωπ==== 4．万有引力定律 F=G m m r 122 G=6.67×10－112 2 kg m N ? 5．涉及引力的计算模式： 引力==向心力 6．人造卫星的线速度和周期 r GM v =，GM r T 3 2π= 走近中国航天 活动目标： 1. 通过开展走近中国航天这一综合实践活动，调发学生对航天知识的兴趣，产生热爱祖国的情感。 2. 学生运用已有的知识经验，通过思考、分析等过程自行设计解决方案，利用周围的航天资源来解决问题，体会研究性学习的方式，养成探究意识。培养其提出问题、分析问题、解决问题，以及综合运用知识的能力。 3. 在活动中培养学生小组学习、分工合作、积极参与、乐于表现的意识以及与他人分享的态度。正式别人的意见和建议，能够在反思的基础上不断地改进。 活动重点： 此次活动，借走近中国航天这一主题，引导学生学习航天人身上的勇于创新、勇于探索的航天精神。学生在参加实践活动中了解我国的航天史，明确未来的发展路线，产生热爱的航天，热爱祖国的情感。活动过程： 1. 欣赏交流引发主题 师：同学们，在2016年10月17日7时30分，在我们伟大的祖国发生了一件让世界瞩目的大事，那就是神舟十一号载人航天飞船再次搭乘 3 名宇航员执行为期30 天的航天飞行任务，下面我一起来回顾一下那激动人心的精彩场面。 师：航天事业是高难度，高挑战的，它需高素质，高能力的人才，需要不断创新的科学技术。作为中学生，我们将是未来航天事业的后继人，现在世界各国的航天竞争十分激烈，我们应该多了解一些航天知识，为实现我们的航天梦打好基础。 2. 交流讨论征集课题 将学生分成六个组，围绕“中国航天” ，开展组内讨论，选择 1 一-2 个你最有感兴趣，想去研究的问题。填写在卡片上。 学生分组讨论，填写最有兴趣探究问题征集卡。 3. 确定课题收集资料 A航天员训练 航天员的培训内容包括：体质锻炼、理论知识教育、心理训练、特殊环境因素耐力和适应性训练、生存训练和航天器技术训练、航天医学工程技术训练、空间 新人教版高中物理必修二 同步教案 第六章 万有引力与航天 单元复习教案 新课标要求 1、理解万有引力定律的内容和公式。 2、掌握万有引力定律的适用条件。 3、了解万有引力的“三性”，即：①普遍性②相互性 ③宏观性 4、掌握对天体运动的分析。 复习重点 万有引力定律在天体运动问题中的应用 教学难点 宇宙速度、人造卫星的运动 教学方法：复习提问、讲练结合。 教学过程 （一）投影全章知识脉络，构建知识体系 （二）本章要点综述 1、开普勒行星运动定律 第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。 第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。 第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即： 3 2a k T = 比值k 是一个与行星无关的常量。 2、万有引力定律 （1）开普勒对行星运动规律的描述（开普勒定律）为万有引力定律的发现奠定了基础。 （2）万有引力定律公式： 122m m F G r =，1122 6.6710/G N m kg -=?? 周期定律 开普勒行星运动定律 轨道定律 面积定律 发现 万有引力定律 表述 的测定 天体质量的计算 发现未知天体 人造卫星、宇宙速度 应用 万有引力定律 （3）万有引力定律适用于一切物体，但用公式计算时，注意有一定的适用条件。 3、万有引力定律在天文学上的应用。 （1）基本方法： ①把天体的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供： 2 22Mm v G m m r r r ω== ②在忽略天体自转影响时，天体表面的重力加速度：2 M g G R =，R 为天体半径。 （2）天体质量，密度的估算。 测出环绕天体作匀速圆周运动的半径r ，周期为T ，由2 224Mm G m r r T π=得被环绕天体 的质量为2324r M GT π=，密度为3 22 3M r V GT R πρ==，R 为被环绕天体的半径。 当环绕天体在被环绕天体的表面运行时，r ＝R ，则2 3GT π ρ= 。 （3）环绕天体的绕行速度，角速度、周期与半径的关系。 ①由22Mm v G m r r =得v =∴r 越大，v 越小 ②由2 2Mm G m r r ω=得ω=∴r 越大，ω越小 ③由2224Mm G m r r T π=得T =∴r 越大，T 越大 （4）三种宇宙速度 ①第一宇宙速度（地面附近的环绕速度）：v 1=7.9km/s ，人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动的速度。 ②第二宇宙速度（地面附近的逃逸速度）：v 2=11.2km/s ，使物体挣脱地球束缚，在地面附近的最小发射速度。 ③第三宇宙速度：v 3=16.7km/s ，使物体挣脱太阳引力束缚，在地面附近的最小发射速度。 （三）本章专题剖析 1、测天体的质量及密度：（万有引力全部提供向心力） 由r T m r Mm G 2 22??? ??=π 得2 324GT r M π= 又ρπ?=334R M 得3 23 3R GT r πρ= 宇宙航行教案 一、教案背景： １、面向学生:高中２、学科:物理3、课时:１课时 4、课前准备:提前两天布置学习任务 (1)通过网络查阅有关“牛顿对发射人造卫星的理论设想”。 (２)通过网络查阅有关“人类航天事业的发展史”。 （3)通过网络查阅有关“神州五号、六号、七号载人飞船”的发射和运行情况。 二、教材分析： 《宇宙航行》为高中物理人教版必修2第七章的第五节,重点讲述了人造卫星的发射原理,推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个重要实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量,是学生学习了解现代科学知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中的一些基本理论，更在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。学生通过行星的运动一节已经知道了行星的运动规律，因此在分析人造卫星的运动学特点和动力学特点可采取类比的方法，从而进一步理解应用万有引力定律分析天体运动的方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容,是学生进一步学习、研究、探索天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人类在宇宙航行领域中的伟大成就及我国在航天领域成就的了解,也将潜移默化地产生对航天科学的热爱,增强学生的民族自信心和自豪感。 三、教学目标 1、知识与技能 (1）能够用万有引力定律和圆周运动的知识推导第一宇宙速度,了解第二、第三宇宙速度及其意义。 (2)理解卫星的运行速度、周期与半径的关系，了解同步卫星的特点。建立起关于各种卫星运行状况的正确图景。 ２、过程与方法 （1)经历探究人造卫星由设想变成现实的过程,体会猜想、外推的科学方法,培养学生的科学思维。 (２）通过用万有引力定律和圆周运动的知识推导第一宇宙速度，提高学生运 第5节宇宙航行 新课教学 教师活动学生活动设计意图一、宇宙速度 师组织学生观看常娥一号发 射并到达月球的全过程flsh 动画和阅读教材“宇宙速度”。 呈现问题一： 1、抛出的石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？ 2、卫星、月球没有落下来必须具备什么条件？ 师：演示抛物实验，提出问题。 牛顿的思考 与设想： （1）抛出 的速度v越大 时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？让学生带着问题去 阅读课文 激发学生学习的 兴趣 （2）牛顿根据自 4、若此速度再增大，又会出现什么现象？ 5、此抛出的物体速度增大何种程度才能绕地球做圆周运动？组织学生讨论猜 测： 1、平抛物体的速度 逐渐增大，物体的 落地点逐渐变大。 2、速度达到一定值 后，物体将不再落 回地面。 3、物体不落回地面 时环绕地面做圆周 运动，所受地面的 引力恰好来提供向 心力，满足 r mv r GMm2 2 = r GM v= ? 4、若此速度再增 大，物体不落回地 培养学生实验与 理论的结合，对 物理现象进行大 胆科学猜测的能 力。 师：（1）由上面的第5问求得的抛出的物体速度v=7.9km/s时才能绕地球做圆周运动，这一速度就是第一宇宙速度，也是发射卫星能绕地球做环绕飞行的最低发射速度。 意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。 （2）第二宇宙速度 大小 211.2/ v km s =。 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。面，也不再做匀速圆周运动，万有引力不能提供所需要的向心力，从而做离心运动，轨道为椭圆轨道 5、根据万有引力与向心力公式得 r mv r GMm2 2 = r GM v= ? s m/ 10 40 .6 10 98 .5 10 67 .6 6 24 11 ? ? ? ? = - =7.9km/s 必修二 6.5宇宙航行 ——地球同步卫星教案 一、教案背景 本节前已经讲过卫星的发射，环绕的有关知识，对卫星环绕地球飞行的速率、周期等有了初步的了解，高中阶段主要研究的有极地卫星和地球同步卫星，其中地球同步卫星用于通讯等和人们生活息息相关用途，并且其轨道、运动有着其自己的特点。因此设立了本教案让同学们更好的了解同步卫星的特点及用途，培养学生的学习兴趣。 二、教学课题 地球同步卫星 三、教材分析 本节为第六章第五节中的一个内容。此前，学生已经学习了圆周运动和万有引力定律，知道卫星做圆周运动所需要的向心力是万有引力所充当的。并且在万有引力定律的成就一课中，对天体的运动规律也有了一定的认识。 四、三维目标 （一）知识与技能 1、了解地球同步卫星的一些实际应用。 2、了解地球同步卫星的运动特点。 3、地球同步卫星和其他卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量。 4、理解并运用万有引力定律处理地球同步卫星问题的思路和方法。 （二）过程与方法 1、培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法。 2、培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。 3、培养学生自学能力和团队合作意识。 （三）情感、态度与价值观 体会万有引力定律在人类认识自然、改造自然的巨大意义和作用。使学生对航天知识产生兴趣，增强学生学习物理的积极性和主动性。 五、教学重点、难点 重点：地球同步卫星的轨道特点和运行规律。 难点：地球同步卫星的轨道位置的确定。 六、教学方法 教师启发、引导，学生观察并自主思考，讨论、交流学习成果。并结合应用现代信息技术和网络资源。通过分析找到地球表面物体万有引力与两个分力——重力和物体随地球自转的向心力，与同步卫星若在北半球受到的万有引力的两个分力进行对比与比较。得到地球同步卫星轨道位置的结论，并由万有引力定律及同步卫星周期，从而推导地球同步卫星的速度、高度等。 七、教学过程 （一）、新课引入 在地球的周围有许许多多的卫星，有气象卫星、通讯卫星等等。其中有一种很特别的卫星它总是相对于地球的一个固定位置保持相对静止，这种卫星就是地球同步卫星。 播放同步卫星视频：https://www.360docs.net/doc/537790836.html,/flash/html/4/2012/0217/3512.html 同步卫星1_在线视频观看 （二）新课教学 1、简单介绍地球同步卫星 卫星环绕地球的角速度与地球自转的周期相同，相对于地面静止，因此从地球上看它总在某地的正上方，因此叫做地球同步卫星。 学生活动：根据地球同步卫星的定义讨论、归纳、总结其特点： （教师引导并总结） ●与地球具有相同的角速度和周期，地球同步卫星的周期T=24h。 ●相对于地球的某地保持相对静止。 高中物理《宇宙航行》教学设计 高中物理《宇宙航行》教学设计 一、预习目标： 预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。 二、预习内容 1、发射人造地球卫星的最初构想是什么？ 2、第一宇宙速度的计算方法有几种？ 3、你对我国的航空航天知识了解多少？ 课内探究学案 一、学习目标 （1）知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因； （2）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度； （3）简单了解航天发展史。 （4）能用所学知识求解卫星基本问题。 学习重难点： （1）第一宇宙速度的推导； （2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别； 二、学习过程 1、抛物演示实验：学生观察落地点的变化，落地点为什么会变化？ 2、牛顿的思考与设想： 3、问题的提出：人造卫星为什么不掉下来，人造卫星的线速度有多大。 三、方法步骤： 学生活动：分组讨论，得出结论。 1、由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球的引力（即重力），用来充当绕地运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来。 2、由平抛物体的运动规律知： x=v0t① h=② 联立①、②可得：x=v0 即物体飞行的水平距离和初速度v0及竖直高度h有关，在竖直高度相同的情况下，水平距离的大小只与初速度v0有关，水平初速度越大，飞行的越远。 3、当平抛的水平初速度足够大时，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。 学生活动：阅读课文，找出相应答案。 1、卫星绕地球运转时做匀速圆周运动，此时的动力学方程是：G 2、向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。 物理宇宙公式、宇环论、量形几何、物数学之点变壹与点至壹（理论须符合自然规律多对应认识规律一） 发表时间：2018-08-17T10:32:33.587Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：莫学艺 [导读] 摘要：前文已经论述“无→点→线→面→体”中点是系统理论源头，由“无→未知→可知→已知”说明理论体系逻辑源头是未知不可证也无法言语（源于混沌），只能通过质变方式将未知质变为已知成为公认的本质公理。 佛山市顺德区点变壹电器科技有限公司 528305 摘要：前文已经论述“无→点→线→面→体”中点是系统理论源头，由“无→未知→可知→已知”说明理论体系逻辑源头是未知不可证也无法言语（源于混沌），只能通过质变方式将未知质变为已知成为公认的本质公理。此文对“长度”概念作一个观念改变，分为“点量度”与“格量度”，以便匹配“一与多”或其它本质概念作系统理论。一叉多不对等不完备，得不到一至一明确，直接否定用含多质的一个代数字母符号及表达式去证明哥德巴赫猜想与费马大猜想。 关键词：改观，点一对格多不对等不完备，♂空时点量度，M物质C光速格量度，有理数小格与有理数小格末点，无理数余多极此文续《物理宇宙公式、宇环论、量形几何、物数学之质变量变形变》为第39篇。内容庞大碍于篇幅只作纲要、结果描述，相关内容在链接文章中可找到，不便之处函请读者谅解。 【物数理学】：［物数轴：0♂-ф-d- -1-W-P-∞- ］论述数的本质数量形状及变化，指明数的本身是什么。 【物理四大基础本质】：空间（地利）→时间（天时）→物质（人）→力（和）（运动）（速度）（时空）（变化）。 空间点♂，时间点♂，实数点♂。物质格1，速度格1，自然数格1。现有数理体系以实数线段（♂—1）格末点自然数格1开始直至弦论都是格论。狭义相对论以速度格C、量子力学以能量格h为源头作为理论体系核心。 【自然规律多对应认识规律一】：“无→未知→可知→已知”。认识规律是从未知质变为已知，“一”是明确，“多”是模糊，一对一是等价对应，一对多是不对等不完备，说明“数一”不完备。在（未知空时点实数点♂—1已知物力格自然数格）点格双论体系中，实数线段格（♂-1）量度时“无0→未知格始点♂→众多未知格内点 d→格末点1”同时参与，之前理论从自然数格1开始质变为已知进行数理推理，故康托尔建集合论时发现有理数格末点（格点一限）只是离散的星星，而无理数（余多极）才是浩翰的夜空。实数的未知多性也被划分在无理数上。 【点变壹与点至壹】：格始点♂对“一”，格末点1对“多”，“♂〧1点壹互变”是一多互变。［F=Ma牛顿♂（d）—1爱因斯坦P=MC］［蛋♂（d）—1鸡］谁在先？是看选谁作序头论述点格互变或大小格互变。“♂→1点至壹”是从一绝对点（处所）到另一绝对点（处所）或一至多。 【点量度与格量度】：克罗内克给现有数理理论体系作了一个归纳总结：“上帝创造了自然数，其它数都是人造的。”。说明现有数理理论体系是从格末点即自然数格1开始“多→一→无”倒序论起，逐步向格始点即实数点♂迈进，数量也就由少向多变化（自然数是最小集）（数系扩张）。因缺少“一与余多”本质区分，康托尔在建集合论时深受此影响而卡在对实数点本质的认识上。勒贝格作测度论时也是如此。此文将从格始点即实数点♂开始迈向格末点即自然数格1作“无→一→多”正序论述，数量相反的由多向少变化（数系划分），对应的图景是空间点格（♂—000）由物力格1去划分解读⊙（无→空间→物力）。虽然我们无法言语也无法比划点长度，但它是区分于“0无”而表“有”即“♂点量度”虽不是“1格量度”但也不是“0无”。实现点组线由哲理向数理的演变：∫♂〧1，此处将改变“点的长度为0”的观念［相应的有：（无）0测度、（一点）点测度、（多点）格测度概念，无理数的测度为：W=000－P］。得出微量的表达符号及形式，通过♂〧d〧1可作一变多、小多变大多的本质变换，实现微积分的基本思想量变与质变：∫♂〧1；∫d〧1。显然实数点♂（点一）不可分，自然数格1（格多）可分。 【无→一→多→多多→】：是时间单向逻辑序。现有数理理论体系都是在格多本质上论述，以区间［a，b］表示多点论，缺少“一”本质论即一点论［♂］［♂a］［♂b］。千年来学界也不约而同的默认区间是由无穷多的点组成：1/♂=000。但实际上应该有2点、3点、小多点、大多点、有限点P和无限点000本质存在。若以“量度”表“有”来区分“0无”，则有“点量度与格量度”之分来匹配数量上的“一与多”本质概念。1是一，2是多［2是多本质（实数集）中最小一个］，那么哥猜的1+1与1+2是“一、多”本质区分而不是一步之遥。本质概念不同是牛头不对马嘴。（费马猜与欧拉猜是否说明空间只有三维？） 【有理数小格与有理数小格末点】：格末点自然数格1开始作数量推理得到的有理数与自然数一样是格本质（可数格集）。有理数点是格末点而不是单独一点，因为格多才有分本质，单独一点不可分。这种微秒的本质区分在论述中往往会出现错位混搭（勒贝格测度论中的有理数测度为0是“无→点→格”混搭）。因格1内含多本质故一个代数字母X含多本质公理，得不到一至一明确，直接否定用含多质的代数字母符号及表达式去证明哥猜与费马猜。显然代数是理论思维分界屏障，形式化梦想破灭。 【无理数】：无理数是未知余多极无穷趋向限呈近似值：1×1＝1；1×2＝2；1×3＝3；2×2＝4，由于质因数分解唯一性，则√2、√3等只能是无理数，依理类推将乘方数之外的数进行开方的结果都是无理数根。√2＝P/q的证明是不合理的，因√2质变为2已不等价于等号右边小数（无之无与有的有之质变之别）。 【哥猜与费马猜】：证明一个定理就是去寻找它的本质公理或从格多寻找点一。多是模糊概念，一叉多是不对等不完备认识模糊。哥猜（不定方程：偶合〧质数＋质数）与费马猜（不定不等式：指合≠指合＋指合，指n＞2）不可明证的原因在先天之缺宇环图⊙无极图中：1）命题涉及未知无穷多（∞、000）源本质概念，超出了证明管辖范围P。因这样的多是源一本质集合多，不是一本质生成的数量多。2）涉及本质不同不可证，连续统假设不可证，可数集证明不了不可数集；一证不了多，小证不了大。3）涉及逻辑源头是悟不是证，只可发现不可证，无法言语♂点的来龙去脉更不用说证。4）涉及哥德尔定理可证是真，真不一定可证。互斥两本质无有、是否互指与未知不可证。5）涉及一叉多不对等不完备矛盾对应。受自然对象的多与认识符号的一的不对等制约。一个代数字母X含多本质公理，得不到一至一明确。薛定谔猫的生死两本质重叠在看一眼上是一叉二排中认识模糊。自然数格1内含等与不等双本质，故作代数表达式等价变换时无须将不等假设为等。6）涉及无与有、是与否、等与不等的源头本质分叉互斥划分认识，其只有归属无对等，只有操作无推理，判断依据为两点是否重合：A-B＝0；A-B≠0。7）涉及本质分叉区分后是否会变等〧，这只能一一变化比较验证，但格内点无穷多1/♂＝000无法一一验证无法完备。8）涉及不等价无穷指变不可推理，也只能一一验证，也无法完备验证。9）涉及潜无穷∞与格缩无穷小ф的瞬变与不可完结性验证， 宇宙航行教案 一、教案背景 本节前已经讲过卫星的发射，环绕的有关知识，对卫星环绕地球飞行的速率、周期等有了初步的了解，高中阶段主要研究的有极地卫星和地球同步卫星，其中地球同步卫星用于通讯等和人们生活息息相关用途，并且其轨道、运动有着其自己的特点。因此设立了本教案让同学们更好的了解同步卫星的特点及用途，培养学生的学习兴趣。 二、教学课题 地球同步卫星 三、教材分析 本节为第六章第五节中的一个内容。此前，学生已经学习了圆周运动和万有引力定律，知道卫星做圆周运动所需要的向心力是万有引力所充当的。并且在万有引力定律的成就一课中，对天体的运动规律也有了一定的认识。 四、三维目标 （一）知识与技能 1、了解地球同步卫星的一些实际应用。 2、了解地球同步卫星的运动特点。 3、地球同步卫星和其他卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量。 4、理解并运用万有引力定律处理地球同步卫星问题的思路和方法。 （二）过程与方法 1、培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法。 2、培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。 3、培养学生自学能力和团队合作意识。 （三）情感、态度与价值观 体会万有引力定律在人类认识自然、改造自然的巨大意义和作用。使学生对 航天知识产生兴趣，增强学生学习物理的积极性和主动性。 五、教学重点、难点 重点：地球同步卫星的轨道特点和运行规律。 难点：地球同步卫星的轨道位置的确定。 六、教学方法 教师启发、引导，学生观察并自主思考，讨论、交流学习成果。并结合应用现代信息技术和网络资源。通过分析找到地球表面物体万有引力与两个分力——重力和物体随地球自转的向心力，与同步卫星若在北半球受到的万有引力的两个分力进行对比与比较。得到地球同步卫星轨道位置的结论，并由万有引力定律及同步卫星周期，从而推导地球同步卫星的速度、高度等。 七、教学过程 （一）、新课引入 在地球的周围有许许多多的卫星，有气象卫星、通讯卫星等等。其中有一种很特别的卫星它总是相对于地球的一个固定位置保持相对静止，这种卫星就是地球同步卫星。 （二）新课教学 1、简单介绍地球同步卫星 卫星环绕地球的角速度与地球自转的周期相同，相对于地面静止，因此从地球上看它总在某地的正上方，因此叫做地球同步卫星。 学生活动：根据地球同步卫星的定义讨论、归纳、总结其特点： （教师引导并总结） ●与地球具有相同的角速度和周期，地球同步卫星的周期T=24h。 ●相对于地球的某地保持相对静止。 提出疑问：既然是相对于地球某地保持静止，那么在大连的上空有没有地球同步卫星？并给出若卫星相对于大连所在的北半球保持静止应有的轨道图片。 2、地球同步卫星的轨道 6.5 《宇宙航行》 一、教材分析 《宇宙航行》系新课程人教版必修2第七章第五节，重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。 二、教学目标 （一）知识与技能 （1）知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因； （2）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度； （3）简单了解航天发展史。 （4）能用所学知识求解卫星基本问题。 （二）过程与方法 （1）培养学生科学探索能力； （2）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力； （3）学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。 （三）情感态度与价值观 介绍我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。 课时安排：一节课 教具：多媒体课件、投影仪、计算机 三、教学重点难点 （1）第一宇宙速度的推导； （2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别； 四、学情分析 从学生年龄特征来看，学生处于高一年级，大多是90年出生，17岁已经对本节知识有一定的接受能力，但比较起成年人来还不及，尤其是对知识体系条理性掌握，对易混淆知识的辨别能力还欠缺。从学生的知识基础来看，本节与第六章息息相关，不同水平的学生学起来认知程度不一样。从认知特点及思维规律来看，学生容易接收表象、浅显的知识，不易接收推理性强、易混淆的知识。 五、教学方法 启发探究式教学、多媒体辅助教学。 六、课前准备 1．学生的学习准备：预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。高中物理_宇宙航行教学设计学情分析教材分析课后反思
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