《宇宙航行》导学案(带答案)
7.4 宇宙航行(导学案)--2023-2024学年高一物理同步备课系列(人教版2019必修第二册)
第4节 宇宙航行导学案【学习目标】1.知道三个宇宙速度及含义，了解卫星的分类。
2.会推导第一宇宙速度，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
【学习重难点】1.理解第一宇宙速度，并且计算不同星球的第一宇宙速度。
（重点）2.掌握人造卫星线速度、角速度、周期等物理量的关系。
（重点难点）【知识回顾】 一、万有引力定律1.内容：自然界中任何两个物体都相互 ，引力的方向在它们的 上，引力的大小与物体的质量m 1和m 2的乘积成 ，与它们之间距离r 的二次方成 。
2.表达式：F ＝ 。
比例系数G 叫作引力常量，适用于任何两个物体。
二、“称量”地球的质量1.思路：地球表面上质量为m 的物体，若不考虑地球自转，物体的重力等于地球对物体的万有引力。
2.关系式：mg ＝ (m 地为地球质量，R 为地球的半径)。
3.结论：m 地＝ ，只要知道g 、R 、G 的值，就可计算出地球的质量。
三、计算天体的质量1.思路：质量为m 的行星绕太阳做匀速圆周运动时，行星与太阳间的万有引力提供向心力。
2.关系式：(m 太为太阳的质量，r 为行星与太阳的距离)3.结论：m 太＝ ，只要知道行星绕太阳运动的周期T 和轨道半径r 就可以计算出太阳的质量。
【自主预习】 一、宇宙速度 1.环绕速度一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球的质量为m 地，卫星的质量为m ，向心力由地球对它的 提供，即G mm 地r 2＝m v 2r ，则卫星在轨道上运行的线速度v ＝ 。
2.第一宇宙速度(1)定义：物体在地球附近绕地球做运动的速度叫作第一宇宙速度。
(2)大小：v＝7.9 km/s。
3.第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果速度大于，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开。
我们把叫作第二宇宙速度。
4.第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。
宇宙航行导学案
6.5 宇宙航行（导学案）一、学习目标1.了解人造卫星的有关知识2.知道三个宇宙速度的含义，会用两种方法推导第一宇宙速度。
3.了解人类对宇宙的探索,培养献身科学的价值观.二、学习重、难点：重点：1、弄清人造卫星的运动规律 2、知道宇宙速度，会用两种方法推导第一宇宙速度。
难点：弄清人造卫星的运动规律三、知识链接：天体或卫星绕中心天体做匀速圆周运动，提供向心力，其核心方程为。
若在中心天体表面附近绕中心天体做匀速圆周运动，提供向心力，而又近似等于万有引力, 其核心方程为。
四、学习过程1、设天体A绕天体B做匀速圆周运动，则天体A的线速度、角速度、周期及加速度的大小分别由哪些量决定？2、关于发射卫星的问题，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，落地点也就一次比一次远。
如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。
如图。
请你替牛顿算一算，需要多大的速度物体才能不落回地球，而是像卫星一样绕地球做匀速圆周运动？3、第一宇宙速度，第二宇宙速度（逃逸速度），第三宇宙速度。
当抛出速度v满足7.9km/s<v<11.2km/s时，物体将；当抛出速度v满足11.2km/s≤v<16.7km/s时，物体将；当抛出速度v满足16.7km/s≤v时，物体将。
4、通过刚才的计算我们知道7.9km/s的速度是卫星在地球表面运动时的速度，即近地卫星的速度。
实际应用中的近地卫星在100～200km的高度飞行，与地球半径6400km相比，完全可以说是在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离r即轨道半径。
比较近地轨道外层轨道上的卫星的线速度与7.9km/s相比是大还是小呢？5、发射速度：；运动速度（环绕速度）。
6、第一宇宙速度是（“最大”或“最小”）的环绕速度，同时也是的发射速度。
7、什么是同步卫星？同步卫星有哪些特点？几颗同步卫星就能实现全球通信？五、课堂达标1、可发射一颗人造卫星，使其圆轨道满足下列条件（）A、与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆B、与地球表面上某一经度线是共面的同心圆C、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是运动的D、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是静止的2、我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的。
宇宙航行导学案
6.5《宇宙航行》导学案寄语：全身心地投入、快乐地坚持；珍惜时间、合理作息；学会自我管理。
【学习目标】1、了解人造卫星的相关知识，准确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
【学习重点】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。
【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、掌握相关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
【课前预习】（课前必须完成）一、知识回顾（课前必须完成）1.计算天体质量的方法：2.解决天体问题的基本思路：二、知识导学（课前必须完成）1.什么是第一宇宙速度？其数值是多少？是怎么推导的？2.什么是第二宇宙速度？其数值是多少？3.什么是第三宇宙速度？其数值是多少？【合作探究 交流展示】（课堂中完成）（认真阅读教材，回答下列问题）一、宇宙速度1、牛顿对人造卫星原理的描绘 牛顿的设想是： 。
2、第一宇宙速度的推导方法一：设地球质量为M ，半径为R ，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m ，飞行器的速度为v 1（第一宇宙速度），飞行器运动所需的向心力是由万有引力提供的，近地卫星在“地面附近”飞行，能够用地球半径R 代表卫星到地心的距离，所以列出方程 ，由此解出v 1=____ _。
方法二：物体在地球表面受到地球对它的的引力能够近似认为等于重力，所以列出方程 ，由此解得v 1=___ __。
3、第二宇宙速度是飞行器克服地球的引力，离开地球束缚的速度，是在地球上发射绕太阳运行或飞到其他行星上去的飞行器的最小发射速度。
其值为：_____ _ __。
4、第三宇宙速度是在地面附近发射一个物体，使它挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须达到的速度。
其值是______ __ _。
注意：(1)、三个宇宙速度均指的是发射速度，而非环绕速度。
(2)、第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度是地球卫星的最大环绕速度。
5、卫星的轨道请大家看下面的几条卫星轨道，试（1）判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的？（2）总结一下卫星的轨道有什么特点？6、卫星的运行（1）、人造卫星绕地球运行的动力学原因是什么？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，人造卫星作匀速圆周运动的向心力由 提供，即 。
6.5宇宙航行(导学案)
6.5宇宙航行（导学案）6.5宇宙航行班级第组姓名【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。
（3）激情投入，展示自我，享受合作学习的快乐。
【新课讲解】一、再次循着牛顿的足迹1.我们知道，在地面上将一个物体水平抛出，若抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。
如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？不能2. 早在16世纪牛顿就曾思考过这样一个问题：从地球的高山上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。
如果抛出的速度足够大，物体就不再落回地面，它将环绕地球运动，成为一颗卫星。
3. 以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？请你用万有引力的有关知识把它算出来，要求写出计算步骤和结果。
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。
3．第三宇宙速度从地球表面出发，为摆脱太阳系引力场的束缚，飞向恒星际空间所需的最小速度。
大小：16.7km/s。
意义：使卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
【合作探究】目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了，这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的快慢与什么因素有关呢？『问题探究一』卫星运行的线速度与轨道半径的关系（提示：记得用黄金代换式：GM=gR2）『问题探究二』卫星运行的角速度与轨道半径的关系『问题探究三』卫星运行的周期与轨道半径的关系结论：卫星运行的线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由旋转半径决定。
『问题探究四』当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径（r=R=6400km），请计算出此时的线速度、角速度、周期分别为：V=ω=T=交流与讨论：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星并说明原因？结论：①当卫星环绕地球表面运行时线速度，角速度，周期。
7.4宇宙航行 导学案
7.4宇宙航行导学案一、学习任务：（1）通过牛顿的设想了解人造卫星的发射原理，知道三个宇宙速度的含义，并能够推导第一宇宙速度。
（2）能正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，知道什么是同步卫星。
（3）了解人类探索宇宙的进程及我国的航天成就。
二、主干知识三、学习环节：环节一：了解三种宇宙速度1．第一宇宙速度①定义：物体在地球附近绕地球做______运动的速度②地球的第一宇宙速度的计算当卫星的轨道半径r等于地球半径R时，卫星环绕速度为第一宇宙速度，即7.9km /s GM v R=≈ ③ 对第一宇宙速度的理解“最小______”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。
近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。
“最大______ ”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由GM v r=一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度。
2．第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9km/s ，又小于______，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
当飞行器的速度等于或大于______时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
我们把11.2km/s 叫作第二宇宙速度。
3．第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于______，这个速度叫作第三宇宙速度。
思考与讨论：有人说第一宇宙速度也可用v =√gR （式中g 为地球表面处重力 加速度，R 为地球半径）算出，你认为正确吗？注意：第一宇宙速度两种推导方式。
练习1.关于宇宙速度的说法,正确的是( )A.第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度B.第一宇宙速度是地球同步卫星的发射速度C.人造地球卫星运行时的速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间D.第三宇宙速度是物体逃离地球的最小速度解析:第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度,同时也是人造地球卫星的最大运行速度,故选项A 正确,B,C 错误;第二宇宙速度是物体逃离地球的最小速度,选项D 错误.环节二：讨论人造卫星的运行规律1.人造地球卫星的轨道（1）卫星的轨道平面可以在 平面内(如同步轨道)，可以通过 上空(极地轨道)，也可以和 成任意角度；（2）因为地球对卫星的 提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以必定是卫星圆轨道的圆心．2、做匀速圆周运动的人造卫星运行规律人造地球卫星绕地球做圆周运动，其所受地球对它的______提供它做圆周运动的向心力，则有：G Mmr2＝__________＝__________＝________＝________，由此可得a＝______，v＝______，ω＝________，T＝________。
人教版高一物理必修二6.5宇宙航行(导学案及习题,教师版)全面版
§6.5 宇宙航行学习目标1.认识卫星的发射运转等情况 . 认识飞船飞入太空的情况 .2.知道三个宇宙速度的含义 , 会推导第一宇宙速度 .3.激情投入、交流、谈论，知道三个宇宙速度的含义 , 会推导第一宇宙速度学习重点：知道三个宇宙速度的含义 , 会推导第一宇宙速度学习难点：推导第一宇宙速度预习案1．第一宇宙速度的推导方法一：设地球质量为 M，半径为 R，绕地球做匀速圆周运动的翱翔器的质量为 m，翱翔器的速度（第一宇宙速度）为 v。
, 翱翔器运动所需的向心力是由万有引力供应的，近地卫星在“地面周边”翱翔，能够用地球半径R代表卫星到地心的距离，所以，由此解出 v =_____。
方法二：物体在地球表面碰到的引力能够近似认为等于重力，所以，解得v=_____。
关于第一宇宙速度有三种说法：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必定达到的最小速度，是近地卫星的环绕速度，是地球卫星的最大运转速度。
其他第一宇宙速度是卫星有关于地心的线速度。
地面上发射卫星时的发射速度，是卫星获得的相对地面的速度与地球自转速度的合速度。
所以赤道上自西向东发射卫星能够节约必然的能量。
2．第二宇宙速度，是翱翔器战胜地球的引力，走开地球拘束的速度，是在地球上发射绕太阳运转或飞到其他行星上去的翱翔器的最小发射速度。
其值为： ________。
第三宇宙速度，是在地面周边发射一个物体，使它挣脱太阳引力的拘束，飞到太阳系外，必定达到的速度。
其值是 _________。
3．人造地球卫星（1）人造地球卫星的轨道和运转速度卫星地球做匀速圆周运动时，是地球的引力供应向心力，卫星碰到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向向来指向圆心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。
这样就存在三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星向来处于赤道上方；②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空；③一般轨道，卫星轨道和赤道成必然角度。
宇宙航行导学案
宇宙航行【学习目标】1.了解人造卫星的有关知识，知道其运动规律。
2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
3.搞清环绕速度与轨道半径的关系。
【重点】会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义。
【难点】环绕速度与轨道半径的关系。
【自主导学】一、宇宙速度：1. 第一宇宙速度:物体在地面附近绕地球做的速度，叫做第一宇宙速度。
[说一说]：在地面附近将物体以一定的水平速度发射出去，如果速度，物体不再在落回地球表面，而是刚好在地球表面附近围绕地球做运动，成为地球的，这时的发射速度就叫做第一宇宙速度。
第一宇宙速度是人造地球卫星的最发射速度，也是卫星在地球表面附近围绕地球做匀速圆周运动的运行速度，是人造地球卫星的最运行速度。
第一宇宙速度的推导：方法一：设地球质量为M，半径为R，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞行器的速度（第一宇宙速度）为v。
飞行器运动所需的向心力是由万有引力提供的，近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离，由此解出v=_____。
方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，v=_____。
关于第一宇宙速度有三种说法：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，是近地卫星的环绕速度，是地球卫星的最大运行速度。
2. 第二宇宙速度:在地面附近发射物体，当物体的速度等于或大于 km/s，它就会克服的引力，永远离开地球，成为太阳的人造行星，这时的发射速度就叫做第二宇宙速度。
[思考与讨论]：在地面附近发射物体，如果发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运行的轨迹是。
3. 第三宇宙速度:在地面附近发射物体，当物体的速度等于或大于 km/s，它就会挣脱的束缚，飞到太阳系以外，成为人造小恒星，这时的发射速度就叫做第三宇宙速度。
4．拓展辨析:a:运行速度:指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度b:发射速度:指被发射物体离开地面时的水平初速度二、人造地球卫星的发射与运转规律1、人造地球卫星的线速度跟半径是什么关系？卫星的线速度什么时候最大？2、卫星的周期跟半径是什么关系？卫星的周期什么时候最小？人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则万有引力提供向心力，即：F万=F向，公式___________=ma=________ _ =_____ =____ ___1)a=_____ __,可见随着轨道半径增大，卫星的向心加速度；2)v=_____ ___,随着轨道半径的增大，卫星线速度；3)w=___ _____,随着轨道半径的增大，卫星的角速度；4)T=______ ___,随着轨道半径的增大，卫星绕地球运行的周期，三、地球同步卫星1、同步卫星：是指相对于地面静止的卫星。
6—5《宇宙航行》导学案
0605《宇宙航行》导学案编写人：朱义基班级：姓名：第组【学习目标】1．深刻理解三个宇宙速度的意义，能够推导第一宇宙速度，简单了解世界和我国的航天发展史。
2．自主学习、合作探究，掌握推导第一宇宙速度的两种方法。
3．积极思考、全力以赴，培养科学探索精神。
【重点】了解宇宙速度及其物理意义。
【难点】第一宇宙速度的推导、第一宇宙速度的具体含义。
预习案——新知初探·自主学习一、宇宙速度1．第一宇宙速度（1）大小：_______km/s（2）意义：①卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做___________运动的最大速度。
②使卫星绕地球做匀速圆周运动的最小地面发射速度。
2．第二宇宙速度（1）大小：________km/s（2）意义：使卫星挣脱________引力束缚的最小地面发射速度。
3．第三宇宙速度（1）大小：________ km/s（2）意义：使卫星挣脱________引力束缚的最小地面发射速度。
二、卫星运行的参数人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的___________提供向心力。
由此可推出卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：v=__________ω=__________T=__________探究案【质疑探究】——质疑解疑、合作探究探究点一三个宇宙速度（难点）问题1：以多大的速度发射物体，这个物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星？问题2：如果发射速度大于第一宇宙速度，结果会怎样？问题3：若地球质量M约为6×1024kg，地球平均半径为6400km，近地卫星的轨道半径约为地球半径，则其运行速度是多少？（G=6.67×10-11N·m2/kg）针对训练1：关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是( ) A．第一宇宙速度又叫地面附近的环绕速度B．第一宇宙速度又叫脱离速度C．第一宇宙速度跟地球的质量无关D．第一宇宙速度跟地球的半径无关探究点二人造卫星的运行规律（重点）问题4：什么力提供卫星做匀速圆周运动所需的向心力？问题5：假设地球和卫星的质量分别为M与m，卫星的轨道半径为r，则卫星在轨道上的运行速度是多少？角速度又为多少？周期呢？问题6：若地球质量M约为6×1024kg，地球平均半径为6400km，地球表面附近的重力加速度为g=9.8m/s2，那么我们能否发射一颗周期为60min的卫星呢？针对训练2：已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，某人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀速圆周运动，求：（1）卫星的线速度；（2）卫星绕地球做匀速圆周运动的周期．拓展提升：1．什么是发射速度？2．什么是运行速度？探究点三同步卫星（重点）问题7：能否发射一颗人造地球卫星，使其圆轨道与地球表面上某一纬线（非赤道）是共面的同心圆？问题8：能否发射一颗人造地球卫星，使其圆轨道与地球表面上的赤道是共面的同心圆，且卫星相对地面是静止的？问题9：已知地球的半径为R＝6400 km，地球表面附近的重力加速度g取9.8 m/s2，若发射一颗地球的同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和线速度应为多大？规律总结：1．人造地球卫星运行轨道的中心为什么必须是地球的球心？2．同步卫星为何要定点在赤道上方？3．同步卫星有哪些特点和用途？针对训练3：据报道．我国数据中继卫星“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l 日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道。
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§5．宇宙航行 §6．经典力学的局限性——问题导读 （命制教师：张宇强）§5．宇宙航行 §6．经典力学的局限性——问题导读使用时间： 月 日—— 月 日姓名 班级【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。
【问题导读】认真阅读《课本》P44—P51内容，并完成以下导读问题：一、人造地球卫星如图所示，当物体的 足够大 时，它将会围绕 旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的 。
一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做 运动，向心力由地球对它的提供，即G Mm r2 = ，则卫星在轨道上运行的线速度v = 二、三个宇宙速度的比较数值 意义 第一宇宙速度km/s (1)卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的最 速度； (2)使卫星绕地球做匀速圆周运动的最 地面发射速度 第二宇宙速度km/s 使卫星挣脱 引力束缚的最 地面发射速度 第三宇宙速度 km/ s 使卫星挣脱 引力束缚的最 地 面发射速度三、经典力学的成就和局限性1、经典力学的成就牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中，§5．宇宙航行§6．经典力学的局限性——问题导读（命制教师：张宇强）经受了实践的检验，取得了巨大的成就.2、经典力学的局限性（1）牛顿力学即经典力学，它只适用于、的物体，不适用于和的物体。
（2）狭义相对论阐述了物体以接近光速运动时遵从的规律，得出了一些不同于经典力学的结论，如质量要随物体运动速度的增大而。
（3）20世纪20年代，建立了量子力学，它正确描述了粒子的运动规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用.（4）爱因斯坦的广义相对论说明在的作用下，牛顿的引力理论将不再适用.预习检测：1．两颗卫星A、B的质量相等，距地面的高度分别为H A、H B，且H A<H B，那么这两颗卫星做圆周运动所需的向心力哪个较大？2．判断正误绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10km/s．( )在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s．( )要发射一颗月球人造卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s．()3．“天宫一号”目标飞行器在距地面355 km的轨道上做圆周运动，它的线速度比7.9 km/s大还是小？4．要使发射出去的人造卫星能够绕地球做圆周运动，则在地面发射时的速度需满足什么要求？根据天体运动的规律，在地面发射速度越大的卫星到达太空绕地球做圆周运动的速度越大还是越小？§5．宇宙航行 §6．经典力学的局限性——课堂导学姓名 班级【问题导读】一、人造地球卫星的轨道人造卫星的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道.1、椭圆轨道：地心位于椭圆的一个焦点上.2、圆轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所需的向 心力由万有引力提供，由于万有引力指向地心，所以卫星的轨道圆心必然是地心，即卫星在以地心为圆心的轨道 平面内绕地球做匀速圆周运动.总之，地球卫星的轨道平面可以与赤道平面成任意角度，但轨道平面一定过地心。
当轨道平面与赤道平面重合时，称为赤道轨道；当轨道平面与赤道平面垂直时，即通过极点，称为极地轨道，如图所示.二、地球同步卫星1、定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星.3、六个“一定”①同步卫星的运行方向与地球自转方向一致.②同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，T =24h.③同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度.④同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都在赤道的正上方. ⑤同步卫星的高度固定不变，同步卫星距地面高度h = 3. 6×104 km.三、人造地球卫星的向心加速度a 、线速度v 、角速度ω、周期T 跟轨道半径r 的关系 人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力（地球质量为M ，卫星质量为m )1、由G Mm r 2 = ma n 得a n = G M r2 ，则r 越大，a n 越小。
2、由G Mm r 2 = m v 2r 得v =rGM ，则r 越大，v 越小. 对于近地卫星（r =R 地）的线速度v =地R GM =地R g =7.9km/s ，即第一宇宙速度，是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，也是发射卫星的最小速度.3、由G Mm r 2 = m ω2r 得ω=3r GM ，则r 越大，ω越小.4、由G Mm r 2 =m (T π2)2r 得 T =GMr 324π，则 r 越大，T 越大. 对于近地卫星（r =R 地）的周期T=5063s≈84min ，其他所有卫星的周期都大于这个数值， 即该值是地球卫星周期的最小值.※人造卫星在圆轨道上运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于完全失重状态，凡是和重力有关的现象都会消失.四、三个宇宙速度1、第一宇宙速度（环绕速度）（1）定义：又叫环绕速度，是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度.是人造地球卫星的最小发射速度，v =7.9km/s（2）推导：设地球的质量为M ，卫星的质量为m ,卫星到地心的距离为r ，卫星做匀速圆周运动的线速度为v ：2、第二宇宙速度（脱离速度}在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为11.2 km/s.3、第三宇宙速度（逃逸速度）在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力作用，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其大小为 16.7 km/s.※注意：（1）第一宇宙速度是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，也是最小发射速度.（2）当在地面上以7.9 km/s<v <11.2 km/s 的速度发射卫星时，该卫星的轨道是椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上.（3）三个宇宙速度分别为三种不同情况下在地面附近的最小发射速度.不同星球的第一宇宙速度不同.五、卫星轨道变化问题卫星从低轨道→高轨道：做离心运动，受力条件：提供的向心力（万有引力）< 所需向心力（mv 2r） 卫星应加速才能变轨；卫星从高轨道→低轨道：做近心运动，受力条件：提供的向心力（万有引力）> 所需向心力（mv 2r） 卫星需减速才能变轨。
【课上基础训练】1、是否可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道( )A．与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面的同心圆B．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面的同心圆C．与地球表面上赤道线是共面的同心圆，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的同心圆，但卫星相对地球是运动的2．在轨道上运行的人造地球卫星，若卫星上的天线突然折断，则天线将（）A．做自由落体运动B．做平抛运动C．和卫星一起绕地球在同一轨道上运行D．由于惯性沿轨道切线方向做直线运动3．当人造卫星绕地球做匀速圆周运动时，其绕行速度（）A．一定等于7.9千米/秒B．一定小于7.9千米/秒C．一定大于7.9千米/秒D．介于7.9～11.2千米/秒4．发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送人同步椭圆轨道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l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5．同步卫星在赤道上空同步轨道上定位以后，由于受到太阳、月球及其他天体的引力作用影响，会产生漂移运动而偏离原来的位置，若偏离达到一定程度，就要发动卫星上的小发动机进行修正。
如图所示中A为离地面36000km的同步轨道，B和C为两个已经偏离轨道但仍在赤道平面内运行的同步卫星，要使它们回到同步轨道上，应( )A．使B适当减速B．开使B适当加速C．使C适当减速D．使C适当加速6．金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍。
那么，（1）金星表面的自由落体加速度是多大？（2）金星的第一宇宙速度是多大？§5．宇宙航行§6．经典力学的局限性——课后拓展训练【课后拓展训练】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．如图所示的圆a、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a B．卫星的轨道可能为bC．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T1=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T2＝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．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10．一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。