高一物理必修二6.5宇宙航行导学案
高中物理6.5《宇宙航行》教案(2)(新人教版必修2)
6.5 宇宙航行★新课标要求（一）知识与技能1、了解人造卫星的有关知识。
2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
（二）过程与方法通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力（三）情感、态度与价值观1、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。
2、感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。
★教学重点、难点第一宇宙速度的推导、运行速率与轨道半径之间的关系★教学建议随着航天事业的飞速发展，人造地球卫星的应用也越来越广泛.从高考命题的指导思想来看，要求高考试题具有时代气息，反映现代科技的发展和动向，因此有关卫星的问题将继续是高考的热点问题。
解决卫星的运动问题，其依据都是万有引力提供向心力，列出相应的方程，就可得出向心加速度、线速度、角速度、周期跟轨道半径的关系.通过例题和练习，帮助学生掌握这一基本方法。
★教学片段1、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？2、物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系?3、若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？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 =v 0t① h =221gt ② 联立①、②可得： x =v 0gh 2 即物体飞行的水平距离和初速度v 0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v 0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 rv m r Mm 22= 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。
【教案学案】物理必修二6.5宇宙航行
第六章 万有引力和航天第五节 宇宙航行编制 审核 编号[学习目标] 1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．(重点) 2.掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．(重点) 3.理解近地卫星、同步卫星的区别．(难点) 4.掌握卫星的变轨问题．(难点)基础知识[先填空]1．牛顿的“卫星设想”如图651所示，当物体的初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的人造卫星．图651 2．原理一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力提供，即G Mm r2＝m v 2r ，则卫星在轨道上运行的线速度v ＝ 3．宇宙速度4.1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星．1969年7月，美国“阿波罗11号”登上月球．2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空．2010年10月1日，我国的“嫦娥二号”探月卫星发射成功．2013年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功．[后判断]1．绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.(×)2．在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s.(√)3．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.(×)能力提升学生分组探究一 第一宇宙速度的理解与计算第1步探究——分层设问，破解疑难1．通常情况下人造卫星总是向东发射的，为什么？【提示】 由于地球的自转由西向东，如果我们顺着地球自转的方向，即向东发射卫星，就可以充分利用地球自转的速度，节省发射所需要的能量．2．我们要想往月球上发射一颗人造卫星，则发射速度必须要大于等于11.2 km/s 吗？【提示】 不需要.11.2 km/s 是使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度，而月球在地球引力的控制范围内．第2步结论——自我总结，素能培养1．第一宇宙速度的定义又叫环绕速度，是人造地球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 ＝7.9 km/s.2．第一宇宙速度的计算设地球的质量为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 ： 方法一：万有引力提供向心力→G Mm r 2＝m v 2r →v ＝GM r ――→r ＝R ＝6.4×106 m M ＝5.98×1024 kg v ＝7.9 km/s 方法二：重力提供向心力→mg ＝m v 2r →v ＝gr ――→r ＝R ＝6.4×106 m g ＝9.8 m/s2v ＝7.9 km/s 3．第一宇宙速度的推广 由第一宇宙速度的两种表达式可以看出，第一宇宙速度之值由中心星体决定，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应以v ＝GM r 或v ＝gr 表示，式中G 为万有引力常量，M 为中心星球的质量，g 为中心星球表面的重力加速度，r 为中心星球的半径．第3步例证——典例印证，思维深化若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为( )A ．16 km/sB ．32 km/sC ．4 km/sD ．2 km/s【答案】 A第4步巧练——精选习题，落实强化1．(2015·衡阳高一期末)某人在一星球上以速率v 竖直上抛一物体，经时间t 物体以速率v 落回手中，已知该星球的半径为R ，求这个星球上的第一宇宙速度．【解析】 由匀变速运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g ＝2v t ，第一宇宙速度即为卫星在星球表面附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的万有引力提供向心力，而万有引力又可近似认为和物体重力相等，所以有mg ＝m v 21R. 第一宇宙速度v 1＝ gR ＝ 2v R t .【答案】 2v R t2．质量相等的甲、乙两颗卫星分别贴近某星球表面和地球表面围绕其做匀速圆周运动，已知该星球和地球的密度相同，半径分别为R 和r ，则( )A ．甲、乙两颗卫星的加速度之比等于R ∶rB ．甲、乙两颗卫星所受的向心力之比等于1∶1C ．甲、乙两颗卫星的线速度之比等于1∶1D ．甲、乙两颗卫星的周期之比等于R ∶r【答案】 A学生分组探究二 卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系第1步探究——分层设问，破解疑难人造卫星的运行速度与其质量有关吗？【提示】 无关．由G Mm r 2＝m v 2r 得v ＝GM r ，可见人造卫星的运动速度与其质量无关． 第2步结论——自我总结，素能培养为了研究问题的方便，通常认为卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由万有引力提供．小．可以概括为“高轨低速长周期”．第3步例证——典例印证，思维深化图652如图652所示为在同一轨道平面上的几颗人造地球卫星A 、B 、C ，下列说法正确的是( )A ．根据v ＝gR ，可知三颗卫星的线速度v A ＜vB ＜v CB ．根据万有引力定律，可知三颗卫星受到的万有引力F A ＞F B ＞F CC ．三颗卫星的向心加速度a A ＞a B ＞a CD ．三颗卫星运行的角速度ωA ＜ωB ＜ωC【答案】 C第4步巧练——精选习题，落实强化3．(2013·广东高考)如图653，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M 和2M 的行星做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )图653A ．甲的向心加速度比乙的小B ．甲的运行周期比乙的小C ．甲的角速度比乙的大D ．甲的线速度比乙的大【答案】 A4．“玉兔号”登月车在月球表面接触的第一步实现了中国人“奔月”的伟大梦想．机器人“玉兔号”在月球表面做了一个自由下落实验，测得物体从静止自由下落h 高度的时间为t ，已知月球半径为R ，自转周期为T ，引力常量为G .则( )A ．月球表面重力加速度为t 22hB ．月球第一宇宙速度为Rh tC ．月球质量为hR 2Gt2 D ．月球同步卫星离月球表面高度为3hR 2T 22π2t 2－R 【答案】 D专题突破专题一 卫星轨道和同步卫星1．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．图654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654所示．2．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．(2)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 ＝24 h. 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．由GMm r 2＝mr ⎝⎛⎭⎫2πT 2知r ＝3GMT 24π2.由于T 一定，故r 一定，而r ＝R ＋h ，h 为同步卫星离地面的高度，h ＝3GMT 24π2－R .又因GM ＝gR 2，代入数据T ＝24 h ＝86 400 s ，g 取9.8 m/s 2，R ＝6.38×106 m ，得h ＝3.6×104 km.⑥同步卫星的环绕速度大小一定：设其运行速度为v ，由于G Mm (R ＋h )2＝m v 2R ＋h，所以v ＝GM R ＋h ＝gR 2R ＋h ＝9.8×(6.38×106)26.38×106＋3.6×107 m/s ＝3.1×103 m/s. 由于卫星在轨道上运动时，它受到的万有引力全部提供给了向心力，产生了向心加速度，因此卫星及卫星上的任何物体都处于完全失重状态．例1 已知某行星的半径为R ，以第一宇宙速度运行的近地卫星绕行星运动的周期为T ，该行星上发射的同步卫星的运行速度为v ，求同步卫星距行星表面高度为多少．【思路点拨】 解答该题应理解下列问题：(1)以第一宇宙速度运行的卫星即轨道半径r ＝R 的近地卫星．(2)同步卫星的绕行线速度为v .(3)两卫星都满足万有引力提供向心力．【解析】 同步卫星，由万有引力提供向心力，则：G Mm (R ＋h )2＝m v 2(R ＋h ). 同理，对近地卫星有G Mm R2＝m ⎝⎛⎭⎫2πT 2R . 由以上两式可得所求的高度为：h ＝4π2R 3T 2v2－R . 【答案】 4π2R 3T 2v2－R 例2．(2013·海南高考)“北斗”卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星(同步卫星)、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成．地球静止轨道卫星和中轨道卫星都在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的6倍和3.4倍．下列说法正确的是( )A ．静止轨道卫星的周期约为中轨道卫星的2倍B ．静止轨道卫星的线速度大小约为中轨道卫星的2倍C ．静止轨道卫星的角速度大小约为中轨道卫星的17D ．静止轨道卫星的向心加速度大小约为中轨道卫星的17【解析】 由GMm (R ＋h )2＝m (R ＋h )(2πT )2＝m v 2R ＋h ＝m (R ＋h )ω2＝ma 可得：T 静T 中＝(R ＋h 静)3(R ＋h 中)3≈2，ω静ω中＝⎝ ⎛⎭⎪⎫R ＋h 中R ＋h 静3≈12，v 静v 中＝R ＋h 中R ＋h 静≈0.71，a 静a 中＝(R ＋h 中R ＋h 静)2≈0.395，故只有A 正确． 【答案】 A例3．(2015·中山高一检测)关于“亚洲一号”地球同步通讯卫星，下述说法正确的是( )A ．已知它的质量是1.24 t ，若将它的质量增为2.48 t ，其同步轨道半径将变为原来的2倍B ．它的运行速度大于7.9 km/sC ．它可以绕过北京的正上方，所以我国能利用它进行电视转播D ．它距地面的高度约为地球半径的5倍，故它的向心加速度约为其下方地面上物体的重力加速度的136【解析】 同步卫星的轨道半径是固定的，与质量大小无关，A 错；7.9 km/s 是人造卫星的最小发射速度，同时也是卫星的最大环绕速度，卫星的轨道半径越大，其线速度越小，同步卫星距地面很高，故其运行速度小于7.9 km/s ，B 错；同步卫星只能在赤道的正上方，C 错；由G Mm r 2＝ma n 可得，同步卫星的加速度a n ＝G M r 2＝G M (6R )2＝136G M R 2＝136g ，故选项D 正确． 【答案】 D专题二 卫星的变轨问题1、卫星变轨问题的处理技巧a ．当卫星绕天体做匀速圆周运动时，万有引力提供向心力，由G Mm r 2＝m v 2r ，得v ＝GM r ，由此可见轨道半径r 越大，线速度v 越小．当由于某原因速度v 突然改变时，若速度v 突然减小，则F＞m v 2r ，卫星将做近心运动，轨迹为椭圆；若速度v 突然增大，则F ＜m v 2r，卫星将做离心运动，轨迹变为椭圆，此时可用开普勒第三定律分析其运动．b ．卫星到达椭圆轨道与圆轨道的切点时，卫星受到的万有引力相同，所以加速度也相同． 2判断卫星变轨时速度、加速度变化情况的思路a ．判断卫星在不同圆轨道的运行速度大小时，可根据“越远越慢”的规律判断．b ．判断卫星在同一椭圆轨道上不同点的速度大小时，可根据开普勒行星运动第二定律判断，即离中心天体越远，速度越小．c ．判断卫星由圆轨道进入椭圆轨道或由椭圆轨道进入圆轨道时的速度大小如何变化时，可根据离心运动或近心运动的条件进行分析．d ．判断卫星的加速度大小时，可根据a ＝F m ＝G M r2判断．例1 如图655所示，某次发射同步卫星的过程如下：先将卫星发射至近地圆轨道1，然后再次点火进入椭圆形的过渡轨道2，最后将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，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( )图655A ．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B ．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道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【思路点拨】 (1)在两个圆轨道上运行速率大小的比较，可利用万有引力提供向心力来推导．(2)在不同轨道上经过同一点时的加速度大小的比较，可利用牛顿第二定律来判断．【解析】 由G Mm r 2＝m v 2r ＝mrω2得，v ＝GM r ，ω＝GM r 3，由于r 1＜r 3，所以v 1＞v 3，ω1＞ω3，A 、B 错；轨道1上的Q 点与轨道2上的Q 点是同一点，到地心的距离相同，根据万有引力定律及牛顿第二定律知，卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度等于它在轨道2上经过Q 点时的加速度，同理卫星在轨道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，C 错，D 对．【答案】 D例2(2015·宜春高一检测)2013年12月2日1时30分，“嫦娥三号”探测器由“长征三号乙”运载火箭从西昌卫星发射中心发射，首次实现月球软着陆和月面巡视勘察，“嫦娥三号”的飞行轨道示意图如图656所示．假设“嫦娥三号”在环月段圆轨道和椭圆轨道上运动时，只受到月球的万有引力，则以下说法正确的是()图656A．若已知“嫦娥三号”环月段圆轨道的半径、运动周期和引力常量，则可以计算出月球的密度B．“嫦娥三号”由环月段圆轨道变轨进入环月段椭圆轨道时，应让发动机点火使其加速C．“嫦娥三号”在从远月点P向近月点Q运动的过程中，加速度变大D．“嫦娥三号”在环月段椭圆轨道上P点的速度大于Q点的速度【解析】根据“嫦娥三号”环月段圆轨道的半径、运动周期和引力常量可以求出月球的质量，但是由于不知道月球的半径，故无法求出月球的密度，A错；“嫦娥三号”由环月段圆轨道变轨进入环月段椭圆轨道时，轨道半径减小，故应让发动机点火使其减速，B错；“嫦娥三号”在从远月点P向近月点Q运动的过程中所受万有引力逐渐增大，故加速度变大，C对；“嫦娥三号”在环月段椭圆轨道上运动时离月球越近速度越大，故P点的速度小于Q点的速度，D错．【答案】C。
高中物理 第六章 万有引力与航天 6.5 宇宙航行导学案 新人教版必修2(2021年整理)
河北省石家庄市高中物理第六章万有引力与航天6.5 宇宙航行导学案新人教版必修2编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（河北省石家庄市高中物理第六章万有引力与航天6.5 宇宙航行导学案新人教版必修2）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为河北省石家庄市高中物理第六章万有引力与航天6.5 宇宙航行导学案新人教版必修2的全部内容。
第5节宇宙航行［学习目标］：1。
知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2。
了解人造卫星的有关知识,掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
3。
了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况。
[学习过程］:任务一:牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图1所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星.据此思考并小组讨论以下问题：1、当抛出速度较小时,物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？2、若地球的质量为M，地球半径为R，引力常量为G,试推导物体刚好不落回地面时的运行速度.并求此时速度的大小（已知地球半径R＝6 400 km,地球质量M＝5.98×1024 kg)答案（1）当抛出速度较小时，物体做平抛运动.当物体刚好不落回地面时，物体绕地球做匀速圆周运动.(2)物体的向心力由万有引力提供，G错误!＝m错误!解得v＝错误!.当刚好不落回地面时，紧贴地面飞行时r＝R，v＝错误!＝7。
9 km/s.［教师概括] 宇宙速度：宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度。
1.第一宇宙速度vⅠ＝7.9 km/s(1)推导方法一：由G错误!＝m错误!得v＝错误!方法二：由mg＝m错误!得v＝错误!（2）理解:第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度.2。
6.5高一物理宇宙航行教案
6.5宇宙航行★新课标要求（一）知识与技能1、了解人造卫星的有关知识。
2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
（二）过程与方法通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力（三）情感、态度与价值观1、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。
2、感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。
★教学重点第一宇宙速度的推导★教学难点运行速率与轨道半径之间的关系★教学方法教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。
★教学工具有关练习题的投影片、计算机、投影仪等多媒体教学设备★教学过程（一）引入新课教师活动：上节课我们学习了万有引力的成就。
现在请同学们回忆下列问题：1、万有引力定律在天文学上有何应用？2、如何应用万有引力定律计算天体的质量？能否计算环绕天体的质量？学生活动：经过思考，回答上述问题：1、应用万有引力定律可以估算天体的质量；可以来发现未知天体。
2、应用万有引力定律求解天体质量时，万有引力充当向心力，结合圆周运动向心加速度的三种表述方式可得三种形式的方程，即G Mm v2=m①r2rG G Mmr2Mmr2=mω2·r②4π2r=m③T2教师活动：点评、总结导入：这节课我们再来学习有关宇宙航行的知识。
（二）进行新课1、宇宙速度教师活动：请同学们阅读课文第一自然段，同时思考下列问题［投影出示］1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？2、什么叫人造地球卫星？学生活动：阅读课文，从课文中找出相应的答案。
1、在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终都要落回到地面。
2、如果在地面上抛出一个物体时的速度足够大，那么它将不再落回地面，而成为一个绕地球运转的卫星，这个物体此时就可认为是一颗人造地球卫星。
教师活动：引导学生深入探究1、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？2、物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系?3、若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？学生活动：分组讨论，得出结论。
6.5 宇宙航行 优秀教案优秀教学设计 高中物理必修2新课 第六章：万有引力定律 (6)
授课年级
高一
课题
§６.５ 宇宙航行
课程类型
新授课
课程导学目标
目标解读
1.了解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.了解人类及我国取得的航天成就。
学法指导
学生已对平抛运动、曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解情境，促进学生探究，获得新知。
第二层级
小组讨论
小组展示
补充质疑
教师点评
主题1
计算第一宇宙速度
（１）展示牛顿的设想并播放模拟动画，引导学生思考当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来。它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造地球卫星。
（２）创设情景，引导学生推导第一宇宙速度，听学生表述、补充、点评
（１）观看动画，思考发射卫星的最小速度跟哪些因素有关。
根据自己的思考找出解决方案。
课外拓展
同步卫星相关知识、卫星的变轨运动
PPT课件
板书设计
PPT课件
记录要点
教师可在学生完成后作点评
学生在相应的位置做笔记。
PPT课件
第四层级
知识总结
教师可根据实际情况决定有没有必要总结或部分点评一下。
学生就本节所学做一个自我总结，之后可小组交流讨论。
PPT课件呈现
感悟收获
注意有代表性的收集一些学生的体会，以便有针对性地调整教学方法。
根据自己的感受如实填写。
课前
准备
ppt课件、有关卫星发射和在轨运行的视频资料、微课等。研读教材，估计学生自主学习过程中可能出现的问题和疑难点，在导学案的基础上根据本班学生学习情况进行二次备课。
2019-2020年高中物理 6.5宇宙航行导学案新人教版必修2
2019-2020年高中物理 6.5宇宙航行导学案新人教版必修2【自主学习】1．什么是第一宇宙速度？地球的第一宇宙速度是多大？怎样推导地球的第一宇宙速度？2．什么是第二宇宙速度？地球的第二宇宙速度是多大？思考：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 。
3．什么是第三宇宙速度？地球的第三宇宙速度是多大？4.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？卫星的周期跟半径是什么关系？卫星的周期什么时候最小？什么是地球同步卫星？地球同步卫星有哪些特点？5.请大家看下面的几条卫星轨道，试判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的？并总结卫星轨道的特点。
【典型例题】例1：海王星的质量约是地球的16倍，它的半径是地球的4倍，地球的第一宇宙速度为7.9km/s ，则海王星的第一宇宙速度为多大？例2：已知地球半径为R ，地球表面重力加速度为g ，不考虑地球自转的影响。
（1）推导第一宇宙速度v 1的表达式；（2）若卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离地面高度为h ，求卫星的运行周期T 。
例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【自我测评】 1．关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是 （ ）AA．它是人造卫星绕地球运行的最小速度B．它是人造卫星绕地球运行的最大速度C．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度D．它是能使卫星进人近地圆形轨道的最小发射速度2．据报道，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月飞行器的圆形轨道距月球表面分别约为200Km和100Km，运动速率分别为v1和v2，那么v1和v2的比值为（月球半径取1700Km）（）A． B． C． D．3．如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，且M a =M b >M c，下列说法中错误的是（）Array A．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度B．b、c运行周期相同，且大于a的运行周期C．b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度D．b、c的向心力大小相等，且小于a的向心力4.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5．同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则（）A、它可以在地面上任一点的正上方，离地心的距离可以按需要选择不同值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C、它只能在赤道的正上方，但离地心的距离是一定的D、它只能赤道的正上方，但离地心的距离可以按需要选择不同值6.关于地球同步卫星的下述说法中，正确的是（）A.同步卫星要和地球自转同步，它离地面的高度和环行速度都是确定的B.同步卫星的角速度和地球自转角速度相同，但同步卫星的高度和环行速度可以选择C.同步卫星在地球上空的纬度可以选择D.同步卫星的轨道在地球赤道面内7.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6400 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？8.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）。
高一物理教案6.5宇宙航行教案
班级：姓名：2、第二宇宙速度当物体的速度等于或大于时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行，这个速度叫做第二宇宙速度，也叫速度。
这是卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度．如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，就成为该椭圆轨道的一个焦点．3.第三宇宙速度当卫星的速度等于或者大于,则这个时候卫星会脱离太阳的引力，不再绕太阳运行，而是飞到太阳系以外的地方，这个速度叫做第三宇宙速度，也叫速度。
二、人造卫星1、发射速度与运行速度是两个不同的概念（1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发射装置时的．①宇宙速度均指速度②第一宇宙速度是在地面卫星的速度，也是地球运行的速度（2）运行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的．当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于宇宙速度．注意：卫星的实际运行速度一定发射速度．2、人造卫星的轨道（1）如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？卫星的轨道必须是以为圆心的圆周轨道3、人造地球卫星的运行规律思考：对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越（2）离地面越高，线速度越（3）离地面越高，周期越（4）离地面越高，角速度越（5）离地面越高，向心加速度越低轨、高速（线速度、角速度和加速度）周期短我们能否发射一颗周期为80min的卫星？[来源:三、地球同步卫星所谓地球同步卫星是指相对于地面的人造卫星，它在轨道上做匀速圆周运动，跟地球自转，它的周期：T＝练习:求同步卫星离地面高度地球同步卫星的特点:1、所有的同步卫星只能分布在的一个确定轨道上（静止轨道），即同步卫星轨道平面与地球赤道平面，卫星离地面高度为。
2、对同步卫星：其r、h、v、ω、T 、g'均为确定值卫星的变轨问题变轨原理：比较v1、v2、v3的大小?四、梦想成真巩固训练21、要使人造卫星绕地球运行，它进入地面附近的轨道速度是__ __km/s.要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行，必须使它的轨道速度等于或大于__ __km/s.要使它飞行到太阳系以外的地方，它的速度必须等于或大于__ __km/s.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、它是使卫星进入近地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在近地点的速度必修二 科目◆物理 编制人： 复核人： 授课时间： 月 号 编号：✂ 课后作业：1 必做题：非常学案 课时作业（十）✂ 板书设计：✂ 课后反思：侧(左)视图 2。
高中物理6.5 宇宙航行 教案 新人教版必修2
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。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）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。
（2）运行速度：
运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
3．同步卫星
所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高h处，并且h是一定的。同步卫星也叫通讯卫星。
新课讲解
1、牛顿对人造卫星原理的描绘：
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。课件投影。
引入：高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度
2、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
（2）人造卫星的运行速度：
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则 ，∴ ，
可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。
提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？
，
可见：高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长
提问：卫星在地球上空绕行时遵循这样的规律，那卫星是如何发射到地球上空的呢？
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。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。
2015年高中物理6.5宇宙航行导学案(无答案)新人教版必修2
《6.5宇宙航行》基础导学姓名班级组别使用时间【学习目标】1、正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】对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领域【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、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
【自主学习】1、（C级）牛顿对人造卫星原理是怎样描绘的？2、（C级）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，人造卫星作圆周运动的向心力由提供。
3、（C级）（1）第一宇宙速度①大小：__________②意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近的速度，所以也称为环绕速度。
（2）第二宇宙速度①大小：__________②意义：使卫星挣脱__________的束缚，成为绕_________运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
（3）第三宇宙速度。
①大小：。
②意义：使卫星挣脱束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
【合作探究】1、（B级）人造卫星的运行速度。
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则人造卫星的运行速度表达式：2、（B级）角速度和周期与轨道半径的关系是什么？3、（B级）有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。
4、（C级）地球半径为6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为7.9×103m/s，则周期为多大？5、（A级）交流与讨论：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？【自我检测】1．（C级）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，周期越大C.速度越大，周期越小D.速度越大，周期越大2、（B级）人造地球卫星的质量为m，环绕地球的线速度为v，角速度为ω，轨道半径为R，地球的质量为M．当人造地球卫星的轨道半径为2R时，下列说法中正确的是 ( )A．根据RGMv/=，卫星的线速度减小为v／2B．根据gRv=，卫星的线速度增大为v2C．根据Rv/=ω，卫星的角速度减小到ω／2D．根据F=2RGMm，卫星的向心力减小到原来的413、（A级）已知地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，在地球上发射近地卫星的环绕速度为7．9 km／s，周期为84 min．那么在月球上发射—颗近月卫星的环绕速度多大?它的周期多大?。
高中物理必修二教案-6.5宇宙航行23-人教版
随着航天事业的飞速发展，人造地球卫星的应用也越来越广泛.从高考命题的指导思想来看，要求高考试题具有时代气息，反映现代科技的发展和动向，因此有关卫星的问题将继续是高考的热点问题。
解决卫星的运动问题，其依据都是万有引力提供向心力，列出相应的方程，就可得出向心加速度、线速度、角速度、周期跟轨道半径的关系.本节课我将通过问题引领和练习，帮助学生掌握这一基本方法。
学生经常混淆发射速度、宇宙速度、运行速度，所以把区别发射速度、运行速度及宇宙速度与它们的关系作为本节课的难点,突破难点，为学生解决卫星变轨问题打好基础。
对于同步卫星，极地卫星的特点将在第二课时进行讲解。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高一物理必修二6.5宇宙航行导学案
责立自我任当未来常德外国语学校高一物理备课组
§6.5 宇宙航行
【学习目标】
1.会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度；
2.了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点；
4. 培养学生探究问题的热情，乐于学习的品质．特别是“做一做”的实施，要通过教师的引导让学生体会成功的喜悦．
【复习与课前预习】
1、万有引力公式：__________________
2、黄金代换公式：_________________
3、第一宇宙速度的大小是___ ___;第二宇宙速度的大小是________;第三宇宙速度是__________;
【课堂点拨与交流】
一）宇宙速度
1、第一宇宙速度的大小为__________,它是卫星________的环绕速度，也是卫星发射的_________速度；
2、第二宇宙速度的大小为_______,它又叫脱离速度，它表示的意思为：当发射速度_____时，就会克服______的引力，离开地球，成为绕_______飞行的人造卫星或飞到其他星球上;
3、第三宇宙速度又叫逃逸速度，大小为________,它表示为当发射速度大于_____时，物体会挣脱_______的束缚，飞到太阳系外，注：不同的星球所对应的三个宇宙速度会与地球的宇宙速度不同。
例1、关于第一宇宙速度，下列说法错误的是（）
A、它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度；
B、它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度；
C、它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度；
D、它是卫星在椭圆轨道运行时近地点的速度；
二）人造地球卫星
1、近地卫星：轨道半径等于地球的半径，它的运行速度是_________,也是卫星的_______环绕速度，
2、同步卫星：其特点是：
①周期_____地球自转周期；T=24h; ②角速度_____地球自转角速度；
③轨道平面与赤道平面______; ④所有同步卫星的轨道半径都______,他们距地面的高度_______，即他们处在______轨道上；
★如何正确的理解人造卫星的运行规律？
（1）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，公式为：
___________=ma=__________=____________=____________;
①a=__________,可见随着轨道半径增大，卫星的向心加速度减小，向心力减小；
②v=__________,随着轨道半径的增大，卫星线速度______ ；
③w=__________,随着轨道半径的增大，卫星的角速度_____ ；
④T=__________,随着轨道半径的增大，卫星绕地球运行的周期_____ ，近地卫星的周期约为
84.4min，其他卫星的周期都大于这个数值；
（2）所有卫星的轨道平面都应____
（3）人造卫星的超重与失重
①人造卫星在发射，有一段加速运动；在返回时，有一段减速运动，这两个过程的加速度方向都是向上的，因而是 _________ 状态；
②卫星在沿圆轨道运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于__ 状态；因而与重力有关的仪器均不能使用，与重力有关的实验不能进行。
如：、、…
例2、如图所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆轨道上的三颗卫星，a 、b 的质量相等且小于c 的质量，则（）
A 、b 所需的向心力最小；
B 、b 、c 的周期相同且大于a 的周期；
C 、b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的加速度；
D 、b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度；
预习自测1、假如一做匀速圆周运动的人造卫星的轨道
半径增加到原来的2倍，仍做匀速圆周运动，则（） A 、根据公式v=rw 可知卫星的线速度增加为原来的2倍；
B 、根据公式F=mv 2/r 可知卫星所需的向心力将减小到原来的1/2;
C 、根据公式F=GMm/r 2可知地球提供的向心力将减为原来的1/4;
D 、根据上面B 、C 中的公式，卫星运行的线速度将减小为原来的2/2；
2、地球和月球的质量之比为81：1，半径之比为4：1，求：
（1）地球和月球表面的重力加速度之比？
（2）在地球上和月球上发射卫星所需要的最小速度之比？
当堂检测：1、我国发射的绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面，已知月球的质量约为地球质量的1/81；月球的半径约为地球半径的1/4；地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s ；则该探月卫星绕月运行的速率约为多少？（）
A 、 0、4km/s
B 、 1、8km/s
C 、 11km/s
D 、 36km/s
2、在某星球表面一速度v 0竖直上抛一物体，经时间t 返回，若以同样的速度在地球上竖直上抛该物体，经5t 时间返回；该星球与地球的半径之比为4：1；求：
（1）该星球和地球表面的重力加速度之比？
（2）在该星球和地球上上发射卫星所需的最小速度之比？
b
c 地 a
三）卫星变轨
当卫星由于某种原因速度突然改变时（开启或关闭发动机或空气阻力作用），万有引力就不再等于向心力，卫星将做变轨运动。
(1)、当卫星的速度突然增加时，R MV F 2
<,即万有引力不足以提供向心力，卫星将做
_________运动，轨道半径变_____，但一旦进入新的轨道运行由
R GM v =知其运行速度要_____。
(2)、当卫星的速度突然减小时，R MV F 2
>，即万有引力大于卫星所需的向心力，卫星将做
_________运动，轨道半径变_____，进入新的轨道运行时由
R GM
v =知其运行速度将_____。
例3、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，将卫星送入圆轨道3，轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，则卫星分别在1、
2、3轨道上正常运行时，说法正确的是（）
A 、卫星在轨道3上的速率大于在轨道1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；
【课外反馈与演练】
1、2宇宙飞船和空间站在同一轨道上运行，若飞船与前面的空间站
对接，飞船为了追上空间站，可以采取下列方法是（）
A 、飞船加速直到追上空间站，完成对接；
B 、飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接；
C 、飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接；
D 、无论如何都追不上空间站；
3、地球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 、它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值；
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值；
C 、它只能在赤道正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值；
3
2 1 P Q
D、它只能在赤道的正上方，且离地心的距离时一定的；
4、2005年10月12日，我国成功的发射了搭载两名宇航员的“神舟六号”飞船，飞船轨道高度为343km，周期约为90分钟，在飞船进入圆形轨道飞行时，它的线速度大小是（）A、等于7.9km/s B、介于7.9km/s和11.2km/s之间
C、小于7.9km/s
D、介于7.9km/s和16.7km/s之间
5、人造地球卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，关于其各物理量间的关系，下列说法正确的是（）
A、半径越大，速度越小，周期越小
B、半径越大，速度越小，周期越大
C、所有卫星的线速度均是相同的，与半径无关；
D、所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关；
6、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，质量大的线速度大；
B、同一轨道上，质量大的向心加速度大；
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；
7、关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下面说法正确的是（）
A、在发射过程中向上加速时产生超重现象；
B、在降落时向下减速产生超重现象；
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；
8、一颗赤道上空飞行的人造地球卫星，其轨道半径为r=3R(R为地球半径)，已知地球表面重力加速度为g, 则该卫星的运行周期是多大？
【拓展深化】★3、2007年4月24日欧洲科学家宣布在太阳系外发现一颗可能适合人类居住的类地行星Gliese581c,这颗行星有类似地球的温度，表面可能有液态水，直径约为地球的1.5倍，质量约为地球的5倍，绕恒星运行周期约为13天，假设一艘宇宙飞船飞临该星球表面附近轨道，下列说法正确的是（）
A、飞船在其表面飞行的周期约为13天；
B、飞船在其表面运行时的速度大于7.9km/s；
C、人在上面所受的重力比在地球上所受重力大；
D、其平均密度比地球的平均密度小；。