2017-2018學年高中物理 第5章 萬有引力與航天 5. 飛出地球去教學案 2_第1頁
2017-2018學年高中物理 第5章 萬有引力與航天 5. 飛出地球去教學案 2_第2頁
2017-2018學年高中物理 第5章 萬有引力與航天 5. 飛出地球去教學案 2_第3頁
已閱讀5頁,還剩6頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

1、學必求其心得,業(yè)必貴于專精5.4飛出地球去學習目標 1。知道三個宇宙速度的含義,會推導第一宇宙速度.2。認識同步衛(wèi)星的特點。3.了解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識和我國衛(wèi)星發(fā)射的情況以及人類對太空的探索歷程.一、宇宙速度1。牛頓的設想:如圖1所示,把物體水平拋出,如果速度足夠大,物體就不再落回地面,它將繞地球運動,成為人造地球衛(wèi)星。圖12.三個宇宙速度數(shù)值意義第一宇宙速度7.9 km/s人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度第二宇宙速度11。2 km/s使航天器脫離地球引力束縛,永遠離開地球的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度16。7 km/s使航天器脫離太陽引力束縛飛到太陽系外的最小地面發(fā)射速度二、為了

2、和平與進步1。1957年10月4日前蘇聯(lián)成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。2。1961年4月12日,前蘇聯(lián)空軍少校加加林進入“東方一號”載人飛船,鑄就了人類進入太空的豐碑.3.1969年7月,美國“阿波羅11號”飛船登上月球。4.2003年10月15日,我國“神舟五號宇宙飛船發(fā)射成功,把中國第一位航天員楊利偉送入太空。即學即用1.判斷下列說法的正誤.(1)第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度.()(2)人造地球衛(wèi)星的最小繞行速度是7.9 km/s.()(3)要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星,發(fā)射速度必須大于16.7 km/s.()2.已知月球半徑為r,月球質(zhì)量為m,引力常量為g,則月球的第一宇宙速度v_。答案一

3、、第一宇宙速度的理解與計算導學探究(1)不同天體的第一宇宙速度是否相同?第一宇宙速度的決定因素是什么?(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???答案(1)不同.由m得,第一宇宙速度v,可以看出,第一宇宙速度的值取決于中心天體的質(zhì)量m和半徑r,與衛(wèi)星無關(guān).(2)越大。向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難,因為發(fā)射衛(wèi)星要克服地球?qū)λ囊?。知識深化1.第一宇宙速度:第一宇宙速度是人造衛(wèi)星近地環(huán)繞地球做勻速圓周運動的繞行速度。2.推導:對于近地人造衛(wèi)星,軌道半徑r近似等于地球半徑r6 400 km,衛(wèi)星在軌道處所受的萬有引力近似等于衛(wèi)星在地面上所受的重力,取g9。8 m/s2,則3

4、.推廣由第一宇宙速度的兩種表達式看出,第一宇宙速度的值由中心天體決定,可以說任何一顆行星都有自己的第一宇宙速度,都應以v或v表示,式中g(shù)為引力常量,m為中心天體的質(zhì)量,g為中心天體表面的重力加速度,r為中心天體的半徑.4。理解(1)“最小發(fā)射速度”與“最大繞行速度”“最小發(fā)射速度”:向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難,因為發(fā)射衛(wèi)星要克服地球?qū)λ囊?。所以近地軌道的發(fā)射速度(第一宇宙速度)是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度.“最大繞行速度”:由gm可得v,軌道半徑越小,線速度越大,所以近地衛(wèi)星的線速度(第一宇宙速度)是最大繞行速度.(2)發(fā)射速度與發(fā)射軌道當7。9 km/sv發(fā)11.2 km/s時,

5、衛(wèi)星繞地球運動,且發(fā)射速度越大,衛(wèi)星的軌道半徑越大,繞行速度越小.當11.2 km/sv發(fā)16.7 km/s時,衛(wèi)星繞太陽旋轉(zhuǎn),成為太陽系一顆“小行星”。當v發(fā)16。7 km/s時,衛(wèi)星脫離太陽的引力束縛跑到太陽系以外的空間中去。例1我國發(fā)射了一顆繞月運行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號”。設該衛(wèi)星的軌道是圓形的,且貼近月球表面.已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的,月球的半徑約為地球半徑的,地球上的第一宇宙速度約為7。9 km/s,則該探月衛(wèi)星繞月運行的最大速率約為()a。0.4 km/s b。1。8 km/sc。11 km/s d。36 km/s答案b解析星球的第一宇宙速度即為圍繞星球做圓周運動的軌道半徑為該

6、星球半徑時的環(huán)繞速度,由萬有引力提供向心力即可得出這一最大環(huán)繞速度。衛(wèi)星所需的向心力由萬有引力提供,gm,得v,又由、,故月球和地球上第一宇宙速度之比,故v月7。9 km/s1.8 km/s,因此b項正確.例2某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體,經(jīng)時間t后,物體以速率v落回手中.已知該星球的半徑為r,求該星球的第一宇宙速度.答案解析根據(jù)勻變速直線運動的規(guī)律可得,該星球表面的重力加速度為g,該星球的第一宇宙速度即為衛(wèi)星在其表面附近繞它做勻速圓周運動的線速度,該星球?qū)πl(wèi)星的引力(重力)提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力,則mg,該星球的第一宇宙速度為v1.二、人造地球衛(wèi)星導學探究1。如圖2所示,圓a、b

7、、c的圓心均在地球的自轉(zhuǎn)軸線上。b、c的圓心與地心重合,d為橢圓軌道,且地心為橢圓的一個焦點.四條軌道中哪些可以作為衛(wèi)星軌道?為什么?圖2答案b、c、d軌道都可以.因為衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,萬有引力提供向心力,而萬有引力是始終指向地心的,故衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力必須指向地心,因此b、c軌道都可以,a軌道不可以.衛(wèi)星也可在橢圓軌道運行,故d軌道也可以。2。地球同步衛(wèi)星的軌道在哪個面上?周期是多大?同步衛(wèi)星的高度和軌道面可以任意選擇嗎?答案同步衛(wèi)星是相對地面靜止的衛(wèi)星,必須和地球自轉(zhuǎn)同步,也就是說必須在赤道面上,周期是24 h.由于周期一定,故同步衛(wèi)星離地面的高度也是一定的,即同步衛(wèi)星不可

8、以任意選擇高度和軌道面.知識深化1.人造地球衛(wèi)星的軌道衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時,由地球?qū)λ娜f有引力充當向心力,因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合,而這樣的軌道有多種,其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過兩極上空的極地軌道。當然也存在著與赤道平面呈某一角度的圓軌道.如圖3所示。圖32。地球同步衛(wèi)星(1)定義:相對于地面靜止的衛(wèi)星,又叫靜止衛(wèi)星.(2)特點:確定的轉(zhuǎn)動方向:和地球自轉(zhuǎn)方向一致;確定的周期:和地球自轉(zhuǎn)周期相同,即t24 h;確定的角速度:等于地球自轉(zhuǎn)的角速度;確定的軌道平面:所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方,其軌道平面必須與赤道平面重合;確定的高度:離地面高度固定

9、不變(3。6104 km);確定的環(huán)繞速率:線速度大小一定(3.1103 m/s)。例3關(guān)于地球的同步衛(wèi)星,下列說法正確的是()a。同步衛(wèi)星的軌道和北京所在緯度圈共面b.同步衛(wèi)星的軌道必須和地球赤道共面c。所有同步衛(wèi)星距離地面的高度不一定相同d。所有同步衛(wèi)星的質(zhì)量一定相同答案b解析同步衛(wèi)星所受向心力指向地心,與地球自轉(zhuǎn)同步,故衛(wèi)星所在軌道與赤道共面,故a項錯誤,b項正確;同步衛(wèi)星距地面高度一定,但衛(wèi)星的質(zhì)量不一定相同,故c、d項錯誤.解決本題的關(guān)鍵是掌握同步衛(wèi)星的特點:同步衛(wèi)星定軌道(在赤道上方)、定周期(與地球的自轉(zhuǎn)周期相同)、定速率、定高度。針對訓練(多選)我國“中星11號”商業(yè)通信衛(wèi)星是

10、一顆同步衛(wèi)星,它定點于東經(jīng)98.2度的赤道上空,關(guān)于這顆衛(wèi)星的說法正確的是()a.運行速度大于7。9 km/sb.離地面高度一定,相對地面靜止c。繞地球運行的角速度比月球繞地球運行的角速度大d.向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等答案bc解析“中星11號是地球同步衛(wèi)星,距地面有一定的高度,運行速度要小于7。9 km/s,a錯。其位置在赤道上空,高度一定,且相對地面靜止,b正確。其運行周期為24小時,小于月球的繞行周期27天,由知,其運行角速度比月球的大,c正確。同步衛(wèi)星與靜止在赤道上的物體具有相同的角速度,但半徑不同,由ar2知,同步衛(wèi)星的向心加速度大,d錯.1.(對宇宙速度的理解

11、)(多選)下列關(guān)于三種宇宙速度的說法中正確的是()a。第一宇宙速度v17.9 km/s,第二宇宙速度v211。2 km/s,則人造衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于v1,小于v2b.美國發(fā)射的“鳳凰號火星探測衛(wèi)星,其發(fā)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束縛,成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度d。第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度答案cd解析根據(jù)v可知,衛(wèi)星的軌道半徑r越大,即距離地面越遠,衛(wèi)星的環(huán)繞速度越小,v17。9 km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度,d正確;實際上,由于人造衛(wèi)星的軌道半

12、徑都大于地球半徑,故衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度都小于第一宇宙速度,選項a錯誤;美國發(fā)射的“鳳凰號火星探測衛(wèi)星,仍在太陽系內(nèi),所以其發(fā)射速度小于第三宇宙速度,選項b錯誤;第二宇宙速度是使物體掙脫地球引力束縛而成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度,選項c正確。2。(對同步衛(wèi)星的認識)下列關(guān)于我國發(fā)射的“亞洲一號”地球同步通訊衛(wèi)星的說法,正確的是()a。若其質(zhì)量加倍,則軌道半徑也要加倍b.它在北京上空運行,故可用于我國的電視廣播c。它以第一宇宙速度運行d。它運行的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同答案d解析由gm得r,可知軌道半徑與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān),a錯;同步衛(wèi)星的軌道平面必須與赤道平面重合,即在赤道上

13、空運行,不能在北京上空運行,b錯;第一宇宙速度是衛(wèi)星在最低圓軌道上運行的速度,而同步衛(wèi)星在高軌道上運行,其運行速度小于第一宇宙速度,c錯;所謂“同步”就是衛(wèi)星保持與赤道上某一點相對靜止,所以同步衛(wèi)星的角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同,d對。3。(第一宇宙速度的計算)若取地球的第一宇宙速度為8 km/s,某行星的質(zhì)量是地球質(zhì)量的6倍,半徑是地球半徑的1.5倍,此行星的第一宇宙速度約為()a。16 km/s b。32 km/s c.4 km/s d。2 km/s答案a4。(第一宇宙速度的計算)某星球的半徑為r,在其表面上方高度為ar的位置,以初速度v0水平拋出一個金屬小球,小球做平拋運動,水平射程為br

14、,a、b均為數(shù)值極小的常數(shù),則這個星球的第一宇宙速度為()a.v0 b.v0 c.v0 d.v0答案a解析設該星球表面的重力加速度為g,小球落地時間為t,拋出的金屬小球做平拋運動,根據(jù)平拋運動規(guī)律得argt2,brv0t,聯(lián)立以上兩式解得g,第一宇宙速度即為該星球表面衛(wèi)星的線速度,根據(jù)星球表面衛(wèi)星重力充當向心力得mgm,所以第一宇宙速度vv0,故選項a正確.課時作業(yè)一、選擇題(16題為單選題,78題為多選題)1.由于通訊和廣播等方面的需要,許多國家發(fā)射了地球同步軌道衛(wèi)星,這些衛(wèi)星的()a。 質(zhì)量可以不同 b. 軌道半徑可以不同 c。 軌道平面可以不同 d. 速率可以不同答案a解析萬有引力提供衛(wèi)

15、星做圓周運動的向心力m()2rm,解得周期t2,環(huán)繞速度v,可見周期相同的情況下軌道半徑必然相同,b錯誤.軌道半徑相同必然環(huán)繞速度相同,d錯誤。同步衛(wèi)星相對于地面靜止在赤道上空,所有的同步衛(wèi)星軌道運行在赤道上空同一個圓軌道上,c錯誤。同步衛(wèi)星的質(zhì)量可以不同,a正確.2。地球上相距很遠的兩位觀察者,都發(fā)現(xiàn)自己的正上方有一顆人造衛(wèi)星,相對自己靜止不動,則這兩位觀察者的位置以及兩顆人造衛(wèi)星到地球中心的距離可能是()a。一人在南極,一人在北極,兩衛(wèi)星到地球中心的距離一定相等b.一人在南極,一人在北極,兩衛(wèi)星到地球中心的距離可以不等,但應成整數(shù)倍c。兩人都在赤道上,兩衛(wèi)星到地球中心的距離一定相等d。兩人

16、都在赤道上,兩衛(wèi)星到地球中心的距離可以不等,但應成整數(shù)倍答案c解析觀察者看到的都是同步衛(wèi)星,衛(wèi)星在赤道上空,到地心的距離相等。3.2013年6月11日17時38分,“神舟十號”飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空,航天員王亞平進行了首次太空授課。在飛船進入離地面343 km的圓形軌道環(huán)繞地球飛行時,它的線速度大小()a.等于7.9 km/sb。介于7.9 km/s和11。2 km/s之間c。小于7.9 km/sd。介于7.9 km/s和16.7 km/s之間答案c解析衛(wèi)星在圓形軌道上運行的速度v。由于軌道半徑r地球半徑r,所以v7.9 km/s,c正確.4。如圖1所示為北斗導航系統(tǒng)的部分衛(wèi)星,每顆衛(wèi)

17、星的運動可視為勻速圓周運動。下列說法錯誤的是()圖1a.在軌道運行的兩顆衛(wèi)星a、b的周期相等b.在軌道運行的兩顆衛(wèi)星a、c的線速度大小vavcc。在軌道運行的兩顆衛(wèi)星b、c的角速度大小bcd.在軌道運行的兩顆衛(wèi)星a、b的向心加速度大小aaab答案d解析根據(jù)萬有引力提供向心力,得t2,因為a、b的軌道半徑相等,故a、b的周期相等,選項a正確;因v,c的軌道半徑小于a的軌道半徑,故線速度大小vavc,選項b正確;因,c的軌道半徑小于b的軌道半徑,故角速度大小bc,選項c正確.因a,a的軌道半徑等于b的軌道半徑,故向心加速度大小aaab,選項d錯誤。5。星球上的物體脫離星球引力所需的最小速度稱為該星

18、球的第二宇宙速度,星球的第二宇宙速度v2與其第一宇宙速度v1的關(guān)系是v2v1。已知某星球的半徑為r,星球表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的,不計其他星球的影響,則該星球的第二宇宙速度為()a。 b. c。 d。gr答案c解析由mgm得v1。再根據(jù)v2v1得v2,故c選項正確。6。假設地球的質(zhì)量不變,而地球的半徑增大到原來半徑的2倍,那么地球的第一宇宙速度的大小應為原來的()a. b。 c. d.2答案b解析因第一宇宙速度即為地球的近地衛(wèi)星的線速度,此時衛(wèi)星的軌道半徑近似的認為等于地球的半徑,且地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供向心力。由g得v,因此,當m不變,r增大為2r時,v減小為原來的,選項b正確.7.關(guān)于第一宇宙速度,下列說法正確的是()a.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度b。它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的最大運行速度c.它是能使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度d。它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大環(huán)繞速度答案bcd解析第一宇宙速度是從地球表面發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大環(huán)繞速度,也是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的最大運行速度,選項b、c、d正確,a錯誤.8。一顆人造地

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評論

0/150

提交評論