【優(yōu)教通-備課參考】2020年高中物理配套導(dǎo)學(xué)案：6.5《宇宙航行》4(人教版必修2)

6．5《宇宙航行》6．6《經(jīng)典力學(xué)的局限性》導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解人造地球衛(wèi)星的最初構(gòu)想；2．會(huì)解決涉及人造地球衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的較簡(jiǎn)潔的問題；3．知道三個(gè)宇宙速度的含義和數(shù)值，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度4．了解經(jīng)典力學(xué)的局限性【重點(diǎn)難點(diǎn)】第一宇宙速度的推導(dǎo)和對(duì)第一宇宙速度的精確理解【學(xué)法指導(dǎo)】認(rèn)真閱讀教材，第一宇宙速度的概念，理解三個(gè)宇宙速度的示意圖?！緦W(xué)問鏈接】將天體（行星或衛(wèi)星）的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，天體所需的向心力由萬(wàn)有引力供應(yīng)，則天體的繞行速度、角速度、周期、向心加速度與半徑的關(guān)系總結(jié)如下：（1）由得，_______，可見，軌道半徑r越大，v________；（2）由_________=__________得，______，可見，r越大，ω________；（3）由_________=___________得，T=_________，可見，r越大，T______；（4）由_________=ma得，a=________，可見，r越大，a________。【學(xué)習(xí)過程】一、宇宙速度閱讀教材44頁(yè)。體會(huì)牛頓對(duì)人造地球衛(wèi)星的最初構(gòu)想。1．第一宇宙速度。第一宇宙速度是衛(wèi)星在___________四周做________圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)必需具有的線速度。思考2：依據(jù)“學(xué)問鏈接”，第一宇宙速度是全部沿圓軌道運(yùn)行的衛(wèi)星中_______的線速度。思考3：理解第一宇宙速度，需要強(qiáng)調(diào)哪兩個(gè)要點(diǎn)？________________________________衛(wèi)星所受的向心力由萬(wàn)有引力供應(yīng)，即，得v1=___________，又星球表面萬(wàn)有引力約等于重力，即，故v1=_________。思考4：計(jì)算地球的第一宇宙速度。R=6．37×106m，地面g=9．8m/s2，v1=_________。思考5：神舟號(hào)飛船距離地面的高度約為340km，依據(jù)上面的爭(zhēng)辯，你能否得出神舟號(hào)飛船的線速度？（7．7km/s）解：2．其次宇宙速度其次宇宙速度，是指在星球______四周放射飛行器，使其克服該星球的引力永久離開該星球所需的最小速度，也是能繞該星球做橢圓運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星在近地點(diǎn)的最大速度。地球的其次宇宙速度vⅡ=11．2k小資料：我國(guó)放射“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星時(shí)，衛(wèi)星在地月轉(zhuǎn)移軌道的近地點(diǎn)（離地面高度約600km）時(shí)的速度約為10km/s。3．第三宇宙速度。第三宇宙速度，是指在地面四周放射飛行器，能夠擺脫太陽(yáng)引力的束縛飛到太陽(yáng)系外的最小速度。地球的第三宇宙速度vⅢ=16．7km/s。4．三個(gè)宇宙速度之間的對(duì)比。以地球?yàn)槔?，三個(gè)宇宙速度和相應(yīng)軌道間的關(guān)系如圖所示。當(dāng)衛(wèi)星在地面四周做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)行速度即為第一宇宙速度7．9km/s，當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)地面四周時(shí)，其速度介于7．9km/s——11．2km/s之間，則衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)；當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)地面四周時(shí)，其速度介于11．2km/s——16．7km/s之間，則衛(wèi)星沿橢圓軌道飛離地球，成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的“衛(wèi)星”；當(dāng)衛(wèi)星在地面四周時(shí)，其速度超過16．7km/s，則衛(wèi)星能飛出太陽(yáng)系成為太陽(yáng)系外的衛(wèi)星。資料庫(kù)：了解有關(guān)數(shù)據(jù)，挖掘隱含條件，有助于分析衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)問題（1）地球公轉(zhuǎn)周期為1年，自轉(zhuǎn)周期為24小時(shí)，地球表面半徑約6．4×103km，表面重力加速度g=9．8m/s（2）月球公轉(zhuǎn)周期為1月（約27．3天，在一般估算中常取27天）；（3）地球同步衛(wèi)星的周期為24小時(shí)，離地高度約3．6×104km，運(yùn)行速度為3．1km/s（4）近地衛(wèi)星運(yùn)行半徑約等于地球半徑，r=R，運(yùn)行周期最小約T=85分鐘，運(yùn)行速度最大為v=7．9km/s（稱為第一宇宙速度）。二、經(jīng)典力學(xué)的局限性閱讀教材，了解經(jīng)典力學(xué)的局限性，知道牛頓經(jīng)典力學(xué)的適用范圍【訓(xùn)練測(cè)試】1．牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用于下列哪些狀況（）A．爭(zhēng)辯原子中電子的運(yùn)動(dòng)B．爭(zhēng)辯“神舟五號(hào)”飛船的高速放射C．爭(zhēng)辯地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)D．爭(zhēng)辯飛機(jī)從北京飛往紐約的航線2．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．它是近地圓軌道上人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度C．它是使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道的最小放射速度D．它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度3．人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，其中g(shù)為地面處的重力加速度，R為地球半徑，r為衛(wèi)星離地球中心的距離．下列說法正確的是（）A．從公式可見，環(huán)繞速度與軌道半徑的平方根成反比B．從公式可見，把人造衛(wèi)星放射到越遠(yuǎn)的地方越簡(jiǎn)潔C．上面環(huán)繞速度的表達(dá)式是錯(cuò)誤的D．以上說法都錯(cuò)誤4．下面關(guān)于同步通信衛(wèi)星的說法中不正確的是（）A．同步通信衛(wèi)星和地球自轉(zhuǎn)同步衛(wèi)星的高度和速率都是確定的B．同步通信衛(wèi)星的角速度雖已被確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，速率增大;高度降低，速率減小，仍同步C．我國(guó)放射第一顆人造地球衛(wèi)星的周期是114min，比同步通信衛(wèi)星的周期短，所以第一顆人造衛(wèi)星離地面的高度比同步通信衛(wèi)星的低D．同步通信衛(wèi)星的速率比我國(guó)放射的第一顆人造地球衛(wèi)星的速率小5．假如一做圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增大到原來的2倍仍做圓周運(yùn)動(dòng)，則（）A．依據(jù)公式v=ωr，可知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度增大到原來的2倍B．依據(jù)公式，可知衛(wèi)星所需的向心力將減小到原來的C．依據(jù)公式，可知地球供應(yīng)的向心力將減小到原來的D．依據(jù)上述B和C中給出的公式，可知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度減小到原來的6．（2009年高考北京理綜卷）已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響．（1）推導(dǎo)第一宇宙速度v1的表達(dá)式；（2）若衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行軌道距離地面高度為h，求衛(wèi)星的運(yùn)行周期T．【參考答案】1．解析：選A．牛頓力學(xué)屬于經(jīng)典力學(xué)的爭(zhēng)辯范疇，適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)的物體，并留意到低速和高速的標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)于光速，可判定B、C、D適用而A不適用，所以選A．2．答案：BC3．解析：選A．由萬(wàn)有引力供應(yīng)人造衛(wèi)星的向心力且地面物體重力和萬(wàn)有引力相等知，得，所以A對(duì)．式中v是環(huán)繞速度并非放射速度，所以B錯(cuò)，C、D錯(cuò)．4．解析：選B．同步通信衛(wèi)星的周期與角速度跟地球自轉(zhuǎn)的周期與角速度相同，由和h=r-R知衛(wèi)星高度確定，由v=ωr知速率也確定，A正確，B錯(cuò)誤；由知第一顆人造地球衛(wèi)星高度比同步衛(wèi)星的低，C正確；由知同步衛(wèi)星比第一顆人造地球衛(wèi)星速率小，D正確．5．解析：選CD．依據(jù)萬(wàn)有引力供應(yīng)向心力知，得當(dāng)半徑增大到原來的2倍時(shí)，v將變成原來的，ω將變成原來的，A錯(cuò)誤，D正確，所需向心力即萬(wàn)有引力將變成原來的，故B錯(cuò)誤，C正確．6．解析