高中物理3.3飛向太空學(xué)案1（粵教版必修2）

1、3.3 飛向太空學(xué)案1（粵教版必修2）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】知識與技能1、了解火箭的基本原理。2、了解萬有引力定律對航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)。3、了解人類在航天技術(shù)領(lǐng)域取得的偉大成就。過程與方法1、通過觀察實(shí)驗(yàn)，了解火箭發(fā)射的原理。2、認(rèn)識火箭的演變過程。3、了解多級火箭的發(fā)射過程。4、通過觀看圖片和錄像，了解人類對太空的探索。情感態(tài)度與價值觀1、體會理論對實(shí)踐的巨大指導(dǎo)作用。2、體會航天事業(yè)對人類所產(chǎn)生的影響。3、認(rèn)識太空探險是一項(xiàng)光榮而危險的任務(wù)。4、通過觀看錄像，激發(fā)愛國之情和為祖國的科學(xué)事業(yè)作貢獻(xiàn)的決心。【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】介紹各國在航天航空領(lǐng)域的成就?！局R要點(diǎn)】一、走向太空的橋梁火箭帶著問題去閱讀課本

2、：1、火箭為何分多級2、長征二號丙改火箭發(fā)射銥星時，火箭起飛后為什么有白色碎片飄落？3、我國的長征系列火箭在發(fā)射起飛后為什么會冒出一股紅棕色的煙霧？二、夢想成真遨游太空從課本圖片上，你看到什么？你想到什么？1、人類為什么要冒很大的風(fēng)險去實(shí)現(xiàn)太空遨游上？2、太空探險有何積極的意義？3、太空探險與人類生存有何關(guān)系？4、隨著宇宙資源的不斷開發(fā)，許多新的能源將被人類發(fā)現(xiàn)并利用，這是否意味著人類可以隨便浪費(fèi)已有的地球資源？5、你能為我國的航天事業(yè)作出怎樣的貢獻(xiàn)呢？遨游太空的角度，按時間順序向?qū)W生展示迄今為止人類所經(jīng)過的艱難道路和所取得的成就。三、空間探測器帶著問題去觀看錄像學(xué)習(xí)：1、人類深空探測的主要?dú)v

3、程是怎樣的？2、為什么要進(jìn)行深空探測？3、地球上的生物會對其他星球產(chǎn)生污染嗎？4、深空探測要注意什么？5、你能否設(shè)想出以后的深空探測將會是怎樣的嗎？深空探測既是人類認(rèn)識宇宙的需要，又是人類為了開發(fā)宇宙資源、擴(kuò)大自身生存環(huán)境的需要，因此，世界上的科技大國都投入巨資進(jìn)行研究，使得深空探測水平和載人航天技術(shù)成為衡量一個國家科技發(fā)展水平的標(biāo)志。【典型例題】例題1、某物體在地球表面上受到的重力為160 N；將它放置在衛(wèi)星中，在衛(wèi)星以加速度隨火箭加速上升的過程中，當(dāng)物體與衛(wèi)星中的支持物的相互擠壓力為90 N，衛(wèi)星此時距地面的高度為多少（已知地球的半徑，取）NG圖3-4精析：先根據(jù)牛頓第二定律列出加速度時的

4、方程，然后根據(jù)萬有引力產(chǎn)生重力的思想，分別列出兩個方程，最后聯(lián)立求解。解析：依題意可知物體的質(zhì)量為m=16kg。當(dāng)物體與衛(wèi)星中的支持物的相互擠壓力為90 N時，設(shè)此時衛(wèi)星距地面的高度為H，如圖3-4，在火箭加速上升的過程中物體受到重力G(此時重力加速度為g)和支持力N兩個力的作用，根據(jù)牛頓第二定律：F=ma，即 NG= ma，有： mg=Nma （1）根據(jù)萬有引力定律，萬有引力產(chǎn)生重力，有：GMm/r2= mg (2)在地球表面附近，GMm/R2=mg (3)聯(lián)立三式得：r=R=4R,故 H=rR=3R=1.92×104綠色通道：本題牽涉到的物理規(guī)律比較多，要求學(xué)生綜合前面所學(xué)知識解

5、決問題。在解此題時學(xué)生往往容易忽略一點(diǎn)，即物體的重力加速度g隨高度的增加而減小。如果這點(diǎn)不能突破，很難理順?biāo)悸?，順利根?jù)有關(guān)規(guī)律列出方程求解。例題2 發(fā)射人造衛(wèi)星或航天器需要使用多級火箭推進(jìn)，才能達(dá)到其脫離地球引力的速度。請你利用簡易器材模擬演示火箭推進(jìn)的裝置，并說明其根據(jù)的原理。精析：火箭之所以能推進(jìn)衛(wèi)星或航天器達(dá)到其所需要的速度，主要是因?yàn)榛鸺谕七M(jìn)運(yùn)行的過程中向后噴出高壓及高速的燃?xì)?，根?jù)牛頓第三定律，這些高壓、高速的燃?xì)夥醋饔糜诨鸺?，從而使火箭獲得巨大的反作用力而被推向推進(jìn)。解析：方法一、可以利用氣球來模擬演示，具體做法如下： 將氣球充滿氣體，然后封閉氣口，放在水平地面上。將氣口以盡

6、快的速度放開，即可以觀測和感受到氣體在往后噴氣的同時，氣球以較快的速度往前運(yùn)動。（如圖3-5所示）圖3-5方法二、提示：可以利用煙花來模擬演示， 在節(jié)日，同學(xué)們可以利用燃放煙花來體驗(yàn)，在煙花噴射出的同時，感覺到一個反作用的力施加于手上。 方法三、提示：可以制作水火箭來模擬演示， 水火箭是同學(xué)們非常感興趣的一項(xiàng)活動，水火箭的制作簡單，成功率高，是一個能充分說明火箭推進(jìn)原理的課外制作活動。綠色通道：本題從科技問題立意，體現(xiàn)出問題的開放性和探究性，對激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和提高解決問題的能力有重要意義。這種類型的問題要引起高度的重視。【當(dāng)堂反饋】1、在地球赤道上的A處旋轉(zhuǎn)一個小物體（相對地面無位移）。現(xiàn)在設(shè)想

7、地球?qū)π∥矬w的萬有引力突然消失，則在數(shù)小時內(nèi)，小物體相對于A點(diǎn)處的地面來說，將 （ ）A 水平向東飛去B 原地不動，物體對地面的壓力消失C 向上并漸偏向西方飛去D 向上并漸偏向東方飛去2、目前的航天飛機(jī)的飛行軌道都是近地軌道，一般在地球上空（300700）km飛行，繞地球飛行一周的時間為90 min左右。這樣，航天飛機(jī)里的宇航員在24 h內(nèi)可以見到日落日出的次數(shù)應(yīng)為 （ ）A0.38 B 2.7 D163、中子星是恒星演變到最后的一種存在形式。（1）有一密度均勻的星球，以角速度繞自身的幾何對稱軸旋轉(zhuǎn)。若維持其赤道表面物質(zhì)不因快速旋轉(zhuǎn)而被甩掉的力只有萬有引力，那么該星球的密度至少要多大？（2）蟹

8、狀星云中有一顆中子星，它每秒轉(zhuǎn)30周，以此數(shù)據(jù)估算這顆中子星的最小密度。（3）若此中子星的質(zhì)量約為太陽的質(zhì)量（），試問它的最大可能半徑是多大？【參考答案】1、答案C解析：由于小物體在地球赤道上的A處旋轉(zhuǎn)并相對地面靜止，說明此時物體受到地球的引力和向上的空氣阻力，這兩個力是一對平衡力。當(dāng)引力突然消失時，物體只受向上的力的作用，所以物體一方面以初速度為0的速度向上運(yùn)動，另一方面，由于地球自西向東旋轉(zhuǎn)，所以物體相對地面向西方向運(yùn)動。故正確答案是C。2、答案：D解析：由于航天器的周期為90分鐘，所以在24h內(nèi)，它繞地球旋轉(zhuǎn)了16周，即可看到16次日落日出。3 答案：（1）=32/4G （2）1.27&

9、#215;1014kg/m3 (3) 1.56×105m解析：（1）當(dāng)赤道表面的物質(zhì)受到的引力不足以提供其隨星體自轉(zhuǎn)所需要的向心力時，物質(zhì)變會瓦解，設(shè)中子星質(zhì)量為M，赤道半徑為R。所以由萬有引力定律和圓周運(yùn)動的規(guī)律：GMm/R2=m2R -（1）又由于 M=4/3×R3-（2）所以由以上兩式可得最小密度為：=32/4G-（3） （2）因=2/T=/15，代入（3）式得最小密度：=1.27×1014kg/m3 （3）由上（2）式得：R= 1.56×105m【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】1、對于萬有引力定律的表達(dá)式，下面說法中正確的是（ ） 公式中G為引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)測得

10、的，而不是人為規(guī)定的 當(dāng)r趨近于零時，萬有引力趨于無窮大 受到的引力總是大小相等的，則與是否相等無關(guān) 受到的引力是一對平衡力 用該公式可求出任何兩個物體之間的萬有引力AB2、開普勒第三定律對行星繞恒星的勻速圓周運(yùn)動同樣成立，即它的運(yùn)動周期的平方與軌道半徑r的三次方的比為常數(shù)，設(shè)，則常數(shù)的大?。?）A 只與行星的質(zhì)量有關(guān)B 與恒星的質(zhì)量與行星的質(zhì)量有關(guān)C 只與恒星的質(zhì)量有關(guān)D 與恒星的質(zhì)量及行星的速度有關(guān)3、下列關(guān)于地球同步通信衛(wèi)星的說法中，正確的是 （ ）A 為避免通信衛(wèi)星在軌道上相撞，應(yīng)使它們運(yùn)行在不同的軌道上B 通信衛(wèi)星定點(diǎn)在地球上空某處，各個通信衛(wèi)星的角速度相同，但線速度可以不同C 不同

11、國家發(fā)射通信衛(wèi)星的地點(diǎn)不同，這些衛(wèi)星軌道不一定在同一平面內(nèi)D 通信衛(wèi)星只能運(yùn)行在赤道上空某一恒定高度上4、2002年3月25日，我國成功發(fā)射了“神舟三號”宇宙飛船，這標(biāo)志著我國的航天技術(shù)又上了一個新臺階，若飛船在近地軌道上做的是勻速圓周運(yùn)動，則運(yùn)行速度v的大小是-（ ）Av<7.9 km/s Bv=7.9 km/s C7.9 km/s < v <11.2 km/s v=11.2 km/s5、有質(zhì)量相等的兩顆人造地球衛(wèi)星A和B，分別在不同的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動，兩衛(wèi)星的軌道半徑分別為和，且，則A和B兩衛(wèi)星相比較，以下說法正確的是-（ ）A、衛(wèi)星A的運(yùn)行周期較大B、衛(wèi)星A受

12、到的地球引力較大C、衛(wèi)星A運(yùn)行的線速度較大D、 衛(wèi)星A運(yùn)行的角速度較大6、設(shè)想人類開發(fā)月球，不斷把月球上的礦藏搬運(yùn)到地球上，假定經(jīng)過長時間開采后，地球仍可看做是均勻的球體，月球仍沿開采前的圓周軌道運(yùn)動，則與開采前相比-（ ）A、地球與月球的萬有引力將變大B、地球與月球的萬有引力將變大C、月球繞地球運(yùn)動的周期將變長D、月球繞地球運(yùn)動的周期將變短7、兩個行星各有一個衛(wèi)星繞其表面運(yùn)行，已知兩個衛(wèi)星的周期之比為1:2，兩行星半徑之比為2:1， 兩行星密度之比為4:1 兩行星質(zhì)量之比為16:1 兩行星表面處重力加速度之比為8:1 兩衛(wèi)星的速率之比為4:1，則下列選項(xiàng)正確的是( ）A B. C. D. 8

13、、某人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動，設(shè)地球半徑為R，地面重力加速度為g，下列說法錯誤的是-（ ）A、人造衛(wèi)星的最小周期為B、衛(wèi)星在距地面高度R處的繞行速度為C、衛(wèi)星在距地面高度為R處的重力加速度為g/4D、地球同步衛(wèi)星的速率比近地衛(wèi)星速率小，所以發(fā)射同步衛(wèi)星所需的能量較少二、多項(xiàng)選擇題（每題有兩個或兩個以上的答案是正確的，每小題4分，共16分）9、甲、乙兩顆人造地球衛(wèi)星，質(zhì)量相等，它們的軌道都是圓，若甲的運(yùn)動周期比乙小，則-（ ）甲距地面的高度比乙小甲的加速度一定比乙小甲的加速度一定比乙大甲的速度一定比乙大···bca圖3-610、如圖3-6所示，、是在地球大氣層外

14、圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造衛(wèi)星，下列說法正確的是-（ ）A、的線速度大小相等，且大于的線速度B、的向心加速度大小相等，且小于的向心加速度C、運(yùn)行周期相同，且小于的運(yùn)行周期D由于某種原因，的軌道半徑緩慢減小，的線速度將變大11、組成星球的物質(zhì)是靠引力吸引在一起的，這樣的星球有一個最大的自轉(zhuǎn)速率。如果超過了該速率，星球的萬有引力將不足以維持其赤道附近的物體做圓周運(yùn)動。由此能得到半徑為R、密度為、質(zhì)量為M且均勻分布的星球的最小自轉(zhuǎn)周期T。下列表達(dá)式中正確的是-（ ）ABCD12、1998年8月20日，中國太原衛(wèi)星發(fā)射中心為美國“銥”星公司成功發(fā)射了兩顆“銥”星系統(tǒng)的補(bǔ)網(wǎng)星，1998年9月23日，“銥”

15、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)正式投入商業(yè)運(yùn)行，標(biāo)志著一場通訊技術(shù)革命開始了。原計劃的“銥”衛(wèi)星通訊系統(tǒng)是在距地球表面780 km的太空軌道上建立一個由77顆小衛(wèi)星組成的星座。這些小衛(wèi)星均勻分布在覆蓋全球的7個軌道上，每條軌道上有11顆衛(wèi)星，由于這一方案的衛(wèi)星排布像化學(xué)元素“銥”原子的核外77個電子圍繞原子核運(yùn)動一樣，所以稱為“銥”星系統(tǒng)。后來改為由66顆衛(wèi)星，分布在6條軌道上，每軌道上11顆衛(wèi)星組成，仍稱它為“銥”星系統(tǒng)。“銥”星系統(tǒng)的66顆衛(wèi)星，其運(yùn)行軌道的共同特點(diǎn)是（ ）A、以地軸為中心的圓形軌道B、以地心為中心的圓形軌道C、軌道平面必須處于赤道平面內(nèi)D、銥星運(yùn)行軌道遠(yuǎn)低于同步衛(wèi)星軌道13、某一星球的第一

16、宇宙速度為v,質(zhì)量為m的宇航員在這個星球表面受到的重力為G，由此可知這個星球的半徑是_ 。14、在月球表面，一位宇航員豎直向上拋出一個質(zhì)量為m的小球，經(jīng)過時間t，小球返回拋出點(diǎn)，已知地球表面的重力加速度為g，月球表面的重力加速度是地球表面的1/6。則宇航員拋出小球時的速度是 。15、地球質(zhì)量為M，半徑為R，萬有引力常量為G，發(fā)射一顆繞地球表面附近做圓周運(yùn)動的人造衛(wèi)星，衛(wèi)星的速度稱為第一宇宙速度。（1）試推導(dǎo)由上述各量表達(dá)的第一宇宙速度的計算式，要求寫出推導(dǎo)依據(jù)。（2）若已知第一宇宙速度的大小v=7.9 km/s，地球半徑，萬有引力常量，求地球質(zhì)量（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。16、已知地球半徑約為

17、，地球表面重力加速度，又知月球繞地球運(yùn)動可近似看作勻速圓周運(yùn)動。請你先補(bǔ)充一個條件，由些推導(dǎo)出估算月球到地心距離的計算公式和具體估算的結(jié)果。17、在赤道上發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，設(shè)它的軌道是一個圓，軌道半徑等于赤道半徑，已知地球質(zhì)量是M，地球自轉(zhuǎn)周期是T，赤道半徑是R，萬有引力恒量是G，則這顆人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度（相對地球的速度）為多大？18、偵察衛(wèi)星在通過地球兩極上空的圓軌道上運(yùn)動，它的運(yùn)動軌道距地面高度為h，要使衛(wèi)星在一天的時間內(nèi)將地面上赤道各處在日照條件下的情況全都拍攝下來，衛(wèi)星在通過赤道上空時，衛(wèi)星上的攝像機(jī)至少應(yīng)拍攝地面上赤道圓周的弧長是多少？設(shè)地球的半徑為R，地面處的重力加速度

18、為g，地球自轉(zhuǎn)的周期為T。【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練參考答案】123456789101112ACDBADDDACDBDADBD13、mv2/G; 14 gt/1215、解析：（1）由于萬有引力提供向心力，則有： GMm/R2=mv2/R所以 v= (2) 由上式可知：M=v2R/G代入數(shù)據(jù)可計算得：M=5.9×1024kg16、答案：補(bǔ)充月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期為30天。 解得月球到地心的距離為3.8×108m。解析：由萬有引力定律和圓周運(yùn)動的規(guī)律：GMm/r2=m（2/T ）2 r-（1）在地球表面物體所受重力認(rèn)為等于萬有引力：mg= GMm/R2-(2)由（2）式可得GM=gR2-（3）。將（3）式代入(1)式中易得到r=3.8×108m。所以可推算月球到地心的距離為3.8×108m。17、答案：