物理必修ⅱ人教新課標(biāo)6.5宇宙航行學(xué)案

1、6.5宇宙航行課前預(yù)習(xí)研讀思考：1、設(shè)天體A繞天體B做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則天體A的線速度、角速度、周期及加速度的大小分別由哪些量決定？2、關(guān)于發(fā)射衛(wèi)星的問(wèn)題，牛頓在思考萬(wàn)有引力定律時(shí)就曾想過(guò)，從高山上水平拋出物體，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)。如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為人造地球衛(wèi)星。如圖。請(qǐng)你替牛頓算一算，需要多大的速度物體才能不落回地球，而是像衛(wèi)星一樣繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？3、為什么拋出速度小于/s時(shí)物體會(huì)落到地面上，而不會(huì)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)呢？4、第一宇宙速度 ，第二宇宙速度（逃逸速度） ，第三宇宙速度 。5、什么是同步衛(wèi)星？同步衛(wèi)星有哪些特點(diǎn)？預(yù)習(xí)自測(cè)：

2、12341，如右圖，四顆衛(wèi)星均繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?。如果衛(wèi)星3想追上衛(wèi)星1，應(yīng)該如何操作？如果衛(wèi)星3想追上衛(wèi)星2呢，應(yīng)該如何操作？2假設(shè)某衛(wèi)星正在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速度是/s?，F(xiàn)要想該衛(wèi)星進(jìn)入外層軌道，如何操作？3.兩顆人造衛(wèi)星A、B繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，周期之比為 =18，則軌道半徑之比和運(yùn)行速度之比分別為( ) A. = 41 = 12 B. = 41 = 21 C. = 14 = 12 D. = 14 = 21 4、同步衛(wèi)星是指相對(duì)于地面不動(dòng)的人造衛(wèi)星（ ）A.它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方，且離地心的距離可按需要選擇不同的值B.它可以在地面上任一點(diǎn)的正下方，但離

3、地心的距離是一定的C.它只能在赤道的正上方，但離地心的距離可按需要選擇不同的值D.它只能在赤道的正上方，切離地心的距離是一定的我的困惑：課內(nèi)探究學(xué)習(xí)目標(biāo)：1. 了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)2. 知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。典例探究:1234例1、如圖所示，試比較四顆衛(wèi)星的線速度、角速度、周期及加速度的大小關(guān)系。例2、可發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，使其圓軌道滿足下列條件（ ）A、與地球表面上某一緯度線（非赤道）是共面的同心圓B、與地球表面上某一經(jīng)度線是共面的同心圓C、與地球表面上的赤道線是共面同心圓,且衛(wèi)星相對(duì)地面是運(yùn)動(dòng)的D、與地球表面上的赤道線是共面同心圓,且衛(wèi)星相對(duì)地面是靜止的例3、我國(guó)自行

4、研制的“風(fēng)云一號(hào)”、“風(fēng)云二號(hào)”氣象衛(wèi)星運(yùn)行的軌道是不同的?！耙惶?hào)”是極地圓形軌道衛(wèi)星。其軌道平面與赤道平面垂直，周期是12h；“二號(hào)”是地球同步衛(wèi)星。兩顆衛(wèi)星相比 號(hào)離地面較高； 號(hào)觀察范圍較大； 號(hào)運(yùn)行速度較大。若某天上午8點(diǎn)“風(fēng)云一號(hào)”正好通過(guò)某城市的上空，那么下一次它通過(guò)該城市上空的時(shí)刻將是 。例4、假設(shè)地球質(zhì)量不變，而地球半徑增大到原來(lái)的2倍，那么從地球發(fā)射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度為原來(lái)的（ ）A. B.C.D. 2 例5、在某一軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星A在進(jìn)行過(guò)程中突然天線斷了，那么衛(wèi)星及其斷了的天線將如何運(yùn)動(dòng)？例6、同步衛(wèi)星是指相對(duì)于地面不動(dòng)的人造衛(wèi)星（ ）A.它可以在地面上任一點(diǎn)的正上方

5、，且離地心的距離可按需要選擇不同的值B.它可以在地面上任一點(diǎn)的正下方，但離地心的距離是一定的C.它只能在赤道的正上方，但離地心的距離可按需要選擇不同的值D.它只能在赤道的正上方，但離地心的距離是一定的例7、1968年2月20日，發(fā)射升空的“和平號(hào)”空間站，在服役15年后于2001年3月23日墜落在南太平洋。“和平號(hào)”風(fēng)風(fēng)雨雨15年鑄就里輝煌業(yè)績(jī)，已成為航天史上的永恒篇章?！昂推教?hào)”空間站總質(zhì)量137t，工作容積超過(guò)400m3，是迄今為止人類探索太空規(guī)模最大的航天器，有“人造天宮”之稱。在太空運(yùn)行的這一“龐然大物”按照地面指令準(zhǔn)確濺落在預(yù)定海域，這在人類歷史上還是第一次。“和平號(hào)”空間站正常行動(dòng)

6、時(shí)，距離地面的平均高度大約為350km。為了保證空間站最終安全墜毀，俄羅斯航天局地面控制中心對(duì)空間站的運(yùn)行做了精心安排和控制。在墜毀前空間站已經(jīng)順利進(jìn)入指定的低空軌道，此時(shí)“和平號(hào)”距離地面的高度大約為240km。在“和平號(hào)”沿指定的低空軌道運(yùn)行時(shí)，其軌道高度平均每晝夜降低。設(shè)“和平號(hào)”空間站正常運(yùn)行時(shí)沿高度為350km圓形軌道運(yùn)行，在墜落前高度240km的指定圓形低空軌道運(yùn)行。而且沿指定的低空軌道運(yùn)行時(shí)，每運(yùn)行一周空間站高度變化很小，因此，計(jì)算時(shí)對(duì)空間站的每一周的運(yùn)動(dòng)都可以作為勻速圓周運(yùn)動(dòng)處理。（1）空間站沿正常軌道運(yùn)行時(shí)的加速度與沿指定的低空軌道運(yùn)行時(shí)加速度大小的比值多大？計(jì)算結(jié)果保留2位

7、有效數(shù)字。（2）空間站沿指定的低空軌道運(yùn)行時(shí)，每運(yùn)行一周過(guò)程中空間站高度平均變化多大？計(jì)算中取地球半徑103km，計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字。當(dāng)堂鞏固:1、假定宇宙空間站繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則在空間站上，下列實(shí)驗(yàn)不能做成的是：（ ）A、天平稱物體的質(zhì)量B、用彈簧秤測(cè)物體的重量C、用測(cè)力計(jì)測(cè)力D、用水銀氣壓計(jì)測(cè)飛船上密閉倉(cāng)內(nèi)的氣體壓強(qiáng)2、土星的外層有一個(gè)環(huán)，為了判斷它是土星的一部分，即土星的“連續(xù)群”，還是土星的“衛(wèi)星群”，可以通過(guò)測(cè)量環(huán)中各層的線速度v與該層到土星中心的距離R之間的關(guān)系來(lái)判斷：A. 若vR，則該層是土星的連續(xù)群B. 若v2R，則該層是土星的衛(wèi)星群C. 若，則該層是土星的連續(xù)群D

8、. 若，則該層是土星的衛(wèi)星群3、月球的質(zhì)量約為地球的1/81，半徑約為地球半徑的1/4，地球上第一宇宙速度約為/s,則月球上第一宇宙速度為多少？4、人造地球衛(wèi)星與地面的距離為地球半徑的1.5倍，衛(wèi)星正以角速度做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地面的重力加速度為，、 、這三個(gè)物理量之間的關(guān)系是（ ）： ： ： ：5、下列關(guān)于地球同步衛(wèi)星的說(shuō)法中正確的是：（ ）A、為避免通訊衛(wèi)星在軌道上相撞，應(yīng)使它們運(yùn)行在不同的軌道上B、通訊衛(wèi)星定點(diǎn)在地球赤道上空某處，所有通訊衛(wèi)星的周期都是24hC、不同國(guó)家發(fā)射通訊衛(wèi)星的地點(diǎn)不同，這些衛(wèi)星的軌道不一定在同一平面上D、不同通訊衛(wèi)星運(yùn)行的線速度大小是相同的，加速度的大小也是相同的。6

9、、地球同步衛(wèi)星到地心的距離r可由求出，已知式中a的單位是m，b的單位是s，c的單位是m/s2，則： （ ）Aa是地球半徑，b是地球自轉(zhuǎn)的周期，C是地球表面處的重力加速度；Ba是地球半徑。b是同步衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的周期，C是同步衛(wèi)星的加速度；Ca是赤道周長(zhǎng)，b是地球自轉(zhuǎn)周期，C是同步衛(wèi)星的加速度Da是地球半徑，b是同步衛(wèi)星繞地心運(yùn)動(dòng)的周期，C是地球表面處的重力加速度。課后鞏固1、偵察衛(wèi)星在通過(guò)地球兩極上的圓軌道上運(yùn)行，它的運(yùn)行軌道距地面高度為h，要使衛(wèi)星在一天的時(shí)間內(nèi)將地面上赤道各處在日照條件的情況下全都拍攝下來(lái)，衛(wèi)星在通過(guò)赤道上空時(shí)，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(zhǎng)是多少？設(shè)地球半徑

10、為R，地面處的重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)的周期為T。地球2、如圖是在同一平面不同軌道上運(yùn)行的兩顆人造地球衛(wèi)星。設(shè)它們運(yùn)行的周期分別是T1、T2，(T1T2)，且某時(shí)刻兩衛(wèi)星相距最近。問(wèn)：兩衛(wèi)星再次相距最近的時(shí)間是多少？?jī)尚l(wèi)星相距最遠(yuǎn)的時(shí)間是多少？地球PQv2v1v2/v31233、發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓形軌道1運(yùn)行，然后點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓形軌道3運(yùn)行。設(shè)軌道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P點(diǎn)，則衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，比較衛(wèi)星經(jīng)過(guò)軌道1、2上的Q點(diǎn)的加速度的大??；以及衛(wèi)星經(jīng)過(guò)軌道2、3上的P點(diǎn)的加速度的大小設(shè)衛(wèi)星在軌道1、3上的速度大小為v1、v3 ，在橢圓軌道上Q、P點(diǎn)的速度大小分別是v2、v2/，比較四個(gè)速度的大小4、“黑洞”1012m106m/s的速度繞它旋轉(zhuǎn)，據(jù)此估算該可能黑洞的最大半徑是多少？（保留一位有效數(shù)字）5、在研究宇宙發(fā)展演變的理論中，有一種學(xué)說(shuō)叫做“宇宙膨脹說(shuō)”，這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為萬(wàn)有引力常量G在緩慢地減小，根據(jù)這一理論，在很久很久以前，太陽(yáng)系中地球的公轉(zhuǎn)情況與現(xiàn)在相比較，公轉(zhuǎn)半徑如何變化？公轉(zhuǎn)周期如何變化？公轉(zhuǎn)