2024_2025学年新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行4宇宙航行学案新人教版必修第二册.doc
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宇宙航行
目标体系构建
明确目标·梳理脉络
【学习目标】
1．了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度。
2．知道同步卫星和其他卫星的区分。
3．了解放射速度与环绕速度的区分和联系。
【思维脉络】
课前预习反馈
教材梳理·落实新知
学问点1宇宙速度
1．牛顿的设想
如图所示，把物体从高山上水平抛出，假如抛出速度__足够大__，物体就不会落回地面，它将绕地球运动，成为__人造地球卫星__。
2．第一宇宙速度的推导
(1)已知地球质量m地和半径R，物体在地面旁边绕地球的运动可视为__匀速圆周__运动，__万有引力__供应物体运动所需的向心力，轨道半径r近似认为等于__地球半径R__，由eq\f(Gmm地,R2)＝meq\f(v2,R)，可得v＝eq\r(\f(Gm地,R))。
(2)已知地面旁边的重力加速度g和地球半径R，由__mg__＝meq\f(v2,R)得：v＝eq\r(gR)。
(3)三个宇宙速度及含义
数值
意义
第一宇
宙速度
__7.9__km/s
卫星在地球表面旁边绕地球做__匀速圆周运动__的速度
其次宇
宙速度
__11.2__km/s
使卫星摆脱__地球__引力束缚的最小地面放射速度
第三宇
宙速度
__16.7__km/s
使卫星摆脱__太阳__引力束缚的__最小__地面放射速度
学问点2人造地球卫星载人航天与太空探究
1．同步卫星：地球同步卫星位于__赤道__上方高度约36000km处，因相对地面静止，也称静止卫星。地球同步卫星与地球以相同的__角速度__转动，周期与地球__自转周期__相同。
2.1957年10月，苏联胜利放射了世界上第一颗__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“神舟五号”把航天员__杨利伟__送入太空。
思索辨析
『判一判』
(1)在地面上放射人造地球卫星的最小速度是7.9km/s。(√)
(2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9km/s。(×)
(3)我国向月球放射的“嫦娥二号”宇宙飞船在地面旁边的放射速度要大于11.2km/s。(×)
(4)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大。(×)
(5)同步卫星可以“静止”在北京的上空。(×)
(6)由v＝eq\r(\f(GM,r))，高轨道卫星运行速度小，故放射高轨道卫星比放射低轨道卫星更简单。(×)
『选一选』
(多选)如图中的四种虚线轨迹，可能是人造地球卫星轨道的是(ACD)
解析：人造地球卫星靠地球对它的万有引力供应向心力而做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力指向地心，所以人造地球卫星做圆周运动的圆心是地心，故ACD正确，B错误。
『想一想』
将物体以肯定的水平速度从某一高度水平抛出，初速度变大时，其射程如何变更？
解析：依据h＝eq\f(1,2)gt2和x＝v0t得射程x＝v0eq\r(\f(2h,g))，可知初速度越大，射程越大。
平抛物体水平初速度渐渐增大，物体的落地点将越来越远，若抛出物体的水平初速度足够大，物体将绕地球运动并成为地球的一颗卫星。
课内互动探究
细研深究·破疑解难
探究
人造地球卫星
┃┃情境导入__■
在地球的四周，有很多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，请思索：
(1)这些卫星的轨道平面有什么特点？
(2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？
提示：(1)卫星的向心力是由地球的万有引力供应，故全部卫星的轨道平面都经过地心；
(2)由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)＝mω2r＝meq\f(4π2,T2)r可知，卫星的线速度、角速度、周期等与其轨道半径有关。
┃┃要点提炼__■
1．人造地球卫星
(1)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(犹如步轨道)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成随意角度，如图所示。
(2)因为地球对卫星的万有引力供应了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心。
(3)卫星中的超重与失重
①超重：放射时加速上升过程；返回大气层时减速降低过程。
②失重：卫星进入轨道后，卫星本身和其中的人、物都处于完全失重状态。
③卫星中失效的物理仪器：凡工作条件或原理与重力有关的仪器都不能运用。
2．地球同步卫星
(1)位于地球赤道上方，相对于地面静止不动，它的角速度跟地球的自转角速度相同，广泛应用于通信，又叫同步通信卫星。
(2)特点
①定周期：全部同步卫星周期均为T＝24h。
②定轨道：同步卫星轨道必需在地球赤道的正上方，运转方向必需跟地球自转方向一样，即由西向东。
③定高度：由Geq\f(mm地,?R＋h?2)＝meq\f(4π2,T2)(R＋h)可得，同步卫星离地面高度为h＝eq\r(