高中物理 第六章 万有引力与航天 6.5 宇宙航行导学案 新人教版必修2-新人教版高一必修2物理学案VIP专享

第 5 节 宇宙航行[学习目标]：1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2.了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.3.了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况.[学习过程]：任务一：牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图 1 所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星.据此思考并小组讨论以下问题：1、当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？2、若地球的质量为 M，地球半径为 R，引力常量为 G，试推导物体刚好不落回地面时的运行速度.并求此时速度的大小(已知地球半径 R＝6 400 km，地球质量 M＝5.98×1024 kg)答案 (1)当抛出速度较小时，物体做平抛运动.当物体刚好不落回地面时，物体绕地球做匀速圆周运动.(2)物体的向心力由万有引力提供，G＝m 解得 v＝ .当刚好不落回地面时，紧贴地面飞行时 r＝R，v＝ ＝7.9 km/s. [教师概括] 宇宙速度：宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度.1.第一宇宙速度 vⅠ＝7.9 km/s(1)推导方法一：由 G＝m 得 v＝ 方法二：由 mg＝m 得 v＝(2)理解：第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度.2.第二宇宙速度 vⅡ＝11.2 km/s，是从地面上发射物体并使之脱离地球束缚的最小发射速度，又称逃逸速度.3.第三宇宙速度 vⅢ＝16.7 km/s，是从地面上发射物体并使之脱离太阳束缚的最小 发射速度，又称脱离速度.任务二：如图 2 所示，圆 a、b、c 的圆心均在地球的自转轴线上.b、c 的圆心与地心重合. 思考并小组讨论以下问题：1、卫星绕地球做匀速圆周运动，a、b、c 中可以作为卫星轨道的是哪条？为什么？2、根据万有引力定律和向心力公式推导卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.答案 (1)b、c 轨道都可以.因为卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，而万有引力是始终指向地心的，故卫星做匀速圆周运动的向心力必须指向地心，因此 b、c 轨道都可以，a 轨道不可以.(2)卫星所受万有引力提供向心力，G＝m＝mω2r＝m()2r，所以 v＝ ，ω＝ ，T＝2π .[教师概括] 人造地球卫星的运动特点：1.所有卫星的轨道平面均过地心.2.卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，即有：1＝ma＝m＝mω2r＝m()r(1)a＝，r...