人教版 (2019)必修 第二册宇宙航行学案设计

这是一份人教版 (2019)必修 第二册宇宙航行学案设计，共5页。学案主要包含了宇宙速度等内容，欢迎下载使用。
复习思考：
1.天体运动近似看成匀速圆周运动，万有引力提供向心力，即
= = =
这是解决天体运动问题的核心思路。
2.忽略地球自转影响，地表附近物体的重力等于物体所受万有引力，即
= ，所以 = 。
这是一个常用变换式。
任务一天体（卫星）参数
问题：在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，如图所示

1、人造地球卫星
1.人造地球卫星的轨道
（1）卫星的轨道平面可以在 平面内(如同步轨道)，可以通过 上空(极地轨道)，也可以和 成任意角度；
（2）因为地球对卫星的 提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以 必定是卫星圆轨道的圆心．
例题1可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道（ ）
A．与地球表面上某一纬线（非赤道）是共面同心圆
B．与地球表面上某一经线所决定的圆是共面同心圆
C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的
D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的
思考：人造地球卫星的轨道的轨道可以是C吗？
2.人造地球卫星的运行规律
目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了，这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的线速度、角速度、周期与什么因素有关呢？（分组讨论并推导）
V= ；ω ；an= ；T=
归纳：轨道半径越大，运行速度（线速度、角速度、向心加速度）越 ，周期越 。
记忆：高 低 大
3.近地卫星
（1）近地卫星：贴着地球 绕地球运行的卫星叫做近地卫星
（2）轨道半径：轨道半径一般取地球半径，即r=（ ）。
（3）线速度：近地卫星的线速度为v＝ ＝ ＝ km/s，是人造地球卫星的
环绕速率。
（4）加速度：近地卫星的加速度为a = ，是人造地球卫星的 加速度
（5）周期：近地卫星的周期为T= = min，是人造地球卫星的 周期
4.地球同步卫星
（1）相对于 静止，和 具有相同周期T=24h，叫地球同步卫星，也叫 卫星。
（2）同步卫星的“六个一定”
a..轨道平面一定：与 共面 b.周期一定：T=
c.角速度一定：与 角速度相同 d.高度一定：h= km
e.速率一定：v= km/s f.绕行方向一定：与 方向相
例题2由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的（ ）
质量可以不同 B．轨道半径可以不同 C．轨道平面可以不同 D．速率可以不同
例题3 “空间站”是科学家进行天文探测和科学实验的特殊而又重要的场所。假设“空间站”正在地球赤道平面内的圆周轨道上运动，其离地球表面的高度为同步卫星离地球表面高度的十分之一，且运行方向与地球自转方向一致。下列说法正确的有（ ）
A．“空间站”运行的加速度等于其所在高度处的重力加速度
B．“空间站”运行的速度等于同步卫星运行速度的倍
C．站在地球赤道上的人观察到它向西运动
D．在“空间站”工作的宇航员因受到平衡力而在舱中悬浮或静止
5. 近地卫星、同步卫星和赤道上物体物理量的比较
如图所示，用A代表同步卫星，B代表近地卫星，C代表赤道上的物体.
= 1 \* GB3 ①角速度关系：A、C都与地球同步，所以ωA ωC；根据角速度公式可知，ωB
ωC
= 2 \* GB3 ②线速度关系：由于A、C同步，故ωA ωB，根据线速度公式 可知，vC vA；根据线速度公式可知，vB vC
= 3 \* GB3 ③加速度关系：先比较A、C的加速度，根据公式 ，其中ω相同，故aC aA；再比较B、C的加速度，根据公式 可知，aB aC
总结：线速度大小关系
角速度大小关系
向心加速度大小关系
例题4有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在赤道表面上随地球一起转动，b是近地轨道卫星，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图6-5-6所示，则（ ）
A．a的向心加速度等于重力加速度g B．在相同时间内b转过的弧长最长
C．c在4小时内转过的圆心角是eq \f(π,6) D．d的运动周期有可能是20小时
任务二 宇宙速度
1第一宇宙速度（又叫环绕速度）：
（1）第一宇宙速度：使物体贴近地面运动时的发射速度叫做第一宇宙速度，也是卫星贴近地面运动时的环绕速度。因为卫星贴近地面运动时，卫星没有高度，发射动能不需要转化为重力势能，所以发射速度就是环绕速度。
（2）。
（4）第一宇宙速度是人造地球卫星的最大环绕速度，是人造地球卫星的最小发射速度
2第二宇宙速度
（1）第二宇宙速度：使发射物体挣脱地球引力束缚不再围绕地球转动的最小发射速度叫做第二宇宙速度。
（2）第二宇宙速度的大小：研究表明，第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍，大小为11.2km/s，
（3）使物体围绕地球转动的发射速度范围：使物体围绕地球转动的发射速度范围为7.9km/s≤v≤11.2 km/s。
3． 第三宇宙速度：
（1）第三宇宙速度：使发射物体挣脱太阳的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度叫做第三宇宙速度。
（2）第三宇宙速度的大小：第三宇宙速度的大小为16.7km/s，
（3）围绕太阳转动物体的发射速度范围：要在地球上发射围绕太阳运动的物体，发射速度的范围为11.2km/s≤v≤16.7km/s。
课堂练习
1．(多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度，则有( )
A．被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大
B．被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大
C．第一宇宙速度与被发射物体的质量无关
D．第一宇宙速度与地球的质量有关
2．(多选)如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果抛出速度足够大，物体就不会落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法正确的是( )
A．以v