《萬有引力定律與航天》第二節(jié)《萬有引力定律的應(yīng)用》學(xué)案

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1、萬有引力定律的應(yīng)用（二） 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．理解第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度。 2．理解同步衛(wèi)星的特點(diǎn)。 3．理解近地衛(wèi)星的特點(diǎn)。 重點(diǎn)難點(diǎn)：理解第一宇宙速度，理解同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星的特點(diǎn)。 【閱讀指導(dǎo)】請(qǐng)自主閱讀課本P53—P54內(nèi)容 填寫《優(yōu)化方案》P49“課前自主學(xué)案”內(nèi)容 【課堂教學(xué)】 一、宇宙速度 1．第一宇宙速度（環(huán)繞速度） ①人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度，它是人造衛(wèi)星在地面表面環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的線速度。 ②推導(dǎo)方法：由，應(yīng)用近地條件r＝R（R為地球半徑），代入可得（GM＝gR2）。 ③第一宇宙速度的意義：發(fā)射人造衛(wèi)星時(shí)的最小速度，繞

2、地做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的最大運(yùn)行速度。 2．第二宇宙速度（脫離速度） ①在地面上發(fā)射人造衛(wèi)星，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星所必須達(dá)到的最小發(fā)射速度，其大小為v＝11.2km/s。 ②若衛(wèi)星的發(fā)射速度7.9km/s＜v＜11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星的軌道是橢圓形的，地球處于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。 3．第三宇宙速度（逃逸速度）：在地面上發(fā)射人造衛(wèi)星，使之能夠脫離太陽的引力作用，飛到太陽系以外的宇宙空間所需的最小速度，其大小為v＝16.7km/s。 【課堂練習(xí)】 1．（雙選）（2011年成都高一檢測(cè)）關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列說法中正確的是（　　） A．它是人

3、造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小速度 B．它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度 C．它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道的最小速度 D．它是能使衛(wèi)星進(jìn)入軌道的最大發(fā)射速度 2．關(guān)于地球的第一宇宙速度，下列表述正確的是(　　) A．第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度　　　　　　B．第一宇宙速度又叫脫離速度 C．第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關(guān)　　　　D．第一宇宙速度跟地球的半徑無關(guān) 3．（2011年鄭州高一檢測(cè)）假設(shè)地球的質(zhì)量不變，而地球的半徑增大到原來半徑的2倍。那么從地球上發(fā)射人造衛(wèi)星的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來的（　　?。? A．倍　　　　　B．倍　　　　C．倍　　　　D．2倍 4．1989年10月1

4、8日，人類發(fā)射的“伽利略”號(hào)木星探測(cè)器進(jìn)入太空，于1995年12月7日到達(dá)木星附近，然后繞木星運(yùn)轉(zhuǎn)并不斷發(fā)回拍攝到的照片，人類發(fā)射該探測(cè)器的發(fā)射速度應(yīng)為（　　?。? A．等于7.9 km/s　　　　　　　　　　　B．大于7.9 km/s而小于11.2 km/s C．大于11.2 km/s而小于16.7 km/s　　　D．大于16.7 km/s 二、同步衛(wèi)星 同步衛(wèi)星是指在赤道平面內(nèi)，以和地球自轉(zhuǎn)角速度相同的角速度繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，同步衛(wèi)星又叫通訊衛(wèi)星。其特點(diǎn)包括： 1．同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致。 2．同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)同期相同，T＝24h。 3．同步衛(wèi)

5、星的軌道平面與赤道平面共面。 4．所有同步衛(wèi)星的線速度大小均相等。 5．所有同步衛(wèi)星的高度固定不變，離地面高度約3.6×104km。 綜上所述，所有國(guó)家發(fā)射的同步衛(wèi)星都在同一軌道上運(yùn)動(dòng)且都相對(duì)靜止。 【課堂練習(xí)】 1．（2011年高考北京理綜卷）由于通信和廣播等方面的需要，許多國(guó)家發(fā)射了地球同步軌道衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的（　　　） A．質(zhì)量可以不同　　　　　　　　　　B．軌道半徑可以不同 C．軌道平面可以不同　　　　　　　　D．速率可以不同 2．（雙選）據(jù)報(bào)道，我國(guó)數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號(hào)01 星”于2008 年4 月25 日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過4 次變軌控制后，于

6、5 月l 日成功定點(diǎn)在東經(jīng)77°赤道上空的同步軌道．關(guān)于成功定點(diǎn)后的“天鏈一號(hào)01 星”，下列說法正確的是（　　　） A．運(yùn)行速度小于7.9km/s B．離地面高度一定，相對(duì)地面靜止 C．繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度小 D． 向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等 三、近地衛(wèi)星 近地衛(wèi)星指的是衛(wèi)星的半徑等于地球半徑，衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是萬有引力。近地衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度為第一宇宙速度，是繞地做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的最大繞行速度。 　　在地球赤道上與地球相對(duì)靜止的物體，其圓周運(yùn)動(dòng)半徑亦為地球半徑，但它做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力僅是地球萬有引力的一個(gè)分力。

7、 【課堂練習(xí)】 1．同步衛(wèi)星的加速度為a1，地面附近衛(wèi)星的加速度為a2，地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為a3，則有（　　　） A．a(chǎn)1＞a2＞a3 B．a(chǎn)3＞a2＞a1　　　C．a(chǎn)2＞a3＞a1 D．a(chǎn)2＞a1＞a3 四、人造衛(wèi)星的變軌問題 　　由于人造衛(wèi)星繞地運(yùn)動(dòng)所需向心力來源于地球的萬有引力，即。若衛(wèi)星由于某種原因使其速度v突然變化時(shí)，F(xiàn)萬與不再相等。當(dāng)F萬＞時(shí)，衛(wèi)星做近心運(yùn)動(dòng)；當(dāng)F萬＜時(shí)，衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)。 【課堂練習(xí)】 1．一衛(wèi)星正繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)啟動(dòng)衛(wèi)星的發(fā)動(dòng)機(jī)使其速度增大，待它運(yùn)動(dòng)到距離地面的高度比原來大的位置，再定位使它繞

8、地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，成為另一軌道上的衛(wèi)星。該衛(wèi)星在后一軌道與在前一軌道相比 ( 　 ) A．速度增大 B．加速度增大 C．周期增大 D．機(jī)械能變小 2．2008年9月25日，我國(guó)成功發(fā)射了“神舟七號(hào)”載人飛船。假設(shè)飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是 ( 　 ) A．若知道飛船運(yùn)動(dòng)的角速度和周期，再利用萬有引力常量，就可算出地球的質(zhì)量 B．若宇航員從船艙中慢慢“走”出并離開飛船，飛船速率將減小 C．若有兩個(gè)這樣的飛船在同一軌道上，相隔一段距離一前一后沿同一方向繞行，只要后一飛船向后噴氣加速，則兩飛船一定能實(shí)現(xiàn)對(duì)接 D．若飛船返回地球，在進(jìn)入大氣層之前的無動(dòng)力飛行過程中，飛船的動(dòng)能逐漸增大，機(jī)械能保持不變 【課后鞏固】 《優(yōu)化方案課后作業(yè)本》P117～P118　1、2、4、7、10、11