宇宙航行导学案(示范课使用)
§6.5 宇宙航行导学案
姓名_______ 日期_______ 总第____页 高一物理备课组
学习目标:
1.知道人造卫星的发射原理,会推导第一宇宙速度。知道三个宇宙速度的含义。 2.掌握用万有引力定律和圆周运动知识求解有关卫星运动的基本问题。 学习重点:1.第一宇宙速度的推导
2.卫星的运行速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
学习难点:人造卫星的运行速度与卫星发射速度的区别
学习流程:知道卫星发射原理5ˊ 推导第一宇宙速度20ˊ探究卫星v、w、T与r的关系15ˊ探索宇宙的历程10ˊ 自主学习构建新知识: 【自主探究一】宇宙速度 1、牛顿就曾思考过这样一个问题:从地球的高山上将物体水平抛出,速度越大,落地点就如果抛出的速度足够大,物体就不再落回地面,它将 运动,成为一颗 。 例. 设地球质量为M,半径为R,求以多大的速度发射这个物体,物体就刚好不落回地面,成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢?请你用万有引力和圆周运动的有关知识把它算
出来,要求写出计算步骤和结果。(M=5.981024
kg, R=6.4106
m)
【点拨】这个物体运动所需的向心力是由 提供的,近地卫星在“地面附近”飞行,可以用地球半径R代表卫星到地心的距离r,根据牛顿第二定律列得方程:
【小结】 叫做第一宇宙速度。 2、第一宇宙速度的另一种推导方法:
若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2,地球半径R=6400km,推导第一宇宙速度。 【点拨】在地面附近,万有引力近似等于重力,重力提供卫星做匀速圆周运动的向心力。
【思考讨论】由表达式vG
M
r
可看出第一宇宙速度是环绕地球做匀速圆周运动的最大速度,但第一宇宙速度又是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度,这又怎么理解?
【小结】第一宇宙速度既是 发射速度,也是 环绕速度 3、第二宇宙速度,意义:使卫星挣脱束缚,成为绕运
行的人造行星的最小发射速度。
第三宇宙速度,大小: 。意义:使卫星挣脱 束缚的最小发射速度。 【注意】发射速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,卫星绕地球运动的轨迹是 ;发射速度大于11.2km/s,而小于16.7km/s,卫星绕太阳作椭圆运动,成为一颗人造行星;如果发射速度大于等于16.7km/s,卫星将挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的空间。 【自主探究二】人造卫星
1. 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。试求: (1)求卫星运行的线速度与轨道半径的关系;(2)卫星运行的角速度与轨道半径的关系;(3)卫星运行的周期与轨道半径的关系; (4)卫星的向心加速度与轨道半径的关系
【小结】卫星运行的线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关,仅由 决定。 2.当卫星环绕地球表面运行时,轨道半径最小为地球半径(r=R=6400km),请计算出此时卫星的周期为多少?已知地球表面的重力加速度g=9.8m/s2(提示:记得用黄金代换式:GM=gR2) 能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星并说明原因?
【自主探究三】梦想成真
19世纪中叶,俄罗斯学者___________,提出利用_____________________运载发射卫星。1957年10月4日,世界上第一颗人造卫星成功在_______发射成功。1961年4月12日,苏联少校 乘坐东方一号载人飞船绕地球飞行一圈,人类首次进入太空。1969年7月20日,美国阿波罗11号飞船的指挥长________踏上月球表面,人类首次登上月球。1970年4月24日,中国第一颗人造卫星东方红一号发射成功。2003年10月15日,神舟五号宇宙飞船将中国首位航天员________送入太空实现第一次载人飞行。2007年10月,嫦娥一号探月卫星成功发射„„然而人类对宇宙的探索并不是一帆风顺的,无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路„„1986年1月28日,美国挑战者号航天飞机升空后爆炸,七名宇航员全部遇难。2003年2月1日,美国哥伦比亚号航天飞机返航时爆炸,七名宇航员全部遇难。 巩固训练:有两颗人造地球卫星A、B,其轨道半径分别为RA、RB,RA∶RB=1∶4,那么下列判断中正确的有( )
A.它们的运行周期之比TA∶TB=1∶4 B.它们的运行线速度之比vA∶vB=4∶1 C.它们的向心加速度之比aA∶aB =4∶1 D.它们的运行角速度之比ωA∶ωB=8∶
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