高中物理第六章万有引力与航天5宇宙航行教学案新人教版必修2 .pdfVIP

高中物理第六章万有引力与航天5宇宙航行教学案新人教版必修2--第1页

⾼中物理第六章万有引⼒与航天5宇宙航⾏教学案新⼈教版必修2

5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.认识同步卫星的特点.3.了解⼈造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及⼈类对太空的探索历程

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⼀、宇宙速度

1.⽜顿的设想：如图1所⽰，把物体⽔平抛出，如果速度⾜够⼤，物体就不再落回地⾯，它将绕地球运动，成为⼈造地球卫星

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图1

2.三个宇宙速度

⼆、梦想成真1.1957年10⽉4⽇苏联成功发射了第⼀颗⼈造地球卫星.

2.1961年4⽉12⽇，苏联空军少校加加林进⼊东⽅⼀号“”载⼈飞船，铸就了⼈类进⼊太空的丰碑.

3.1969年7⽉，美国阿波罗“11号”飞船登上⽉球.

4.2003年10⽉15⽇，我国神⾈五“号”宇宙飞船发射成功，把中国第⼀位航天员杨利伟送⼊太空.

[即学即⽤]

1.判断下列说法的正误.

(1)第⼀宇宙速度是发射卫星的最⼩速度.(√)

(2)⼈造地球卫星的最⼩绕⾏速度是7.9km/s.(×)

(3)要发射⼀颗⼈造地球卫星，发射速度必须⼤于16.7km/s.(×)

2.已知⽉球半径为R，⽉球质量为M，引⼒常量为G，则⽉球的第⼀宇宙速度v＝________.答案GMR

⼀、第⼀宇宙速度的理解与计算

[导学探究](1)不同天体的第⼀宇宙速度是否相同？第⼀宇宙速度的决定因素是什么？

(2)把卫星发射到更⾼的轨道上需要的发射速度越⼤还是越⼩？

答案(1)不同.由GMmR2＝mv2

R

得，第⼀宇宙速度v＝GMR

，可以看出，第⼀宇宙速度的值取决于中⼼天体的质量M和半径R，与卫星⽆关.(2)越⼤.向⾼轨道发射卫星⽐向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它

的引⼒.

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[知识深化]

1.第⼀宇宙速度：第⼀宇宙速度是⼈造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的绕⾏速度.

2.推导：对于近地⼈造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R＝6400km，卫星在轨道处所受的万有引⼒近似等于卫星在地⾯上所受的重⼒，取g＝9.8m/s2

，则

3.推⼴

由第⼀宇宙速度的两种表达式看出，第⼀宇宙速度的值由中⼼天体决定，可以说任何⼀颗⾏星都有⾃⼰的第⼀宇宙速度，都应以v＝GMR

或v＝gR表⽰，式中G为引⼒常量，M为中⼼天体的质量，g为中⼼天体表⾯的重⼒加速度，R为中⼼天体的半径.

4.理解

(1)“最⼩发射速度”与最⼤绕⾏速度“”

①最⼩发射速度“”：向⾼轨道发射卫星⽐向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引⼒.所以近地轨道的发射速度(第⼀宇宙速度)是发射⼈造卫星的最

⼩速度.

②最⼤绕⾏速度“”：由GMmr2＝mv2

r

可得v＝GMr，轨道半径越⼩，线速度越⼤，所以近地卫星的线速度(第⼀宇宙速度)是最⼤绕⾏速度.

(2)发射速度与发射轨道

①当7.9km/s≤v发11.2km/s时，卫星绕地球运动，且发射速度越⼤，卫星的轨道半径越⼤，绕⾏速度越⼩.

②当11.2km/s≤v发16.7km/s时，卫星绕太阳旋转，成为太阳系⼀颗⼩⾏星“”.③当v发≥16.7km/s时，卫星脱离太阳的引⼒束缚跑到太阳系以外的空间中去.

例1我国发射了⼀颗绕⽉运⾏的探⽉卫星嫦娥“⼀号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴

近⽉球表⾯.已知⽉球的质量约为地球质量的181，⽉球的半径约为地球半径的14

，地球上的第⼀宇宙速度约为7.9km/s，则该探⽉卫星绕⽉运⾏的最⼤速率约为()

A.0.4km/s

B.1.8km/s

C.11km/s

D.36km/s

答案B

解析星球的第⼀宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引⼒提供向⼼⼒即可得出这⼀最⼤环绕速度.

卫星所需的向⼼⼒由万有引⼒提供，GMmr2＝mv2r

，得v＝GMr，⼜由M⽉M地＝181、r⽉r地＝14

，故⽉球和地球上第⼀宇宙速度之⽐

v⽉v地＝29，故v⽉＝7.9×29

km/s≈1.8km/s，因此B项正确.

例2某⼈在⼀星球上以速率v竖直上抛⼀物体，经时间t后，物体以速率v落回⼿中.已知该星球的半径为R，求该星球的第⼀宇宙速度.