山東省淄川般陽(yáng)中學(xué)2020屆高三物理 宇宙航行學(xué)案

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1、§7.3 宇宙航行 【要點(diǎn)點(diǎn)撥】 1.第一宇宙速度7.9km/s是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，而如人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑越大，則所需的線速度相應(yīng)越小。 2.若實(shí)際發(fā)射衛(wèi)星的的速度大于7.9km/s且小于11.2km/s，則衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)。衛(wèi)星如做橢圓運(yùn)動(dòng)，它在各點(diǎn)的速度大小是不同的由可粗略看出，r變大時(shí)，變小。 3.在求解有關(guān)人造衛(wèi)星的的習(xí)題時(shí)，一定要注意衛(wèi)星離地面高度與衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是兩個(gè)不同的概念。 4.第二、第三宇宙速度雖然數(shù)值上比第一宇宙速度大不多，但要達(dá)到這一速度是相當(dāng)困難的。 【解題思路】 1. 用

2、萬(wàn)有引力定律處理天體問(wèn)題，主要有兩條解題思路：（1）在地面附近把萬(wàn)有引力看成等于物體受的重力，即，主要用于計(jì)算涉及重力加速度的問(wèn)題；（2）把天體的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且，主要用于計(jì)算天體質(zhì)量、密度以及討論衛(wèi)星的速度、角速度、周期隨軌道的變化而變化等問(wèn)題。 2. 地面上物體的重力是由于地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力引起的，但一般情況下這兩者并不相等，因?yàn)榈孛嫔衔矬w隨地球自轉(zhuǎn)的向心力也由萬(wàn)有引力的一個(gè)分力提供，不過(guò)這一分力卻較小，實(shí)際計(jì)算中常常忽略。 3. 人造衛(wèi)星中的物體所受地球的萬(wàn)有引力全部提供衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，因此衛(wèi)星內(nèi)部的物體處于完全失重狀態(tài)。 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.了解衛(wèi)星的發(fā)射

3、運(yùn)行等情況. 2.了解飛船飛入太空的情況. 3.知道三個(gè)宇宙速度的含義,會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度. 【自主學(xué)習(xí)】 一、 宇宙速度 1、人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做圓規(guī)道運(yùn)行時(shí)，速度為,如果將它發(fā)射至半徑為二倍地球半徑的高空軌道，那么它的運(yùn)行速度是＿。 2、兩顆人造地球衛(wèi)星和的質(zhì)量比，軌道半徑之比，某一時(shí)刻它們的連線通過(guò)地心，則此時(shí)它們的線速度之比＿，向心加速度之比＿，向心力之比＿。 二、 夢(mèng)想成真 1、人造地球衛(wèi)星以地心為圓心，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是（ ） ：半徑越大，速度越小，周期越小 ：半徑越大，速度越小，周期越大 ：所有衛(wèi)星的速度均是相同的，與半徑

4、無(wú)關(guān) ：所有衛(wèi)星的角速度均是相同的，與半徑無(wú)關(guān) 2、若已知某行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的半徑為，公轉(zhuǎn)周期為，萬(wàn)有引力恒量為，則由此可求出（ ） ：某行星的質(zhì)量 ：太陽(yáng)的質(zhì)量 ：某行星的密度 ：太陽(yáng)的密度 【典型例題】 例1、 月球的質(zhì)量約為地球的1/81，半徑約為地球半徑的1/4，地球上第一宇宙速度約為7.9km/s,則月球上第一宇宙速度月為多少？ 例2、人造地球衛(wèi)星與地面的距離為地球半徑的1.5倍，衛(wèi)星正以角速度ω做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地面的重力加速度為，、 、這三個(gè)物理量之間的關(guān)系是（ ） ：

5、 ： ： ： 例3、 在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天飛機(jī)的外表面上，有一隔熱陶瓷片自動(dòng)脫落，則陶瓷片的運(yùn)動(dòng)情況是 ：平拋運(yùn)動(dòng) ：自由落體運(yùn)動(dòng) ：仍按原軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng) ：做速圓周運(yùn)動(dòng)，逐漸落后于航天飛機(jī) 【針對(duì)訓(xùn)練】 1、利用所學(xué)的知識(shí)，推導(dǎo)第一宇宙速度的表達(dá)式。 2、在某星球上，宇航員用彈簧稱(chēng)稱(chēng)得質(zhì)量為的砝碼的重為，乘宇宙飛船在靠近該星球表面空間飛行，測(cè)得其環(huán)繞周期是。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，試求該星球的質(zhì)量 3、地球的同步衛(wèi)星距地面高約為地球半徑的5倍，同步衛(wèi)星正下方的地面上有一靜止的物體，則同步衛(wèi)星與物體的向心加

6、速度之比是多少？若給物體以適當(dāng)?shù)睦@行速度，使成為近地衛(wèi)星，則同步衛(wèi)星與近地衛(wèi)星的向心加速度之比為多少？ 4、我們國(guó)家在1986年成功發(fā)射了一顆實(shí)用地球同步衛(wèi)星，從1999年至今已幾次將“神州”號(hào)宇宙飛船送入太空。在某次實(shí)驗(yàn)中，飛船在空中飛行了36,繞地球24圈。那么同步衛(wèi)星與飛船在軌道上正常運(yùn)轉(zhuǎn)相比較 （ ） ：衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期比飛船大 ：衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速率比飛船大 ：衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)加速度比飛船大 ：衛(wèi)星離地高度比飛船大 5、甲、乙 兩顆人造地球衛(wèi)星在同一軌道平面上的不同高度處同向運(yùn)行，甲距地面高度為地球半徑的0.5倍，乙甲距地面高度為地球半徑的5倍，兩衛(wèi)星在某一時(shí)刻正好位于地球表面

7、某處的正上空，試求：（1）兩衛(wèi)星運(yùn)行的速度之比；（2）乙衛(wèi)星至少經(jīng)過(guò)多少周期時(shí)，兩衛(wèi)星間的距離達(dá)到最大？ 6、一宇航員在某一行星的極地著陸時(shí)，發(fā)現(xiàn)自己在當(dāng)?shù)氐闹亓κ窃诘厍蛏现亓Φ?.01倍，進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，該行星一晝夜的時(shí)間與地球相同，而且物體在赤道上完全失去了重力，試計(jì)算這一行星的半徑。 7、偵察衛(wèi)星通過(guò)地球兩極上空的圓軌跡運(yùn)動(dòng)，他的運(yùn)行軌道距地面高度為，要使衛(wèi)星在一天的時(shí)間內(nèi)將地面上赤道各處在日照條件下的情況全部拍攝下來(lái)，衛(wèi)星在通過(guò)赤道上空時(shí)，衛(wèi)星上的攝像機(jī)至少應(yīng)拍攝地面上赤道圓周的弧長(zhǎng)是多少？（設(shè)地球的半徑為，地面處重力加速度為，地球自轉(zhuǎn)周期為）

8、 8．登月火箭關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)在離月球表面112km的空中沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)，周期是120.5min,月球的半徑是1740km，根據(jù)這組數(shù)據(jù)計(jì)算月球的質(zhì)量和平均密度。 【學(xué)后反思】 _____________________________________________________________________________________________________________________。 參考答案： [自主學(xué)習(xí)]一、1. 2. 二、1. 2. [典型例題]例一.km/s 例二. 例三. [針對(duì)訓(xùn)練]1.略 2. 3.（1）6：1 （2）1：36 4. 5.（1）2：1（2） 6. 7. 8． ，