2017-2018學(xué)年高中物理專題6.5宇宙航行預(yù)基礎(chǔ)版新人教版必修

1、第六章 萬有引力與航天 6.5 宇宙航行 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.正確理解人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，各物理量之間的關(guān)系。2.知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度 ?！咀灾鲗W(xué)習(xí)】牛頓的思考：從高山上水平拋出一物體，速度一次比一次大， 落地點(diǎn)也會(huì)一次比一次遠(yuǎn)，如果速度足夠大，物體就不在落回地面，將 運(yùn)動(dòng)，成為 。一、規(guī)律探究：宇宙速度（1）.第一宇宙速度 叫做第一宇宙速度。推導(dǎo)：方法一：設(shè)地球質(zhì)量為M，半徑為R，繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛行器的質(zhì)量為m，飛行器的速度（第一宇宙速度）為v1。飛行器運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由 提供的，近地衛(wèi)星在“地面附近”飛行，可以用地球半徑R代表衛(wèi)星到地心的距離，根據(jù)牛頓第二定律

2、得方程： ，可解出v1 =_ _=_ _ km/s。方法二：物體在地球表面受到的引力可以近似認(rèn)為等于重力，所以 ，解得v1 =_ _=_ _ km/s。（2）第二宇宙速度，是飛行器克服地球的引力，離開地球束縛的速度，是在地球上發(fā)射繞太陽運(yùn)行或飛到其他行星上去的飛行器的最小發(fā)射速度。其值為：v2=_。（3）第三宇宙速度：是在地面附近發(fā)射一個(gè)物體，使它掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須達(dá)到的最小發(fā)射速度。其值是v3=_。二、人造地球衛(wèi)星思考討論：a.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，是什么力提供向心力？，衛(wèi)星受到地球的引力方向指向地心，而做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力方向始終指向圓心， b.所以衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的

3、圓心和地球的地心有什么關(guān)系？ 這樣就存在三類人造地球衛(wèi)星軌道：赤道軌道：衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方；極地軌道：衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極上空；一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。c.地球有很多人造地球衛(wèi)星， 這些衛(wèi)星有快有慢，如果衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)：（1）它們的運(yùn)行的線速度與什么有關(guān)？說明：第一宇宙速度是發(fā)射人造地球衛(wèi)星所必須達(dá)到的最小速度，是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，是地球衛(wèi)星的最大運(yùn)行速度。（2）它們的角速度與什么有關(guān)？（3）它們的周期與什么有關(guān)？（4）它們的的向心加速度與什么有關(guān)？ 討論：如果衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么衛(wèi)星的圓周運(yùn)動(dòng)半徑越大，線速度越 ；角

4、速度越 ；周期越 ；向心加速度越 。(填“大”或“小”)與衛(wèi)星質(zhì)量 關(guān)。 (填“有”或“無”)12014年3月8日凌晨2點(diǎn)40分，馬來西亞航空公司一架波音777-200飛機(jī)與管制中心失去聯(lián)系.2014年3月24日晚，初步確定失事地點(diǎn)位于南緯31052、東京115052的澳大利亞西南城市柏斯附近的海域.有一顆繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，每天上午同一時(shí)刻在該區(qū)域正上方對海面拍照，則（ ）A該衛(wèi)星一定是地球同步衛(wèi)星 B.該衛(wèi)星軌道平面與南緯3152所確定的平面共面C該衛(wèi)星運(yùn)行周期一定是地球自轉(zhuǎn)周期的整數(shù)倍D地球自轉(zhuǎn)周期一定是該衛(wèi)星運(yùn)行周期的整數(shù)倍【答案】D【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵是抓住衛(wèi)星繞地球做

5、圓周運(yùn)動(dòng)萬有引力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力，由于衛(wèi)星所受萬有引力指向地心，故衛(wèi)星所在軌道平面與地心共面，且地心為軌道的圓心，據(jù)此才能正確分析得出結(jié)論。2關(guān)于人造衛(wèi)星說法正確的是（ ）A. 半徑越大線速度越大 B. 半徑越大角速度越大C. 半徑越大周期越大 D. 半徑越大受力越大【答案】C【解析】A、人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由地球的萬有引力提供向心力，則有，可得， ， 則半徑越大，速度越小，角速度越小，周期越大，則AB錯(cuò)誤，C正確；D、根據(jù)萬有引力公式： ，可以知道，半徑越大受力越小，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。點(diǎn)睛：人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由地球的萬有引力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律列式進(jìn)行即可

6、。3（多選）暗物質(zhì)是二十一世紀(jì)物理學(xué)之謎，對該問題的研究可能帶來一場物理學(xué)的革命。為了探測暗物質(zhì)，我國在2015年12月17日成功發(fā)射了一顆被命名為“悟空”的暗物質(zhì)探測衛(wèi)星。已知“悟空”在低于同步衛(wèi)星的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間（小于其運(yùn)動(dòng)周期），運(yùn)動(dòng)的弧長為，與地球中心連線掃過的角度為（弧度），引力常量為G，則下列說法正確的是（ ）A、“悟空”的線速度大于第一宇宙速度B、“悟空”的向心加速度大于地球同步衛(wèi)星的向心加速度C、“悟空”的環(huán)繞周期為D、“悟空”的質(zhì)量為【答案】BC【名師點(diǎn)睛】由幾何知識(shí)確定運(yùn)動(dòng)半徑，根據(jù)萬有引力提供向心力得出各量與軌道半徑的關(guān)系；解決本題的關(guān)鍵掌握萬有引力

7、提供向心力這一理論，并能根據(jù)題意結(jié)合向心力的幾種不同的表達(dá)形式，選擇恰當(dāng)?shù)南蛐牧Φ谋磉_(dá)式。4第一宇宙速度是指衛(wèi)星在_繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，也是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的_速度第一宇宙速度也是將衛(wèi)星發(fā)射出去使其繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的_發(fā)射速度，其大小為_【答案】 近地軌道 最大環(huán)繞 最小 7.9km/s【解析】第一宇宙速度是衛(wèi)星在地球表面繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，是衛(wèi)星的最大繞行速度，也是進(jìn)入近地軌道需要的最小發(fā)射速度，其數(shù)值為7.9km/s。故答案為： 近地軌道，最大環(huán)繞 ，最小 ，7.9km/s。5甲、乙為兩顆繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，甲的軌道半徑小于乙的軌道半徑，則甲的周期_乙的周期，甲的向心加速度_乙的向心加速度。（選填大于、等于或小于。）【答案】 小于 大于【解析】根據(jù)萬有引力提供向心力，得； ， ，由此可知軌道半徑越小，加速度越大，周期越小，因?yàn)榧椎陌霃奖纫倚?，故甲的加速度都比乙大，而周期比乙小。點(diǎn)睛：解決本題的關(guān)鍵掌握萬有引力提供向心力，能夠分析出加速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。6地球半徑為 R，重力加速度為 g，研究下列問題： （1）人造衛(wèi)星的第一宇宙速？ （2）若某顆氣