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2019-2020年高中物理 第六章 萬有引力定律 宇宙航行學案新人教版必修2

'2019-2020年高中物理 第六章 萬有引力定律 宇宙航行學案新人教版必修2'
?2019-2020年高中物理 第六章 萬有引力定律 宇宙航行學案新人教版必修2【學習目標】1.了解人造衛星的有關知識,知道其運動規律。2.知道三個宇宙速度的含義,會推導第一宇宙速度。3.知道牛頓運動定律的適用范圍.4.了解經典力學在科學研究和生產技術中的廣泛應用【學習重點】1.第一宇宙速度的推導.2. 搞清環繞速度與軌道半徑的關系【學習難點】同步衛星的研究【學習過程】目標一:宇宙速度一.第一宇宙速度的推導1.方法一:設地球質量為M,半徑為R,繞地球做勻速圓周運動的飛行器的質量為m,飛行器的速度(第一宇宙速度)為v。飛行器運動所需的向心力是由萬有引力提供的,近地衛星在“地面附近”飛行,可以用地球半徑R代表衛星到地心的距離,所以__________ ,由此解出v=___ __。2.方法二:物體在地球表面受到的引力近似認為等于重力,所以_______________,解得v=___ __。關于第一宇宙速度有三種說法:第一宇宙速度是發射人造地球衛星所必須達到的最小速度,第二是近地衛星的環繞速度,第三是地球衛星的最大運行速度。另外第一宇宙速度是衛星相對于地心的線速度。地面上發射衛星時的發射速度,是衛星獲得的相對地面的速度與地球自轉速度的合速度。所以赤道上自西向東發射衛星節省能量。第二宇宙速度飛行器克服地球的引力,離開地球束縛的速度,是在地球上發射繞太陽運行或飛到其他行星上去的飛行器的最小發射速度。其值為:________。第三宇宙速度是在地面附近發射一個物體,使它掙脫太陽引力的束縛,飛到太陽系外,必須達到的速度。其值是_________。拓展辨析:a:運行速度:指衛星在穩定的軌道上繞地球轉動的線速度。b:發射速度:指被發射物體離開地面時的水平初速度。 C:①宇宙速度均指發射速度。②第一宇宙速度為在地面發射衛星的最小速度,也是環繞地球運行的最大速度.經典例題:1.人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動,其速度是下列的( )A.一定等于7.9 km/s B.等于或小于7.9 km/sC.一定大于7.9 km/s D.介于7.9~11.2 km/s之間2.關于第一宇宙的速度,下面說法錯誤的是( )A.它是人造地球衛星繞地球飛行的最小速度B.它是人造地球衛星在近地圓軌道上的運行速度C.它是能使衛星進入近地圓形軌道的最小發射速度D.它是衛星在橢圓軌道上運動時近地點的速度P123QQ3、將衛星發射至近地圓軌道1(如圖所示),然后再次點火,將衛星送入同步軌道3。軌道1、2相切于Q點,2、3相切于P點,則當衛星分別在1、2、3軌道上正常運行時,以下說法正確的是:( ) A.衛星在軌道3上的速率大于軌道1上的速率。 B. 衛星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度。 C.衛星在軌道1上經過Q點時的加速度大于它在軌道 2上經過Q點時的加速度。 D.衛星在軌道2上經過P點的加速度等于它在軌道3上經過P目標二:同步衛星1.同步衛星:是指相對于地面靜止的衛星。同步衛星必定位于赤道軌道,周期等于地球自轉周期。知道了同步衛星的周期,就可以根據萬有引力定律、牛頓第二定律和圓周運動向心加速度知識,計算同步衛星的高度、速度等有關數據。例1、地球半徑為R,地面重力加速度為g,地球自轉周期為T,地球同步衛星離地面-省略部分-均是相同的,與半徑無關2.航天飛機中的物體處于失重狀態,是指這個物體( )A.不受地球的吸引力B.地球吸引力和向心力平衡C.對支持它的物體的壓力為零D.受地球的吸引力減小了3.如圖所示,在同一軌道平面上,有繞地球做勻速圓周運動的衛星a、b、c,某時刻它們處在同一直線上,則( )A.經過一段時間,它們將同時第一次回到原位置B.衛星c受到的向心力最小C.衛星b的周期比c大D.衛星a的角速度最大4.xx年5月,航天飛機在完成對哈勃空間望遠鏡的維修任務后,在A點從圓形軌道Ⅰ進入橢圓軌道Ⅱ,B為軌道Ⅱ上的一點,如圖所示,關于航天飛機的運動,下列說法中錯誤的是( )A.在軌道Ⅱ上經過A的速度小于經過B的速度B.在軌道Ⅱ上經過A的速度小于在軌道Ⅰ上經過A的速度C.在軌道Ⅱ上運動的周期小于在軌道Ⅰ上運動的周期D.在軌道Ⅱ上經過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經過A的加速度5.如圖中的圓a、b、c,其圓心均在地球的自轉軸線上,b、c 的圓心與地心重合,對衛星環繞地球做勻速圓周運動而言( ) A.衛星的軌道可能為a B.衛星的軌道可能為b C.衛星的軌道可能為c D.同步衛星的軌道只可能為b 6.2011年9月29日成功發射”天宮”一號目標飛行器,并于xx年11月發射”神舟”八號飛船與”天宮”一號實現對接,某同學得知上述消息后,畫出”天宮”一號和”神舟”八號繞地球做勻速圓周運動的假想圖如圖所示,A代表”天宮”一號,B代表”神舟”八號,虛線為它們各自的軌道,由此假想圖,可以判定 ( ) A.”天宮”一號的運行速率大于”神舟”八號的運行速率 B.”天宮”一號的向心加速度小于”神舟”八號的向心加速度 C.”神舟”八號適度加速有可能與”天宮”一號實現對接 D.”天宮”一號受到地球的萬有引力小于”神舟”八號受到地球的萬有引力.7.宇航員在一個半徑為R的星球上,以速度v0豎直上拋一個物體 ,經過t秒后物體落回原拋物點,如果宇航員想把這個物體沿星球表面水平拋,而使它不再落回星球,則拋出速度至少應是( )A、 B、 C、 D、達標題組(跳起來,摘下豐碩果)8.一顆人造衛星在離地面高度等于地球半徑的圓形軌道上運行,已知衛星的第一宇宙速度是v1=7.9km/s,求:(1)這顆衛星運行的線速度多大?(2)它繞地球運動的向心加速度多大?(3)質量為1kg的儀器放在衛星內的平臺上,儀器的重力多大?它對平臺的壓力有多大?9.1970年4月25日18點,新華社授權向全世界宣布:1970年4月24日,中國成功地發射了第一顆人造衛星,衛星向全世界播送“東方紅”樂曲。已知衛星繞地球一圈所用時間T=114分鐘,地球半徑R=6400km,地球質量M=6×1024kg。試估算這顆衛星的離地平均高度。拓展題組(勇往直前,試一試)10.如圖所示,質量分別為m和M的兩個星球A和B在引力作用下都繞O點做勻速圓周運動,星球A和B兩者中心之間距離為L。已知A、B的中心和O三點始終共線,A和B分別在O的兩側。引力常量為G。 (1)求兩星球做圓周運動的周期。 (2)在地月系統中,若忽略其他星球的影響,可以將月球和地球看成上述星球A和B,月球繞其軌道中心運行的周期記為。但在近似處理問題時,常常認為月球是繞地心做圓周運動的,這樣算得的運行周期為。已知地球和月球的質量分別為5. kg和7.kg,求與兩者二次方之比(結果保留三位小數)。
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