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【導(dǎo)學(xué)案參】
學(xué)校臨清二中 學(xué)科物理
6.6 《宇宙航行》導(dǎo)學(xué)案
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
一、預(yù)習(xí)目標(biāo)：
預(yù)習(xí)人造衛(wèi)星的發(fā)射、第一宇宙速度的計(jì)算。
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容
1、發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最初構(gòu)想是什么？
2、第一宇宙速度的計(jì)算方法有幾種？
3、你對我國的航空航天知識了解多少？
課內(nèi)探究學(xué)案
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
（1）知道人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行原理，會運(yùn)用萬有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)公式分析解答有關(guān)衛(wèi)星運(yùn)行的原因；
（2）掌握三個(gè)宇宙速度，會推導(dǎo)第一宇宙速度；
（3）簡單了解航天發(fā)展史。
（4）能用所學(xué)知識求解衛(wèi)星基本問題。
學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：
（1）第一宇宙速度的推導(dǎo)；
（2）人造衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)行速度與衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別；
二、學(xué)習(xí)過程
1、拋物演示實(shí)驗(yàn)：學(xué)生觀察落地點(diǎn)的變化，落地點(diǎn)為什么會變化？
2、牛頓的思考與設(shè)想：
3、問題的提出：人造衛(wèi)星為什么不掉下來，人造衛(wèi)星的線速度有多大。
三、方法步驟：
學(xué)生活動(dòng)：分組討論，得出結(jié)論。
1、由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)月球受到的地球的引力（即重力），用來充當(dāng)繞地運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力，故而月球并不會落到地面上來。
2、由平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律知：
x=v0t①
h= ②
聯(lián)立①、②可得： x=v0
即物體飛行的水平距離和初速度v0及豎直高度h有關(guān)，在豎直高度相同的情況下，水平距離的大小只與初速度v0有關(guān)，水平初速度越大，飛行的越遠(yuǎn)。
3、當(dāng)平拋的水平初速度足夠大時(shí)，物體飛行的距離也很大，由于地球是一圓球體，故物體將不能再落回地面，而成為一顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。
學(xué)生活動(dòng)：閱讀課文，找出相應(yīng)答案。
1、衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程是：G
2、向高軌道發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，火箭須克服地球?qū)λ�的引力而做更多的功，對火箭的要求更高一些，所以比較困難。
3、人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須具有的速度叫第一宇宙速度。
人造衛(wèi)星繞地球做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度叫第二宇宙速度。
人造衛(wèi)星掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙中去時(shí)，所必須具有的速度叫第三宇宙速度。
［例題1］“2003年10月15日9時(shí)，我國神舟五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把我國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場�！备鶕�(jù)以上消息，近似地把飛船從發(fā)射到降落的全部運(yùn)動(dòng)看作繞地球的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試估算神舟五號繞地球飛行時(shí)距地面的高度（已知地球的質(zhì)量為M =6.0×1024Kg，地球的半徑 R =6.4×103Km）
(6700Km)
［例題2］金星的半徑是地球的0.95倍，質(zhì)量是地球的0.82倍，金星表面的自由落體加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？
(8.9m/s2;7.34Km/s)
(四)當(dāng)堂檢測
1、關(guān)于宇宙速度，下列說法正確的是（ ）
A.第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小發(fā)射速度
B.第一宇宙速度使人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度
C.第二宇宙速度使衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)的最大速度
D.第三宇宙速度時(shí)發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度
2、將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1（如圖所示），然后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步軌道3。軌道1、2相切于Q點(diǎn)，2、3相切于P點(diǎn)，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說法正確的是：
A．衛(wèi)星在軌道3上的速率大于軌道1上的速率。
B．衛(wèi)星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度。
C．衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點(diǎn)時(shí)的加速度。
D．衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點(diǎn)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的加速度。
五、課后練習(xí)與提高
1．利用下列哪組數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出地球質(zhì)量：（ ）
A．已知地球半徑和地面重力加速度
B．已知衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期
C．已知月球繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和月球質(zhì)量
D．已知同步衛(wèi)星離地面高度和地球自轉(zhuǎn)周期

2．“探路者”號宇宙飛船在宇宙深處飛行過程中，發(fā)現(xiàn)A、B兩顆天體各有一顆靠近表面飛行的衛(wèi)星，并測得兩顆衛(wèi)星的周期相等，以下判斷錯(cuò)誤的是
A．天體A、B表面的重力加速度與它們的半徑成正比
B．兩顆衛(wèi)星的線速度一定相等
C．天體A、B的質(zhì)量可能相等
D．天體A、B的密度一定相等
3．已知某天體的第一宇宙速度為8 km/s，則高度為該天體半徑的宇宙飛船的運(yùn)行速度為
A．2 km/s B．4 km/s
C．4 km/s D．8 km/s
4．2002年12月30日凌晨，我國的“神舟”四號飛船在酒泉載人航天發(fā)射場發(fā)射升空，按預(yù)定計(jì)劃在太空飛行了6天零18個(gè)小時(shí)，環(huán)繞地球108圈后，在內(nèi)蒙古中部地區(qū)準(zhǔn)確著陸，圓滿完成了空間科學(xué)和技術(shù)試驗(yàn)任務(wù)，為最終實(shí)現(xiàn)載人飛行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).若地球的質(zhì)量、半徑和引力常量G均已知，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可估算出“神舟”四號飛船的
A.離地高度 B.環(huán)繞速度
C.發(fā)射速度 D.所受的向心力
5．（1998年全國卷）宇航員站在某一星球表面上的某高處，沿水平方向拋出一小球。經(jīng)過時(shí)間t，小球落到星球表面，測得拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為L。若拋出時(shí)的初速度增大到2倍，則拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)之間的距離為 L。已知兩落地點(diǎn)在同一水平面上，該星球的半徑為R，萬有引力常數(shù)為G。求該星球的質(zhì)量M。
6．（2004年全國理綜第23題，16分）在勇氣號火星探測器著陸的最后階段，著陸器降落到火星表面上，再經(jīng)過多次彈跳才停下來。假設(shè)著陸器第一次落到火星表面彈起后，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)高度為h，速度方向是水平的，速度大小為v0，求它第二次落到火星表面時(shí)速度的大小，計(jì)算時(shí)不計(jì)火星大氣阻力。已知火星的一個(gè)衛(wèi)星的圓軌道的半徑為r，周期為T�；鹦强梢暈榘霃綖閞0的均勻球體。

參考答案：
1．A B 2．B 3．C 4．AB
5．解析：設(shè)拋出點(diǎn)的高度為h，第一次平拋的水平射程為x，則有
x +y =L （1）
由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得知，當(dāng)初速度增大到2倍，其水平射程也增大到2x，可得
(2x) +h =( L) （2）
由以上兩式解得h= （3）
設(shè)該星球上的重力加速度為g，由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得h= gt （4）
由萬有引力定律與牛頓第二定律得 （式中m為小球的質(zhì)量） （5）
聯(lián)立以上各式得： 。
點(diǎn)評：顯然，在本題的求解過程中，必須將自己置身于該星球上，其實(shí)最簡單的辦法是把地球當(dāng)作該星球是很容易身臨其境的了。
6．以g＇表示火星表面附近的重力加速度，M表示火星的質(zhì)量，m表示火星的衛(wèi)星的質(zhì)量，m＇表示火星表面出某一物體的質(zhì)量，由萬有引力定律和牛頓第二定律，有
①
②
設(shè)v表示著陸器第二次落到火星表面時(shí)的速度，它的豎直分量為v1，水平分量仍為v0，有
③
④
由以上各式解得
⑤

閱讀資料
從1970年4月24日我國成功發(fā)射第一顆衛(wèi)星到2003年10月，我國已成功發(fā)射了近百顆國產(chǎn)衛(wèi)星、6艘飛船、27顆國外衛(wèi)星。
具體如下:
中國共發(fā)射了三代通信衛(wèi)星。第一代通信衛(wèi)星是1984年發(fā)射的2顆通信衛(wèi)星和1986年2月1日發(fā)射的東方紅二號實(shí)用型通信廣播衛(wèi)星。第二代通信衛(wèi)星是1988年3月7日、1988年12月22日、1990年2月4日和1991年11月28日發(fā)射的載有4臺C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的東方紅二號甲通信衛(wèi)星。第三代通信衛(wèi)星是1997年5月12日發(fā)射的東方紅三號地球靜止軌道通信衛(wèi)星

中國共發(fā)射了三代通信衛(wèi)星。第一代通信衛(wèi)星是1984年發(fā)射的2顆通信衛(wèi)星和1986年2月1日發(fā)射的東方紅二號實(shí)用型通信廣播衛(wèi)星。第二代通信衛(wèi)星是1988年3月7日、1988年12月22日、1990年2月4日和1991年11月28日發(fā)射的載有4臺C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的東方紅二號甲通信衛(wèi)星。第三代通信衛(wèi)星是1997年5月12日發(fā)射的東方紅三號地球靜止軌道通信衛(wèi)星

1.我國第一顆通信衛(wèi)星是1984年1月29日發(fā)射的，它取得了部分成功。這是一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星
2.我國已經(jīng)發(fā)射風(fēng)云氣象衛(wèi)星系列包括風(fēng)云一號太陽同步軌道氣象衛(wèi)星和風(fēng)云二號地球靜止軌道氣象衛(wèi)星兩大類。風(fēng)云一號和風(fēng)云二號分別進(jìn)行過4次和3次發(fā)射，在我國天氣預(yù)報(bào)和氣象研究方面發(fā)揮了重要作用。
3.我國已經(jīng)發(fā)射的空間物理探測衛(wèi)星，主要是“實(shí)踐” 衛(wèi)星系列。1971年3月3日成功發(fā)射了實(shí)踐一號衛(wèi)星。1981年9月20日一箭三星成功發(fā)射了實(shí)踐二號、實(shí)踐二號A和實(shí)踐二號B。1994年2月8日成功發(fā)射了實(shí)踐四號衛(wèi)星。
4.我國的實(shí)踐科學(xué)探測衛(wèi)星共發(fā)射了八顆衛(wèi)星，分別是：1971年3月發(fā)射的實(shí)踐一號；1981年9月20日用一箭三星發(fā)射的實(shí)踐二號、實(shí)踐二號甲、實(shí)踐二號乙；1994年2月8日發(fā)射的實(shí)踐四號；1999年5月10日發(fā)射的實(shí)踐五號。2004年9月9日發(fā)射的實(shí)踐六號A星和B星
5.從1999年10月到2003年10月，我國共發(fā)射了3顆地球資源衛(wèi)星

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