资源简介

7.4宇宙航行
一学科核心素养
物理观念：感知人类探索宇宙的梦想及巨大成就,激发学生学习物理的热情,促使学生树立献身科学的人生观和价值观。
科学思维：认识到天体运动问题实质是牛顿第二定律的应用,能对已有知识进行组织和归类,学会构建知识体系。
科学探究：通过用万有引力定律和圆周运动的知识推导第一宇宙速度,提高学生运用所学知识分析和解决问题的能力,培养学生科学探究能力。
科学态度与责任：通过对我国航天事业发展的了解,进行爱国主义的教育.培养将科学技术服务于人类的意识。
二学习重难点
【重点】
会推导第一宇宙速度,了解第一宇宙速度的应用领域。
【难点】
1.人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别.
2.掌握有关人造卫星运行速率与轨道半径之间的关系计算及计算过程中的一些代换。
三课前预习
1．（1）设想将来人类可以在月球定居，需要不断地把地球上相关物品搬运到月球上，使地球的质量不断减小，月球的质量不断增加，假定经过长时间搬运后，地球仍可看作均匀球体，月球仍沿以前的圆周轨道运动，则人类在月球定居后与之前相比地球与月球之间的万有引力将___________（填“变大、变小，不变”），月球的速度将___________（填“变大、变小，不变”）。
（2）若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某个行星的质量是地球的18倍，半径是地球的2倍，则这个行星的第一宇宙速度为___________km/s。
2．卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，地球质量M，卫星质量m，轨道半径r，请据此推导出卫星向心加速度、线速度、角速度、周期的表达式，即a=___________；v=___________；ω=___________；T=___________。
3．若要发射地球同步轨道卫星，应当___________发射（选填“向东”或“向西”），我国先后建成了酒泉、太原、西昌、文昌四大航天发射场，它们的纬度依次为北纬41°、38°、28°、19°，若要发射地球同步轨道卫星，请从物理角度分析选择哪个发射场较好，并说明理由：___________。
4．一颗在地球赤道上空运转的同步卫星，已知地球半径为R，地球自转周期为T，地面重力加速度为g，则这颗卫星运转轨道半径为______________，线速度大小为_______________________。
5．（1）如图所示，把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度____，物体就不会落回地面，它将绕地球运动，成为____。
（2）已知地球质量m地和半径R，物体在地面附近绕地球的运动可视为____运动，____提供物体运动所需的向心力，轨道半径r近似认为等于____，由，可得。
（3）已知地面附近的重力加速度g和地球半径R，由____得：。
（4）三个宇宙速度及含义
数值 意义
第一宇 宙速度 ___km/s 卫星在地球表面附近绕地球做____的速度
第二宇 宙速度 ____km/s 使卫星挣脱____引力束缚的最小地面发射速度
第三宇 宙速度 ___km/s 使卫星挣脱____引力束缚的____地面发射速度
四自我检测
1．我国北斗导航系统的第55颗卫星于2020年6月23日成功入轨，在距地约36000公里的地球同步轨道开始运行，从此北斗导航系统完成全球组网。这颗卫星和近地卫星比较（　　）
A．线速度更大 B．角速度更大
C．向心加速度更大 D．周期更长
2．在地月系统中，若忽略其它天体的影响，可将地球和月球看成双星系统，即地球和月球在彼此引力作用下做匀速圆周运动。科学探测表明，月球上蕴藏着极其丰富的矿物质，设想人类开发月球，月球上的矿藏被不断地搬运到地球上，假设经过长时间开采后，地球和月球仍可以看作均匀球体，地球和月球之间的距离保持不变，则（　　）
A．地球与月球之间的引力增大 B．地球与月球之间的引力减小
C．月球运动的周期增大 D．月球运动的周期减小
3．2021年2月，我国“天问一号”火星探测器抵达环绕火星的轨道，正式开启火星探测之旅，如图所示。“天问一号”进入火星停泊轨道2后，在近火点280千米，远火点5.9万千米，进行相关探测后再进入较低的椭圆轨道3开展科学探测。则“天问一号”（　　）
A．轨道2环绕周期比轨道3环绕周期小
B．轨道2近火点的加速度比轨道3近火点的加速度大
C．轨道2近火点的速率比轨道3近火点的速率大
D．轨道2近火点的机械能比轨道2远火点的机械能小
4．2020年我国航天取得了一系列重大成就：载人航天、探月探火、北斗导航，2021年将安排超过40次宇航发射任务，其中发射空间站核心舱是重头戏，这标志着我国新一代空，间站建设工作的开启。假定某北斗卫星和建成后的天宫空间站在距地表高度分别为h1和h2的圆轨道上运行时，周期分别为T1和T2视地球为质量分布均匀的球体，忽略地球自转的影响，万有引力常量为G。利用上述数据可计算出（　　）
A．地球表面的重力加速度
B．北斗卫星的动量大小
C．天宫空间站受地球引力的大小
D．北斗卫星与天宫空间站的质量比
5．宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由质量相等的三颗星组成的三星系统，通常可忽略其他星体对它们的引力作用，已观测到稳定的三星系统存在形式之一是：三颗星位于同一直线上，两颗环绕星围绕中央星在同一半径为R的圆形轨道上运行，设每个星体的质量均为M，则（　　）
A．环绕星运动的线速度为
B．环绕星运动的线速度为
C．环绕星动的周期为运
D．环绕星运动的周期为
6．2021年4月29日11时23分，中国空间站“天和”核心舱发射升空，准确进入预定轨道，任务取得成功。已知地球的质量为M、半径为R，“天和”核心舱的质量为m，引力常量为G，“天和”核心舱围绕地球做半径为r的匀速圆周运动时，“天和”核心舱（　　）
A．向心加速度为 B．动能为
C．速度一定大于7.9km/s D．不再受到重力作用
7．据介绍，北斗系统由中圆地球轨道卫星、地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星三种卫星组成，其中中圆地球轨道卫星距地高度大约2.4万千米，地球静止轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星距地高度都是大约为3.6万千米。这三种卫星的轨道均为圆形。下列相关说法正确的是（　　）
A．发射地球静止轨道卫星的速度应大于11.2km/s
B．倾斜地球同步轨道卫星可以相对静止于某个城市的正上空
C．根据题中信息和地球半径，可以估算出中圆地球轨道卫星的周期
D．中圆地球轨道卫星的向心加速度小于倾斜地球同步轨道卫星的向心加速度
8．2021年12月30日00时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将通信技术试验卫星九号发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。该卫星是一颗地球同步轨道通信技术试验卫星，卫星不同部分运行的轨道半径不同，轨道半径不同的部分所受地球引力及向心力不同，假设卫星能在圆轨道上正常运行，且卫星是质量分布均匀的球体，则（　　）
A．卫星接近地球部分受到的引力小于所需的向心力
B．从卫星远离地球部分脱离的物体将做向心运动
C．卫星接近地球部分对远离地球部分有指向地心的作用力
D．卫星几何中心位置所处轨道高度略低于地球同步轨道高度
9．2020年8月23日，我国长征二号丁运载火箭分别将高分九号05星、多功能试验卫星和天拓五号卫星送入太空，卫星随后进入预计轨道做匀速圆周运动。其中“高分九号05星”轨道高度373km。“天拓五号卫星”轨道高度462km，多功能试验卫星轨道高度位于两者正中间。已知地球半径R，万有引力常数G，地球表面重力加速度g，如图。下列说法正确的是（　　）
A．轨道卫星的线速度最小
B．轨道卫星的周期最短
C．卫星的向心加速度比同步卫星的大
D．某时刻、卫星恰好与地心共线，根据题目已知参数无法计算出经过多久再次共线
10．2020年7月23日，我国首次火星探测任务天问一号探测器成功发射，进一步激发了人类探测火星的热情。如果引力常量G已知，不考虑星球的自转，则下列关于火星探测的说法正确的是（　　）
A．火星探测器贴近火星表面做匀速圆周运动时，速度大小为第二宇宙速度
B．若火星半径约为地球半径的一半，质量约为地球质量的十分之一，则火星表面的重力加速度一定大于地球表面的重力加速度
C．火星探测器贴近火星表面做匀速圆周运动时，如果测得探测器的运行周期与火星半径，则可以计算火星质量
D．火星探测器沿不同的圆轨道绕火星运动时，轨道半径越大绕行周期越小
三课前预习
1． 变大 变小 24
2．
3． 向东 见解析
4．
5． 足够大 人造地球卫星 匀速圆周 万有引力 地球半径R mg 7.9 匀速圆周运动 11.2 地球 16.7 太阳 最小
四自我检测
1．D
2．B
3．C
4．A
5．D
6．B
7．C
8．C
9．C
10．C

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