6.5 宇宙航行 學(xué)案(人教版必修2)

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6.5 宇宙航行 學(xué)案(人教版必修2)

1.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_(kāi)_______.
2.第二宇宙速度是指將衛(wèi)星發(fā)射出去使其克服____________,永遠(yuǎn)離開(kāi)地球,即掙脫地
球的________束縛所需要的最小發(fā)射速度,其大小為_(kāi)_______.
3.第三宇宙速度是指使發(fā)射出去的衛(wèi)星掙脫太陽(yáng)________的束縛,飛到____________
外所需要的最小發(fā)射速度,其大小為_(kāi)_______.
4.人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),其所受地球?qū)λ腳_____提供它做圓周運(yùn)動(dòng)的向心
力,則有:GMmr2=__________=________=________,由此可得v=______,ω=
________,T=________.
5.人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其環(huán)繞速度可以是下列的哪些數(shù)據(jù)(  )
A.一定等于7.9 km/s
B.等于或小于7.9 km/s
C.一定大于7.9 km/s
D.介于7.9 km/s~11.2 km/s
6.關(guān)于第一宇宙速度,以下敘述正確的是(  )
A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度
B.它是近地圓軌道上人造衛(wèi)星運(yùn)行的速度
C.它是使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度
D.它是人造衛(wèi)星發(fā)射時(shí)的最大速度
7.假如一做圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星的軌道半徑增加到原來(lái)的2倍,且仍做圓周運(yùn)動(dòng),
則下列說(shuō)法正確的是(  )
①根據(jù)公式v=ωr可知衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度將增大到原來(lái)的2倍 ②根據(jù)公式F=mv2r可知
衛(wèi)星所需的向心力將減小到原來(lái)的12、鄹鶕(jù)公式F=GMmr2,可知地球提供的向心力將
減小到原來(lái)的14、芨鶕(jù)上述②和③給出的公式,可知衛(wèi)星運(yùn)行的線速度將減小到原來(lái)的
22
A.①③ B.②③ C.②④ D.③④

【概念規(guī)律練】
知識(shí)點(diǎn)一 第一宇宙速度
1.下列表述正確的是(  )
A.第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度
B.第一宇宙速度又叫脫離速度
C.第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無(wú)關(guān)
D.第一宇宙速度跟地球的半徑無(wú)關(guān)
2.恒星演化發(fā)展到一定階段,可能成為恒星世界的“侏儒”??中子星.中子星的半徑
較小,一般在7~20 km,但它的密度大得驚人.若某中子星的半徑為10 km,密度為
1.2×1017 kg/m3,那么該中子星上的第一宇宙速度約為(  )
A.7.9 km/s B.16.7 km/s
C.2.9×104 km/s D.5.8×104 km/s
知識(shí)點(diǎn)二 人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律
3.人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為R,線速度為v,周期為T(mén),若使該
衛(wèi)星的周期變?yōu)?T,可行的辦法是(  )
A.R不變,線速度變?yōu)関2
B.v不變,使軌道半徑變?yōu)?R
C.軌道半徑變?yōu)?4R
D.v不變,使軌道半徑變?yōu)镽2
4.在圓軌道上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星,它到地面的距離等于地球半徑R,地
面上的重力加速度為g,求:
(1)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度;
(2)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期.
知識(shí)點(diǎn)三 地球同步衛(wèi)星
5.關(guān)于地球同步衛(wèi)星,下列說(shuō)法正確的是(  )
A.它的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同
B.它的周期、高度、速度大小都是一定的
C.我國(guó)發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星可以定點(diǎn)在北京上空
D.我國(guó)發(fā)射的同步通訊衛(wèi)星必須定點(diǎn)在赤道上空
6.據(jù)報(bào)道,我國(guó)的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號(hào)01星”于2008年4月25日在西昌衛(wèi)星發(fā)
射中心發(fā)射升空,經(jīng)過(guò)4次變軌控制后,于5月1日成功定點(diǎn)在東經(jīng)77°赤道上空的同
步軌道.關(guān)于成功定點(diǎn)后的“天鏈一號(hào)01星”,下列說(shuō)法正確的是(  )
A.運(yùn)行速度大于7.9 km/s
B.離地面高度一定,相對(duì)地面靜止
C.繞地球運(yùn)行的角速度比月球繞地球運(yùn)行的角速度大
D.向心加速度與靜止在赤道上物體的向心加速度大小相等
【方法技巧練】
衛(wèi)星變軌問(wèn)題的分析方法
7.發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí),

圖1
先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1,然后點(diǎn)火,使其沿橢圓軌道2運(yùn)行,最后再次點(diǎn)火,將
衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點(diǎn),軌道2、3相切于P點(diǎn),如圖1所示,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(shuō)法正確的是(  )
A.衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率
B.衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度
C.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度
D.衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度
8.宇宙飛船在軌道上運(yùn)行,由于地面指揮人員發(fā)現(xiàn)某一火箭殘?bào)w的軌道與飛船軌道有一
交點(diǎn),通知宇航員某一時(shí)間飛船有可能與火箭殘?bào)w相遇.宇航員隨即開(kāi)動(dòng)飛船上的發(fā)動(dòng)
機(jī)使飛船加速,脫離原軌道,關(guān)于飛船的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是(  )
A.飛船高度降低
B.飛船高度升高
C.飛船周期變小
D.飛船的向心加速度變大

參考答案
課前預(yù)習(xí)練
1.近地軌道 最大環(huán)繞 最小 7.9 km/s
2.地球引力 引力 11.2 km/s
3.引力 太陽(yáng)系 16.7 km/s
4.引力 mv2r mω2r m(2πT)2r GMr GMr3
2πr3GM
5.B
6.BC [第一宇宙速度是指衛(wèi)星圍繞天體表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度,滿足關(guān)系GMmR2=mv2R,即v=GMR,且由該式知,它是最大的環(huán)繞速度;衛(wèi)星發(fā)射得越高,需要的發(fā)射速度越大,故第一宇宙速度等于最小發(fā)射速度的數(shù)值,因此B、C正確.]
7.D [人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力提供,由F=GMmr2知軌道半徑增大到原來(lái)的2倍,地球提供的向心力等于衛(wèi)星所需的向心力,將變?yōu)樵瓉?lái)的14,②錯(cuò)誤,③正確;由GMmr2=mv2r得v= GMr知r增加到原來(lái)的2倍時(shí),速度變?yōu)樵瓉?lái)的22,①錯(cuò)誤,④正確,故D正確.]
課堂探究練
1.A [第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度,A對(duì),B錯(cuò).根據(jù)GMmR2=mv2R可知環(huán)繞速度與地球的質(zhì)量和半徑有關(guān),C、D錯(cuò).]
2.D [中子星上的第一宇宙速度即為它表面處的衛(wèi)星的環(huán)繞速度,此時(shí)衛(wèi)星的軌道半徑近似地認(rèn)為是該中子星的半徑,且中子星對(duì)衛(wèi)星的萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力,由GMmr2=mv2r,
得v= GMr,又M=ρV=ρ4πr33,得v=r 4πGρ3=
1×104×4×3.14×6.67×10-11×1.2×10173 m/s=5.8×107 m/s.]
點(diǎn)評(píng) 第一宇宙速度是衛(wèi)星緊貼星球表面運(yùn)行時(shí)的環(huán)繞速度,由衛(wèi)星所受萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力即GMmr2=mv2r便可求得v=GMr.
3.C [由GMmR2=mR4π2T2得,T=4π2R3GM=2πR3GM,所以T′=2T=2πR′3GM,解得R′=34R,故選C.]
4.(1)gR2 (2)4π2Rg
解析 (1)人造地球衛(wèi)星受地球的引力提供向心力,則
GMm(2R)2=mv22R
在地面,物體所受重力等于萬(wàn)有引力,GMmR2=mg
兩式聯(lián)立解得v=gR2.
(2)T=2πrv=2π?2RgR2=4π2Rg.
5.ABD
6.BC [由題意知,定點(diǎn)后的“天鏈一號(hào)01星”是同步衛(wèi)星,即T=24 h.由GMmr2=mv2r=mω2r=m4π2T2r=ma,得:v=GMr,運(yùn)行速度應(yīng)小于第一宇宙速度,A錯(cuò)誤.r=3GMT24π2,由于T一定,故r一定,所以離地高度一定,B正確.由ω=2πT,T同ω月,C正確.a(chǎn)=rω2=r(2πT)2.赤道上物體的軌道半徑小于同步衛(wèi)星的軌道半徑,故赤道上物體的向心加速度小于同步衛(wèi)星的向心加速度,D錯(cuò)誤.]
7.BD [本題主要考查人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng),尤其是考查了地球同步衛(wèi)星的發(fā)射過(guò)程,對(duì)考生理解物理模型有很高的要求.
由GMmr2=mv2r得,v= GMr.因?yàn)閞3>r1,所以v3r1,所以ω3<ω1.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)Q點(diǎn)時(shí)的加速度為地球引力產(chǎn)生的加速度,而在軌道2上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí),也只有地球引力產(chǎn)生加速度,故應(yīng)相等.同理,衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度.]
8.B [當(dāng)宇宙飛船加速時(shí),它所需向心力增大,因此飛船做離心運(yùn)動(dòng),軌道半徑增大,由此知A錯(cuò)誤,B正確;由式子T=2πr3GM可知,r增大,T增大,故C錯(cuò)誤;由于a=GMr2,r增大,a變小,D錯(cuò)誤.]

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