第5节宇宙航行

1人造卫星宇宙速度教学目标1.知识与技能A.了解牛顿的卫星原理图B.理解并识记宇宙速度C.认识各种人造卫星运行轨迹，能利用万有引力定律进行计算2.过程与方法A．理论加合理外推，是物理研究的方法之一B.将椭圆运动视为圆周运动处理，体现物理模型的重要性3.情感、态度与价值观A.通过天体间规律的研究，进而实现飞天，体会自然的和谐统一B.通过祖国航天事业发展，建立爱国主义思想思考与讨论思考1：牛顿的卫星原理图思考2：宇宙速度第一宇宙速度（环绕速度）：第二宇宙速度（脱离速度）：第三宇宙速度（逃逸速度）：思考3：人造卫星①在图中地球周围画出卫星的轨道A.B．C．②利用向心力公式推导卫星的v、w、T随旋转半径r的变化规律，画出卫星模型平面图③卫星的发射与回收2典例分析（一）天体运动【例1】、英国《新科学家（NewScientist）》杂志评选出了2008年度世界8项科学之最，在XTEJ1650-500双星系统中发现的最小黑洞位列其中，若某黑洞的半径R约45km，质量M和半径R的关系满足（其中c为光速，G为引力常量），则该黑洞表面重力加速度的数量级为（）A.108m/s2B.1010m/s2C.1012m/s2D.1014m/s2【例2】为了对火星及其周围的空间环境进行探测，我国预计于2011年10月发射第一颗火星探测器“萤火一号”。假设探测器在离火星表面高度分别为1h和2h的圆轨道上运动时，周期分别为1T和2T。火星可视为质量分布均匀的球体，且忽略火星的自转影响，万有引力常量为G。仅利用以上数据，可以计算出A．火星的密度和火星表面的重力加速度B．火星的质量和火星对“萤火一号”的引力C．火星的半径和“萤火一号”的质量D．火星表面重力加速度和火星对“萤火一号”的引力（二）人造卫星【例3】2010年10月1日，“嫦娥二号”卫星在西昌卫星发射中心成功发射。如图所示为嫦娥一号、二号卫星先后绕月做匀速圆周运动的示意图，“嫦娥一号”在轨道I上运行，距月球表面高度为200km；“嫦娥二号”在轨道II上运行，距月球表面高度为100km。根据以上信息可知（）A．“嫦娥二号”的运行速率大于“嫦娥一号”的运行速率B．“嫦娥二号”的运行周期大于“嫦娥一号”的运行周期C．“嫦娥二号”的向心加速度大于“嫦娥一号”的向心加速度D．“嫦娥二号”和“嫦娥一号”在轨道上运行时，所携带的仪器都处于完全失重状态【例4】．我国发射的目标飞行器“天宫一号”，若“天宫一号”能在离地面约300km高的圆轨道上正常运行，两月后再发射“神舟八号”飞船并与其进行对接试验。下列说法中正确的是（）A．“天宫一号”的发射速度应大于第二宇宙速度B．对接前，“神舟八号”欲追上“天宫一号”，必须在同一轨道上点火加速C．对接时，“神舟八号”与“天宫一号”的加速度相等D．对接后，“天宫一号”的速度小于第一宇宙速度月球轨道II轨道I3【例5】．2010年10月26日21时27分，北京航天飞行控制中心对“嫦娥二号”卫星实施了降轨控制，卫星成功由轨道半径为a、周期为Tl的极月圆轨道进入远月点距离为a、周期为T2的椭圆轨道，为在月球虹湾区拍摄图像做好准备，轨道如图所示．则“嫦娥二号”（）A、在圆轨道运行周期T1小于它在椭圆轨道运行周期T2B、经过圆轨道上B点时的速率大于它经过椭圆轨道上A点时的速率C、在圆轨道上经过B点和在椭圆轨道上经过A点时的加速度大小相等D、在圆轨道上经过B点和在椭圆轨道上经过A点时的机械能相等当堂检测1、中国志愿者王跃参与人类历史上第一次全过程模拟从地球往返火星的一次试验“火星－500”，王跃走出登陆舱，成功踏上模拟火星表面，在“火星”上首次留下中国人的足迹，目前正处于从“火星”返回地球途中．假设将来人类一艘飞船从火星返回地球时，经历如图所示的变轨过程，则下列说法正确的是A．飞船在轨道Ⅱ上运动时，在P点的速度大于在Q点的速度B．飞船在轨道Ⅰ上运动的机械能大于在轨道Ⅱ上运动的机械能C．飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度D．飞船绕火星在轨道Ⅰ上运动的周期跟飞船返回地面的过程中绕地球以轨道I同样的半径运动的周期相同2．如图所示，“嫦娥二号”探月卫星在月球引力的作用下，沿椭圆轨道向月球靠近，并在P处“刹车制动”后绕月球做匀速圆周运动,已知“嫦娥二号”绕月球做匀速圆周运动的轨道半径为r，周期为T，引力常量为G．下列说法中正确的是（）A、“嫦娥二号”向P处运动过程中速度逐渐变小B、根据题中条件可以算出月球质量C、根据题中条件可以算出“嫦娥二号”受到月球引力的大小D、“嫦娥二号”向P处运动过程中加速度逐渐变大3、如图所示，地球赤道上的山丘e，近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动．设e、p、q运动速率分别为1v、2v、3v，向心加速度大小分别为1a、2a、3a，则下列说法正确的是（）A．132vvvB．321vvvC．321aaaD．231aaa4课后巩固1．在太阳系中有一颗行星的半径为R，若在该星球表面以初速度v0竖直上抛出一物体，则该物体上升的最大高度为H.已知该物体所受的其他力与行星对它的万有引力相比较可忽略不计.则根据这些条件，可以求出的物理量是A．该行星的密度B．该行星的自转周期C．该星球的第一宇宙速度D．该行星附近运行的卫星的最小周期2．中新网2010年4月23日报道，美国无人驾驶空天飞机X－37B于北京时间4月23日发射升空．如图所示，空天飞机能在离地面6万米的大气层内以3万公里的时速飞行；如果再用火箭发动机加速，空天飞机就会冲出大气层，像航天飞机一样，直接进入地球轨道，做匀速圆周运动．返回大气层后，它又能像普通飞机一样在机场着陆，成为自由往返天地间的输送工具．关于空天飞机，下列说法正确的是()A．它从地面发射加速升空时,机舱内的物体处于失重状态B．它在6万米的大气层内飞行时，只受地球的引力C．它在做匀速圆周运动时，所受地球的引力做正功D．它从地球轨道返回地面，必须先减速3、2007年10月24日18时05分，我国成功发射了“嫦娥一号”探月卫星，11月5日进入月球轨道后，经历3次轨道调整，进入工作轨道。若该卫星在地球表面的重力为G1，在月球表面的重力为G2，已知地球半径为R1，月球半径为R2，地球表面处的重力加速度为g，则（）A．月球表面处的重力加速度g月为gGG12B．月球的质量与地球的质量之比为212221RGRGC．卫星在距月球表面轨道上做匀速圆周运动的周期T月为2π212gGGRD．月球的第一宇宙速度与地球的第一宇宙速度之比为1221RGRG4．2010年10月1日，我国第二颗探月卫星“嫦娥二号”成功发射，“嫦娥二号”最终进入距月面h=200km的圆形工作轨道，开始进行科学探测活动，设月球半径为R，月球表面的重力加速度为g，万有引力常量为G，则下列说法正确的是（）A．嫦娥二号绕月球运行的周期为2RgB．月球的平均密度为34gGRC．嫦娥二号在工作轨道上的绕行速度为()gRhD．在嫦娥二号的工作轨道处的重力加速度为2()RgRh5.太阳系以外存在着许多恒星与行星组成的双星系统.它们运行的原理可以理解为,质量为M的恒星和质量为m的行星(Mm),在它们之间的万有引力作用下有规则地运动着.我们可认为恒星和行星均以连线上某一定点C为中心做匀速圆周运动.设万有引力常量为G,恒星和行星的大小可忽略不计，两者距离为L.求:(1)恒星与点C间的距离.(2)试利用图粗略画出恒星、行星的运动轨道.(3)计算恒星的运行速率v.