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高一物理《宇宙速度》教学设计与试题

时间:2015-07-29 来源:无忧教育网 编辑:www.edu399.com 点击:

高一物理《宇宙速度》教学设计与试题

第4节 人造卫星 宇宙速度

【学习目标】

1.了解人造卫星的发射与运行原理,知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度。

2.通过了解人造卫星的运行原理,认识万有引力定律对科学发展所起的作用,培养学生科学服务于人类的意识。

【阅读指导】

1._____________________________________________________________________________________叫做第一宇宙速度。

    ______________________________________________________________________________________叫做第二宇宙速度。

    ______________________________________________________________________________________叫做第三宇宙速度。

2.同一颗卫星距地心越远,它运行的线速度就越_____、角速度就越______、向心加速度就越______、飞行周期就越______、重力势能就越______、动能就越______、发射时需要消耗的能量就越_____、发射就越_______。

【课堂练习】

★夯实基础

1.若人造卫星绕地球做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )

A.卫星的轨道半径越大,它的运行速度越大

B.卫星的轨道半径越大,它的运行速度越小

C.卫星的质量一定时,轨道半径越大,它需要的向心力越大

D.卫星的质量一定时,轨道半径越大,它需要的向心力越小

2.一颗小行星环绕太阳做匀速圆周运动。轨道半径是地球公转半径的4倍,则( )

A.它的线速度是地球线速度的2倍

B.它的线速度是地球线速度的1/2

C.它的环绕周期是4年

D.它的环绕周期是8年

3.用m表示地球通信卫星(同步卫星)的质量,h表示卫星离开地面的高度,R0表示地球的半径,g0表示地球表面处的重力加速度,ω0表示地球自转的角速度,则通信卫星所受地球对它的万有引力大小( )

A.等于零 B.等于

C.等于 D.以上结果都不对

4.地球的两颗人造卫星质量之比m1 : m2 = 1 : 2,圆运动轨道半径之比r1 : r2 = 1 : 2,则( )

A.它们的线速度之比v1 : v2 = : 1

B.它们的运行周期之比T1 : T2 = 1 : 2

C.它们的向心加速度之比a1 : a2 = 4 : 1

D.它们的向心力之比F1 : F2 = 1: 1

5.证明人造卫星的飞行速度(线速度)随着飞行高度的增加而减小。

 

★能力提升

6.已知地球表面平均重力加速度为9.8m/s2,地球的半径为6.4×103km。求人造地球卫星的最大飞行速度vmax,最大角速度ωmax,最短周期Tmin。

 

7.某星球的质量约为地球的9倍,半径为地球的一半,若从地球上高h处平抛一物体,射程为60 m,则在该星球上以同样高度、以同样初速度平抛同一物体,射程为多少?

 

第4节 人造卫星 宇宙速度

【阅读指导】

1._

从地球表面发射一颗人造地球卫星,使它能围绕地球运行所需的最小发射速度

如果要使人造卫星脱离地球的引力,不再绕地球运行,从地球表面发射所需的最小速度

达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力,要想使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系,从地球表面发射所需的最小速度。

2.小 小 小 长 大 小 多 困难

【课堂练习】

1. BD 2. AC 3. BC

4.

证明:卫星飞行在空中,与地球之间只有万有引力的作用。因此卫星绕地球飞行时所需要的向心力完全由F万来提供。设地球质量为M,人造地球卫星质量为m: 由此可证人造卫星的飞行速度随飞行高度的增加而减小。

5.

解:由上题可知,卫星越贴近地面,飞行速度越大。所以牛顿假设的“近地卫星”的速度应该是卫星飞行的最大速度。卫星所受到万有引力等于卫星所受到的重力,即:重力充当向心力。

根据公式:v=ωr最大飞行速度vmax对应着最大飞行角速度ωmax。有:ωmax = vmax / R = 7.9×103 / 6.4×107 = 1.24×10 - 3 rad/s。

根据公式:ω=2π/T可知,卫星的最大角速度有对应着飞行的最短周期。有:T=2×3.14/1.24×10 – 3 = 5065S约合84min。

6.

解:在此题中G和M都是未知的,我们可以通过“黄金代换”求解。

设想地面上有一个物体m,它受到的万有引力F万和它所受到的重力近似相等,于是有: ,其中,R为地球半径。

解:(1)卫星绕地心做圆周运动的向心力F向是由万有引力F万来提供的。所以有:

带入 ,有:

距地面高度为:h = r – R = 4.22×107 - 6371×103 = 3.58×107m。这就是我们通常说的三万六千公里。注意:不是用“黄金代换”也行。

 

(2)

(3)v = ωr = 7.27×10 – 5 ×4.22×107 = 3.07×103 m/s。

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