物理沪科版必修2学案：第5章54飞出地球去含解析

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1、5.4飞出地球去问题导学一、对宇宙速度的理解=3活动与探究1怎样推导第一宇宙速度？达到第二宇宙速度、第三宇宙速度时，卫星将怎样运动？S3迁移与应用1地球的第一宁宙速度约为8km/s,某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，则该行星的第一宇宙速度约为（）A.4km/sB・8km/sC.16km/sD•32km/s•：：:•X师❺ft«人造卫星的运行速度、发射速度和宇宙速度含义不同。运行速度是指卫星绕中心天体做匀速圆周运动的速度，它由万有引力提供向心力，即畔二加十，即罕，所以轨道半径厂越大，其运行速度越小。发射速度是

2、指在地面上发射卫星的速度，卫星的轨道半径越大，需要克服万有引力做的功越多，其发射速度越大。宇宙速度是实现某种效果所需的最小发射速度。以地球为例，发射地球卫星的最小发射速度为第一宇宙速度；要使物体脱离地球引力的最小发射速度为第二宇宙速度；要使物体脱离太阳引力的最小发射速度为第三宇宙速度。二、人造地球卫星运动规律的理解与应用=活动与探究2人造地球卫星的轨道有儿种？卫星绕地球运转时线速度、周期与轨道半径的关系是怎样的？地球同步卫星又有什么特点？=3迁移与应用2为了探测X星球，载着登陆舱的探测飞船在以该星球中心为圆心，半径为门的圆轨道上

3、运动，周期为G总质量为随示登陆舱脱离飞船，变轨到离星球更近的半径为厂的圆轨道上运动，此吋登陆舱的质量为012,则（）23A.X星球的质量为M=^B.X星球表面的重力加速度为鸟=警C.登陆舱在门与厂2轨道上运动时的速度大小之比为讣=/粽D.登陆舱在半径为尸2轨道上做圆周运动的周期为丁2=八冬OX师❺障1・分析天体运动的基本思路（1）建立模型不管是自然天体（如：地球、月球等）还是人造天体（如：卫星、飞船等），只要它们是在绕某一中心天体做圆周运动，就可以将其简化为质点的匀速圆周运动模型。（2）列方程求解根据中心天体对环绕天体的万胃引

4、力提供向心刀，列出合适的向心力表达式进行求解。匸匸少屮圧24”F向二F万二ma=mg=-加「7二hifcd=irr^rr（3）巧用“黄金代换GM=gR2ff若不知天体的质量M但知道其表面的重力加速度g,则可利用物体在天体表面的重力等于万有引力，列出方程mg=,继而“GM=gW”,用“g/f”替代“gm”，将问题简单化。2・卫星的向心加速度与星球表面的重力加速度、物体随星球自转的向心加速度是不同的。绕某天体M做匀速圆周运动的卫星m的向心加速度a,由C^r=ma，得q二G书，其中r为卫星的轨道半径。若不考虑星球自转的影响，星球表面的

5、重力加速度为g二G寻，其中R为星球的半径。星球表面的物体随星球自转做匀速圆周运动的向心加速度M，由星球对物体的万有引力和球面对它的支持力的合力产生，而且其圆周运动的半径不一定等于星球的半径。答案：【问题导学】活动与探究1：答案：（1）第一宇宙速度（环绕速度）是人造地球卫星的最小地血发射速度，是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的速度，是所有绕地做匀速闘周运动的人造卫星的最大环绕速度。推导：①方法一设地球质量为M,卫星质量为加，卫星到地球球心的距离为门卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度为s根据万有引力提供向心力得：遵'即6.67X1

6、07X5.98X1()246.38X106②方法二卫星贴近地表运动,即尸可？（人为地球半径）,取/?=6.38X106m,M=5.98X1024kg,则：m/s=7.9km/So在地球附近，卫星受地球的万有引力近似等丁重力，重力提供卫星做匀速圆周运动的向心力。（设地球半径/?、地表的重力加速度g为9.8m/s2）由加g=〃冷■得v=y[gR=a/9.8X6.38X106m/s=7.9km/so（2）第二宇宙速度（脱离速度）在地面上发射卫星，使Z能够脱离地球引力，成为绕太阳运行的人造行星或飞到其他行星上去的最小发射速度，其人小为0

7、=11.2km/So（3）第三宇宙速度（逃逸速度）在地面上发射卫星，使之能够脱离太阳的引力束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间所需的最小发射速度，-其大小为c=16.7km/s。迁移与应用1：C解析：由^二〃命得rV=•所以十二、/器希=2，则°】=2X8km/s=16km/soC正确。活动与探究2：答案：（1）人造地球卫星的轨道人造卫星的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道。①椭圆轨道：地心位于椭圆的一个焦点上。②圆轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所需的向心力由万有引力捉供，由于万有引力指向地卜所以卫星的轨道圆心必然是地心，即卫星

8、在以地心为圆心的轨道平面内绕地球做匀速圆周运动。总Z,地球卫星的轨道平而町以与赤道平面成任意角度，但轨道平而一定过地心。当轨道平而与赤道平而重合吋，称为赤道轨道；当轨道平而与赤道平而垂直吋，即通过极点，称为极地轨道。如图所示。地轴①人造卫星的运行速率由普=呼得。