最新小中高资料可编辑修改 第三节飞向太空 知识目标 核心素养 1.了解火箭的基本原理,了解万有引力定律1.了解我国火箭技术及人造卫星和飞船发 对航天技术发展的重大贡献 射等的研究情况,激发学生的爱国热情 2.了解人造卫星的轨道和同步卫星的知识.2.通过对比“同步卫星、近地卫星、地球 3.会区别分析同步卫星、近地卫星、地球赤赤道上物体”的运行规律,提高推理及综 道上物体 合分析能力 自主预习 预习新知夯实基础 火箭 1.火箭的原理 利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的反作用力,使火箭向前射出 2.火箭的组成:主要有壳体和燃料两部分 3.多级火箭:多级火箭是用几个火箭连接而成的火箭组合.一般用三级.火箭起飞时,第一 级火箭的发动机“点火”,推动各级火箭一起前进,当这一级的燃料燃尽后,第二级火箭开 始工作,并自动脱掉第一级火箭的外壳:第二级火箭在第一级火箭基础上进一步加速,以此 类推,最终达到所需要的速度 、航天技术的发展历程 1.遨游太空 1957年10月4日,苏联发射了第一颗人造地球卫星.1961年4月12日,世界第一艘载人宇 宙飞船“东方1号”带着苏联宇航员加加林环绕地球一圈.1969年7月20日,美国的“阿波 罗11号”宇宙飞船将两名宇航员送上了月球.1971年4月9日,苏联发射了“礼炮1号”空 间站1973年,美国将“天空实验室”空间站送入太空,实现了人类无法在地面上进行的各种 科学实验.1981年4月12日,美国“哥伦比亚号”航天飞机首次载人航天飞行试验成功.2003 年10月15日,我国首次载人航天飞行取得圆满成功 2.空间探测器 1962年美国的“水手2号”探测器第一次对金星进行了近距离考察.1989年美国宇航局发射 的“伽利略号”探测器飞行6年到达木星,对木星进行了长达7年的考察.2003年美国的“勇 气号”与“机遇号”火星探测器分别发射成功.经过七个多月的旅行后,“勇气号”于2004 年1月登陆火星 2007年中国的“嫦娥一号”月球探测器发射成功. 最新小中高资料可编辑修改
最新小中高资料 可编辑修改 最新小中高资料 可编辑修改 1 第三节 飞向太空 知识目标 核心素养 1.了解火箭的基本原理，了解万有引力定律 对航天技术发展的重大贡献． 2．了解人造卫星的轨道和同步卫星的知识． 3．会区别分析同步卫星、近地卫星、地球赤 道上物体. 1.了解我国火箭技术及人造卫星和飞船发 射等的研究情况，激发学生的爱国热情． 2．通过对比“同步卫星、近地卫星、地球 赤道上物体”的运行规律，提高推理及综 合分析能力. 一、火箭 1．火箭的原理 利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的反作用力，使火箭向前射出． 2．火箭的组成：主要有壳体和燃料两部分． 3．多级火箭：多级火箭是用几个火箭连接而成的火箭组合．一般用三级．火箭起飞时，第一 级火箭的发动机“点火”，推动各级火箭一起前进，当这一级的燃料燃尽后，第二级火箭开 始工作，并自动脱掉第一级火箭的外壳；第二级火箭在第一级火箭基础上进一步加速，以此 类推，最终达到所需要的速度． 二、航天技术的发展历程 1．遨游太空 1957 年 10 月 4 日，苏联发射了第一颗人造地球卫星.1961 年 4 月 12 日，世界第一艘载人宇 宙飞船“东方 1 号”带着苏联宇航员加加林环绕地球一圈.1969 年 7 月 20 日，美国的“阿波 罗 11 号”宇宙飞船将两名宇航员送上了月球.1971 年 4 月 9 日，苏联发射了“礼炮 1 号”空 间站.1973 年，美国将“天空实验室”空间站送入太空，实现了人类无法在地面上进行的各种 科学实验.1981 年 4 月 12 日，美国“哥伦比亚号”航天飞机首次载人航天飞行试验成功.2003 年 10 月 15 日，我国首次载人航天飞行取得圆满成功． 2．空间探测器 1962 年美国的“水手 2 号”探测器第一次对金星进行了近距离考察.1989 年美国宇航局发射 的“伽利略号”探测器飞行 6 年到达木星，对木星进行了长达 7 年的考察.2003 年美国的“勇 气号”与“机遇号”火星探测器分别发射成功．经过七个多月的旅行后，“勇气号”于 2004 年 1 月登陆火星． 2007 年中国的“嫦娥一号”月球探测器发射成功．
最新小中高资料可编辑修改 2010年中国的“嫦娥二号”月球探测器发射成功 2013年中国的“嫦娥三号”月球探测器成功登月 即学即用 判断下列说法的正误 (1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9km/s.(√) (2)如果在地面发射卫星的速度大于11.2km/s,卫星会永远离开地球.(√) (3)要发射一颗人造月球卫星,在地面的发射速度应大于16.7km/s.(×) (4)使火箭向前射出的力是它利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的作用力.(√) 重点探究 启迪思维探究重点 、火箭与人造卫星的发射 1.人造卫星:人造卫星要进入飞行轨道必须有足够大的速度.发射速度大于7.9km/s可进 入绕地球飞行的轨道,成为人造地球卫星:发射速度大于或等于11.2km/s可成为太阳的人 造行星或飞到其他行星上去 2.三级火箭 (1)一级火箭的最终速度达不到发射人造卫星所需要的速度,发射卫星要用多级火箭. (2)三级火箭的工作过程 火箭起飞时,第一级火箭的发动机“点火”,燃料燃尽后,第二级火箭开始工作,并且自动 脱掉第一级火箭的外壳,以此类推…… 由于各级火箭的连接部位需大量附属设备,这些附属设备具有一定的质量,并且级数越多, 连接部位的附属设备质量越大,并且所需的技术要求也相当精密,因此,火箭的级数并不是 越多越好,一般用三级火箭. 【例1】(多选)一颗人造地球卫星以初速度ν发射后,可绕地球做匀速圆周运动,若使发射速 度增大为2v,则该卫星可能() A.绕地球做匀速圆周运动 B.绕地球运动,轨道变为椭圆 C.不绕地球运动,成为太阳的人造行星 D.挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇宙 答案CI 解析以初速度v发射后能成为人造地球卫星,可知发射速度v一定大于第一宇宙速度7.9 km/s;当以2v速度发射时,发射速度一定大于15.8km/s,已超过了第二宇宙速度11.2km/s, 也可能超过第三宇宙速度16.7km/s,所以此卫星不再绕地球运行,可能绕太阳运行,或者飞 到太阳系以外的宇宙,故选项C、D正确 最新小中高资料可编辑修改
最新小中高资料 可编辑修改 最新小中高资料 可编辑修改 2 2010 年中国的“嫦娥二号”月球探测器发射成功． 2013 年中国的“嫦娥三号”月球探测器成功登月． 判断下列说法的正误． (1)在地面上发射人造卫星的最小速度是 7.9 km/s.(√) (2)如果在地面发射卫星的速度大于 11.2 km/s，卫星会永远离开地球．(√) (3)要发射一颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于 16.7 km/s.(×) (4)使火箭向前射出的力是它利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的作用力．(√) 一、火箭与人造卫星的发射 1．人造卫星：人造卫星要进入飞行轨道必须有足够大的速度．发射速度大于 7.9 km/s 可进 入绕地球飞行的轨道，成为人造地球卫星；发射速度大于或等于 11.2 km/s 可成为太阳的人 造行星或飞到其他行星上去． 2．三级火箭 (1)一级火箭的最终速度达不到发射人造卫星所需要的速度，发射卫星要用多级火箭． (2)三级火箭的工作过程 火箭起飞时，第一级火箭的发动机“点火”，燃料燃尽后，第二级火箭开始工作，并且自动 脱掉第一级火箭的外壳，以此类推…… 由于各级火箭的连接部位需大量附属设备，这些附属设备具有一定的质量，并且级数越多， 连接部位的附属设备质量越大，并且所需的技术要求也相当精密，因此，火箭的级数并不是 越多越好，一般用三级火箭． 例 1 (多选)一颗人造地球卫星以初速度 v 发射后，可绕地球做匀速圆周运动，若使发射速 度增大为 2v，则该卫星可能( ) A．绕地球做匀速圆周运动 B．绕地球运动，轨道变为椭圆 C．不绕地球运动，成为太阳的人造行星 D．挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙 答案 CD 解析 以初速度 v 发射后能成为人造地球卫星，可知发射速度 v 一定大于第一宇宙速度 7.9 km/s；当以 2v 速度发射时，发射速度一定大于 15.8 km/s，已超过了第二宇宙速度 11.2 km/s， 也可能超过第三宇宙速度 16.7 km/s，所以此卫星不再绕地球运行，可能绕太阳运行，或者飞 到太阳系以外的宇宙，故选项 C、D 正确．
最新小中高资料可编辑修改 人造地球卫星 1.人造地球卫星的轨道特点 卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道,也可以是圆轨道. (1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时,地心是椭圆的一个焦点,卫星的周期和半长轴的关系遵循 开普勒第三定律 (2)卫星绕地球沿圆轨道运动时,因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心 力,而万有引力指向地心,所以地心必定是卫星圆轨道的圆心 (3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星),可以通过两极上空(极地轨道),也可以 和赤道平面成任一角度,如图1所示 地轴般轨道 赤道轨道 极地轨道 图1 2.地球同步卫星 地球同步卫星位于地球赤道上方,相对于地面静止不动,它跟地球的自转角速度相同,广泛 应用于通信,又叫同步通信卫星 地球同步卫星的特点见下表 周期一定 与地球自转周期相同,即7=24h=86400s 角速度一定 与地球自转的角速度相同 高度一定 卫星离地面高度h=m-R6R(为恒量)≈3.6×10km 3.07km/s(为恒量),环绕方向与地球自转方向相 速度大小一定 向心加速度大小一定 a=0.23m/s2 轨道平面一定 轨道平面与赤道平面共面 【例2】(多选)“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面 为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料.设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n 倍,下列说法中正确的是() 同步卫星距地面的高度是地球半径的(n-1)倍 同步卫星运行速度是第一宇宙速度的 n 最新小中高资料可编辑修改
最新小中高资料 可编辑修改 最新小中高资料 可编辑修改 3 二、人造地球卫星 1．人造地球卫星的轨道特点 卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道． (1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循 开普勒第三定律． (2)卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心 力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心． (3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以 和赤道平面成任一角度，如图 1 所示． 图 1 2．地球同步卫星 地球同步卫星位于地球赤道上方，相对于地面静止不动，它跟地球的自转角速度相同，广泛 应用于通信，又叫同步通信卫星． 地球同步卫星的特点见下表： 周期一定 与地球自转周期相同，即 T＝24 h＝86 400 s 角速度一定 与地球自转的角速度相同 高度一定 卫星离地面高度 h＝r－R≈6R(为恒量) ≈3.6×104 km 速度大小一定 v＝ 2πr T ＝3.07 km/s(为恒量)，环绕方向与地球自转方向相 同 向心加速度大小一定 a＝0.23 m/s2 轨道平面一定 轨道平面与赤道平面共面 例 2 (多选)“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面， 为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料．设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的 n 倍，下列说法中正确的是( ) A．同步卫星距地面的高度是地球半径的(n－1)倍 B．同步卫星运行速度是第一宇宙速度的 1 n
最新小中高资料可编辑修改 同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的 D.同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的(忽略地球的自转效应) 答案AB 解析地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍,所以同步卫星距地面的高度是地球半径 的(n-1)倍,A正确,由万有引力提供向心力得物 r=nR,第一宇宙速度v 所以同步卫星运行速度是第一宇宙速度的/-,B正确.同步卫星与地球赤道上的 物体具有相同的角速度,根据v=rω知,同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转 的速度的n倍,C错误.根据2=m,得a=-,则同步卫星的向心加速度是地球表面重力 加速度的一,D错误 【考点】同步卫星规律的理解和应用 【题点】同步卫星规律的理解与应用 针对训练1如图2所示,中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统.其中 有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星.已知中地球轨道卫星的轨道高度在5000~15000km, 则下列说法正确的是() 图2 A.中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度 B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9km/s C.中地球轨道卫星绕地球一圈时间大于24小时 D.静止轨道同步卫星的周期大于中地球轨道卫星的周期 答案D 三、“赤道上物体”“同步卫星”和“近地卫星”的比较 【例3】如图3所示,A为地面上的待发射卫星,B为近地圆轨道卫星,C为地球同步卫星.三 颗卫星质量相同,三颗卫星的线速度大小分别为v、v、v角速度大小分别为ω灬ω、ωc, 周期分别为T、TB、T,向心加速度分别为a、a、ac,则() 最新小中高资料可编辑修改
最新小中高资料 可编辑修改 最新小中高资料 可编辑修改 4 C．同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的1 n D．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1 n (忽略地球的自转效应) 答案 AB 解析 地球同步卫星的轨道半径是地球半径的 n 倍，所以同步卫星距地面的高度是地球半径 的(n－1)倍，A 正确．由万有引力提供向心力得GMm r 2 ＝ mv 2 r ，v＝ GM r ，r＝nR，第一宇宙速度 v′ ＝ GM R ，所以同步卫星运行速度是第一宇宙速度的 1 n ，B 正确．同步卫星与地球赤道上的 物体具有相同的角速度，根据 v＝rω 知，同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转 的速度的 n 倍，C 错误．根据GMm r 2 ＝ma，得 a＝ GM r 2 ，则同步卫星的向心加速度是地球表面重力 加速度的1 n 2，D 错误． 【考点】同步卫星规律的理解和应用 【题点】同步卫星规律的理解与应用 针对训练 1 如图 2 所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统．其中 有静止轨道同步卫星和中地球轨道卫星．已知中地球轨道卫星的轨道高度在 5 000～15 000 km， 则下列说法正确的是( ) 图 2 A．中地球轨道卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度 B．上述两种卫星的运行速度可能大于 7.9 km/s C．中地球轨道卫星绕地球一圈时间大于 24 小时 D．静止轨道同步卫星的周期大于中地球轨道卫星的周期 答案 D 三、“赤道上物体”“同步卫星”和“近地卫星”的比较 例 3 如图 3 所示，A 为地面上的待发射卫星，B 为近地圆轨道卫星，C 为地球同步卫星．三 颗卫星质量相同，三颗卫星的线速度大小分别为 vA、vB、vC，角速度大小分别为 ωA、ωB、ωC， 周期分别为 TA、TB、TC，向心加速度分别为 aA、aB、aC，则( )
最新小中高资料可编辑修改 图3 B. I=l<TB C. V=VI 答案A 解析同步卫星与地球自转同步,故T=T,ω=ωc,由vωr及a=a2r得 同步卫星和近地卫星,根据 tn3m=m,知,a,,a>面 故可知v>vv,aB>l=4,TT=T, a》a>a,选项A正确,B、C、D错误. 【考点】赤道上物体、同步卫星以及近地卫星运动规律对比 【题点】赤道上物体、同步卫星以及近地卫星运动规律对比 总结提升 同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较 1.同步卫星和近地卫星 相同点:都是万有引力提供向心力 即都满足=m=m1=m7=m 由上式比较各运动量的大小关系,即r越大,v、ω、a越小,T越大 2.同步卫星和赤道上物体 相同点:周期和角速度相同 不同点:向心力来源不同 对于同步卫星,有 2-or 对于赤道上物体,有 因此要通过v=ar,a=a2r比较两者的线速度和向心加速度的大小 针对训练2(多选)关于近地卫星、同步卫星、赤道上物体,以下说法正确的是() A.都是万有引力等于向心力 B.赤道上的物体和同步卫星的周期、线速度、角速度都相等 C.赤道上的物体和近地卫星的线速度、周期不同 最新小中高资料可编辑修改
最新小中高资料 可编辑修改 最新小中高资料 可编辑修改 5 图 3 A．ωA＝ωC<ωB B．TA＝TC<TB C．vA＝vC<vB D．aA＝aC>aB 答案 A 解析 同步卫星与地球自转同步，故 TA＝TC，ωA＝ωC，由 v＝ωr 及 a＝ω2 r 得 vC>vA，aC>aA 同步卫星和近地卫星，根据GMm r 2 ＝m v 2 r ＝mω2 r＝m 4π2 T 2 r＝ma，知 vB>vC，ωB>ωC，TB<TC，aB>aC. 故可知 vB>vC>vA，ωB>ωC＝ωA，TB<TC＝TA， aB>aC>aA.选项 A 正确，B、C、D 错误． 【考点】赤道上物体、同步卫星以及近地卫星运动规律对比 【题点】赤道上物体、同步卫星以及近地卫星运动规律对比 同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较 1．同步卫星和近地卫星 相同点：都是万有引力提供向心力 即都满足GMm r 2 ＝m v 2 r ＝mω2 r＝m 4π2 T 2 r＝ma. 由上式比较各运动量的大小关系，即 r 越大，v、ω、a 越小，T 越大． 2．同步卫星和赤道上物体 相同点：周期和角速度相同 不同点：向心力来源不同 对于同步卫星，有GMm r 2 ＝ma＝mω 2 r 对于赤道上物体，有GMm r 2 ＝mg＋mω 2 r 因此要通过 v＝ωr，a＝ω 2 r 比较两者的线速度和向心加速度的大小． 针对训练 2 (多选)关于近地卫星、同步卫星、赤道上物体，以下说法正确的是( ) A．都是万有引力等于向心力 B．赤道上的物体和同步卫星的周期、线速度、角速度都相等 C．赤道上的物体和近地卫星的线速度、周期不同