3.3飞向太空导学案

廉江市实验学校高中学部高一年级物理导学案1廉江市实验学校高一学部物理（学科）导学案执笔：检查：审核：学案编号：班级：姓名：学习时间：课题：第三节飞向太空【学习目标】1、了解火箭的基本原理。2、理解万有引力定律在航天技术上的重大贡献。3、了解人类在航天领域取得的伟大成就。【自主学习】一、火箭1．人造卫星的发射(1)要成为地球的人造卫星，发射速度必须达到_____km/s，要成为太阳的人造卫星，发射速度必须达到_____km/s.(2)发射人造卫星需借助速度推进工具——火箭．2．发射卫星的火箭(1)原理：利用燃料燃烧向后急速喷出气体产生的_________，使火箭向前射出．(2)组成：主要由______和______两部分组成，壳体内能运载弹头、人造卫星、空中探测器等物体，燃料部分有氧化剂和燃烧剂．二、遨游太空1．1957年10月4日，_____发射了第一颗人造地球卫星．2．2003年10月15日，我国______________宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把我国第一位航天员________送入太空，成为继苏联、美国后，第三个依靠自己的力量将宇航员送上太空的国家．三、空间探测器1．1962年美国发射了“___________”探测器，第一次对金星进行了近距离的考察．2．1989年美国宇航局发射的“____________”探测器飞行6年到达木星．3．2003年美国“________”与“______”探测器分别发射成功，于2004年登陆火星．【课堂讲练】要点1多级火箭的发射过程1．在现代技术条件下，一级火箭的最终速度还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．多级火箭发射过程(1)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．(2)当第一级的燃料燃尽后，第二级火箭开始工作，并自动脱掉第一级火箭的外壳．(3)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．【例1】2011年11月1日我国成功发射“神舟八号”飞船，飞船随火箭一起离开发射塔飞向天空，并与此前发射的“天宫一号”实现交会对接，下列表述中错误的是()教师“复备”栏或学生笔记栏廉江市实验学校高中学部高一年级物理导学案2A．飞船在升空过程中受到平衡力的作用B．火箭推力对飞船做了功C．飞船的动能和势能不断增加D．燃料的化学能最终会转化成为火箭的机械能解析：火箭发射分三个阶段，即加速飞行段、惯性飞行段和最后加速段，故A选项是错误的；根据初中所学的知识，推力做了功，并且在这个过程中速度和高度都增加，所以动能和势能都增大，在这个过程中，机械能来自于燃料的化学能，所以B、C、D选项都正确．答案：A要点2卫星变轨问题以“神舟八号”与“天宫一号”的对接为例说明卫星变轨问题．根据圆周运动原理：当提供向心力的力大于物体做圆周运动所需要的向心力时，物体将做向心运动；反之，物体将做离心运动．“神舟八号”与“天宫一号”对接时，由于“天宫一号”已经在固定的轨道上做圆周运动，这样“神舟八号”只能在低轨道加速，这样就导致所需要的向心力大于万有引力，“神舟八号”做离心运动，且此时“神舟八号”的轨道半径小，周期小，能追上“天宫一号”从而实现对接．【例2】(双选)发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆形轨道1，然后经点火使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图3－3－5所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是()A．卫星在轨道3上的运行速率大于在轨道1上的速率B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度解析：由于万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，则有GMmr2＝mv2r＝mω2r，所以v＝GMr、ω＝GMr3.由题图可得轨道半径r1r3，则v1v3、ω1ω3，A错B对．Q点是圆周轨道1与椭圆轨道2的相切点，由于万有引力提供向心力，则有GMmr2＝ma向，所以a向＝GMr2，显然，卫星在经过圆周轨道1上的Q点和在经过椭圆轨道2上的Q点时具有的向心加速度均为a向＝GMr2，C错；同理可得D对．要点3卫星中的超重与失重【例3】2005年10月12日9时，我国继成功发射“神舟五号”载人飞船之后，“神舟六号”双人飞船再次顺利发射升空，并绕地球飞行115.5小时后成功返回降落在预定位置．试回答以下几个问题．（1）载人宇宙飞船在发射升空的过程中，宇航员处于________状态．若在距地面不太远的地点，飞船内的宇航员对座位的压力是他在静止时重力的4倍，则此时飞船的上升加速度为________．(2)宇宙飞船的轨道舱是宇航员在轨道上进行科学实验的场所，在轨道舱里，下列哪些仪器不能使用()A．水银气压计B．天平C．摆钟D．多用电表E．弹簧秤F．酒精温度计廉江市实验学校高中学部高一年级物理导学案3(3)飞船在预定轨道上运行时，宇航员处于完全失重状态，下列说法正确的是()A．宇航员不受重力作用B．宇航员受力平衡C．宇航员不受任何力作用D．宇航员仍受重力作用解析：(1)在加速上升过程中，宇航员具有向上的加速度，受到的支持力大于重力，故处于超重状态；对宇航员应用牛顿第二定律可得：N－mg＝ma，则a＝(N－mg)/m＝3g＝29.4m/s2.(2)飞船中能正常使用的仪器，其工作原理必须是与重力的作用无关的．其中水银气压计是利用了水银的重力与大气压力相平衡而测量大气压的；天平是利用了砝码与待测物体的重力对天平横杆支点的力矩平衡而测量物体质量的；摆钟的摆动是由钟摆的重力沿切线方向上的分力导致．以上这三种仪器的工作原理均与重力有关，在超重与失重状态(天平是完全失重状态)下均不能正确地测量气压、质量和时间，因而不能使用．多用电表是运用电磁作用原理制作的；弹簧秤是依据胡克定律，根据弹簧的伸长量与所受外力成正比的原理测量力的大小；酒精温度计是利用酒精的热胀冷缩原理指示环境温度的，以上三种仪器均与重力作用无关，因此在超重、失重状态仍能正常使用(弹簧秤在此时虽不能测量重力但可测量其他的力)．(3)飞船内的宇航员随飞船绕地球做圆周运动时当然受重力(即万有引力)的作用，只是重力全部提供了向心力，所以，他对支持面的压力或对悬线拉力为零，处于完全失重状态．故选项A、C错误，D正确．由于宇航员随同飞船一起做圆周运动，其合力即重力产生向心加速度，故宇航员受力不平衡，选项B错误．答案：(1)超重29.4m/s2(2)ABC(3)D思维总结：要明确分析卫星及其内载物体的超重、失重和完全失重的问题，与分析升降机中物体的超重、失重的原理完全相同．即：超重(失重)是指物体对支持面的压力或对悬线拉力大于(小于)重力的情形，完全失重是指物体对支持面的压力或对悬线拉力减为零的情形．超重时，物体具有向上的加速度；失重时，物体具有向下的加速度；完全失重时，物体向下的加速度等于所在位置的重力加速度．但不管超重还是失重，物体的重力并没有改变．【课堂评价与反思】注：导学案的执笔由主备人签字，检查人由备课组长签字，审核签字由学部分管教学的副主任负责，每次印刷完成后第一时间交两份到学部办存档。第三节飞向太空课外作业1．关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是()廉江市实验学校高中学部高一年级物理导学案4A．第一宇宙速度又叫环绕速度B．第一宇宙速度又叫脱离速度C．第一宇宙速度跟地球的质量无关D．第一宇宙速度跟地球的半径无关2．(双选)人造卫星进入轨道做匀速圆周运动时，卫星内的物体将()A．处于完全失重状态，所受万有引力为零B．处于完全失重状态，但仍受到万有引力的作用C．所受的万有引力就是维持它随卫星一起做匀速圆周运动所需的向心力D．处于平衡状态，合外力为零3．2008年9月25日，我国成功发射了搭载3名宇航员的“神舟七号”飞船，在飞船进入圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小()A．等于7.9km/sB．介于7.9km/s和11.2km/s之间C．小于7.9km/sD．介于7.9km/s和16.7km/s之间4．(双选)人们离开大气层，进行航天飞行所需的运载工具可以是()A．喷气式飞机B．火箭C．直升机D．航天飞机5．人造卫星在太空绕地球运行时，若天线偶然折断，天线将()A．继续和卫星一起沿轨道运行B．做平抛运动，落向地球C．由于惯性，沿轨道切线方向做匀速直线运动D．做自由落体运动，落向地球6．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R，线速度为v，周期为T.若要使它的周期变为2T，可能的方法是()A．R不变，使线速度变为B．v不变，使轨道半径变为2RC．轨道半径变为D．无法实现7．“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中，发现A、B两颗天体各有一颗靠近表面飞行的卫星，并测得两颗卫星的周期相等，以下判断错误的是()A．天体A、B表面的重力加速度与它们的半径成正比B．两颗卫星的线速度一定相等C．天体A、B的质量可能相等D．天体A、B的密度一定相等8.（2013·茂名二模）“天宫一号”绕地球的运动可看做匀速圆周运动，转一周所用的时间约90分钟.下列说法正确的是（）A.“天宫一号”离地面的高度比地球同步卫星离地面的高度小B.“天宫一号”的线速度比地球同步卫星的线速度小C.“天宫一号”的向心加速度比地球同步卫星向心加速度大D.当宇航员刘洋站立于“天宫一号”内不动时，她受力平衡9．宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行，变轨后的半径为R2，R1R2.宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的()A．线速度变小B．角速度变小C．周期变大D．向心加速度变大10．(双选)假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动，则()A．根据公式v＝ωr，可知卫星的线速度将增大到原来的2倍B．根据公式F＝mv2r等，可知卫星所需要的向心力将减小到原来的12C．根据公式F＝GMmr2，可知地球提供的向心力将减小到原来的14D．根据上述B和C中给出的公式，可知卫星运动的线速度将减小到原来的22第三节飞向太空课外作业答案1.答案：A廉江市实验学校高中学部高一年级物理导学案52答案BC3解析：卫星在圆形轨道上运动的速度v＝GMr.由于rR，所以vGMr＝7.9km/s，C正确．答案：C4解析：喷气式飞机和直升机必须依靠空气进行飞行，不能离开大气层，故不选A、C；火箭和航天飞机依靠自身携带的燃料，可以飞出大气层，故选B、D.答案：BD5解析：折断后的天线与卫星具有相同的速度，天线受到地球的万有引力全部提供其做圆周运动的向心力，情况与卫星的相同，故天线仍沿原轨道与卫星一起做圆周运动，A对，B、C、D错．答案：A6解析：人造卫星的轨道半径R、线速度v、周期T三个量，一定俱定，一变俱变，故A、B错；又T＝2πR3GM，则2T＝2πR′3GM，所以R′＝34R，故C正确．答案：C7解析：由g＝4π2RT2可知，g与R成正比，A正确；由v＝2πRT可得，v与R成正比，只有当A、B两天体半径相等时，两卫星的线速度才相等，B错误；由GMmR2＝m4π2RT2得M＝4π2R3GT2，当R相等时，M相等，C正确；由ρ＝MV得ρ＝3πGT2，ρ一定相等，D正确．因此选B.答案：B8解析：“天宫一号”绕地球做匀速圆周运动的半径比同步卫星小，则线速度、向心加速度都比同步卫星的大，刘洋站立于“天宫一号”内时，她随着“天宫一号”一起做圆周运动，有向心加速度，受力不平衡，正确答案是AC.答案：AC9答案D10解析：人造地球卫星围绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，则F＝GMmr2，当r增大到原来的2倍时，F将变为原来的14，B错误，C正确．又由GMmr2＝mv2r得v＝GMr，故v将变为原来的22，A错误，D正确．答案：CD