高中物理第六章万有引力与航天宇宙航行教案新人教必修.docx
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高中物理第六章万有引力与航天宇宙航行教案新人教必修
宇宙航行
教学
目标
1、知识与技能
（1）了解人造卫星的有关知识；
（2）知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
2、过程与方法：
通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。
3、情感、态度与价值观
（1）通过介绍我国在卫星发射方面的情况．激发学生的爱国热情；
（2）感知人类探索宇宙的梦想．促使学生树立献身科学的人生价值观。
重点
难点
教学重点：
第一宇宙速度的推导。
教学难点：
运行速率与轨道半径之间的关。
教具
准备
挂图、多媒体课件
课时
安排
1
教学过程与教学内容
教学方法、教学手段与学法、学情
（一）引入新课
1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的新纪元。
我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，99年发射了“神舟”号试验飞船。
这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。
（二）进行新课
1、牛顿的设想
（1）牛顿对人造卫星原理的描绘。
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。
（2）人造卫星绕地球运行的动力学原因。
人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。
（3）人造卫星的运行速度。
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则
，
∴
，可见：
高轨道上运行的卫星，线速度小。
提出问题：
角速度和周期与轨道半径的关系呢？
，
可见：
高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长。
引入：
高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？
这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度。
2、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
推导：
问题：
牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？
地球半径为6370km。
分析：
在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。
由万有引力提供向心力：
得：
又∵
∴
结论：
如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。
可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
意义：
第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。
（2）第二宇宙速度：
大小
。
意义：
使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
注意：
发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）第三宇宙速度：
大小：
。
意义：
使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：
发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。
如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
3、人造卫星的发射速度与运行速度
（1）发射速度：
发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
（2）运行速度：
运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。
当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
（3）同步卫星
所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高h处，并且h是一定的。
同步卫星也叫通讯卫星。
由
得：
h=
（T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。
代入数值得h=
。
例题分析
例题1：
有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：
r2＝4：
1，求：
（1）这颗卫星的线速度之比；
（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比？
解：
（1）由
得
，所以
（2）由
得
，所以
（3）由
得
（4）由
得
例题2：
地球半径为6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为7.9×103m/s，则周期为多大？
估算地球的平均密度。
解：
（1）
；
（2）由
，得；
思考：
能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
梦想成真
师：
探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，那么梦想成真了吗？
请同学们阅读教材“梦想成真”部分。
生：
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了“东方一号”载人飞船，火箭点火起飞绕地球飞行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑。
1969年7月16日9时32分，“阿波罗11号”成功登临月球，蛾人航天技术迅速发展。
1992年，中国载人航天工程正式启动，2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空，飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。
这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础。
伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程。
教师只有在教学过程中想方设法地为学生
创造一个具体、生动、形象的情境，并通过适当的方式把学
生完全带入这个情境，
才能使学生在具体的情境的启发下有
效地进行学习。
通过生动优美的语言、
丰富多彩的图片、新奇有趣的动画演示及多次的角色转化，
努力营造一个民主、和谐、宽松的教学情境，以唤起学生情
感的共鸣，让他们在轻松愉快的氛围中接受新知。
经典例题，百讲不厌。
不断强调已形成的条件反射。
变被动为主动，提高学习的效果。
提高民族自豪感
板
书
第五节宇宙航行
1、宇宙速度
7.9km/s11.2km/s16.7km/s
第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度。
2、人造地球卫星
3、同步卫星：
定点在赤道上空，周期T、高度h、线速度v一定。
T=24hh=36000kmv=3.1km/s
4、梦想成真
（1）世界的成就
（2）中国的成就
教学
反思
做位一个物理老师应该积极为学生构造有利于学习的物理情景，多媒体是一个相当有益的工具。
在具体形象情境中，感受并认识宇宙航行，并
能进行实际运算。
根据这一要求我做了深入地教材分析及学生分析，教学过程学生表现积极，乐于吸收新知识。
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1．用起重机将物体匀速吊起一段距离,作用在物体上的各力做功的情况是（）
A．重力做正功,拉力做负功,合力做功为零
B．重力做负功,拉力做正功,合力做正功
C．重力做负功,拉力做正功,合力做功为零
D．重力不做功,拉力做正功,合力做正功
2．二十一世纪新能源环保汽车在设计阶段要对其各项性能进行测试，某次新能源汽车性能测试中，图甲显示的是牵引力传感器传回的实时数据随时间变化关系，但由于机械故障，速度传感器只传回了第20s以后的数据，如图乙所示，已知汽车质量为1500kg，若测试平台是水平的，且汽车由静止开始直线运动，设汽车所受阻力恒定，由分析可得（）
A．由图甲可得汽车所受阻力为1000N
B．20s末的汽车的速度为26m/s
C．由图乙可得20s后汽车才开始匀速运动
D．前20s内汽车的位移为426m
3．篮球运动员接传来的篮球时，通常要先伸出两臂迎球，手触到球瞬间顺势后引。
这样可以减小
A．球对手的力的冲量B．球对手的力的大小
C．球的动量变化量D．球的动能变化量
4．如图所示为甲、乙两质点做直线运动的位移—时间图象，由图象可知（）
A．甲、乙两质点会相遇，但不在1s时相遇
B．甲、乙两质点在1s时相距4m
C．甲、乙两质点在第1s内运动方向相反
D．在5s内两质点速度方向一直不同
5．每种原子都有自己的特征谱线，所以运用光谱分析可以鉴别物质成分。
氢原子光谱中巴耳末系的谱线波长公式为：
=
（
–
），n=3，4，5，…，其中E1为氢原子基态能量，h为普朗克常量，c为真空中的光速。
锂离子（Li+）光谱中某个谱线系的波长可归纳成公式：
=
（
–
），m=9，12，15，…，
为锂离子（Li+）基态能量，研究发现这个谱线系与氢原子巴耳末系光谱完全相同。
由此可推算出锂离子（Li+）基态能量与氢原子基态能量的比值为
A．3B．6C．9D．12
6．胶州湾大桥是青岛市境内黄岛区、城阳区以及李沧区的跨海通道，对进一步加快山东半岛城市群建设有着重要意义。
如图，设桥体中三块相同的钢箱梁1、2、3受到钢索a、b、c拉力的方向相同，相邻钢箱梁间的作用力均沿水平方向，下列说法正确的是（）
A．钢箱梁1对2的作用力大于钢箱梁2对1的作用力
B．钢箱梁3所受合力最大
C．钢箱梁2、3间作用力大于钢箱梁1、2间作用力
D．钢索c上的拉力大于钢索b上的拉力
二、多项选择题
7．如图所示，一导热性能良好的气缸，用轻质活塞密封了一定质量的气体，活塞用轻绳悬挂在天花板上
（1）若环境温度缓慢升高，下列说法正确的有_____．
A．单位时间内气体分子与器壁单位面积碰撞的分子数减少
B．单位时间内气体分子与器壁单位面积碰撞的分子数增加
C．器壁单位面积上受到气体分子撞击力增大
D．温度升高，缸内所有气体分子运动速率均增大
（2）若已知气缸的容积为1L，气缸内气体的密度为30g/
，平均摩尔质量为1.152g/mol．阿伏加德罗常数
，估算气缸内气体分子数为____个，气体分子间平均距离d=____m（结果均保留一位有效数字）。
（3）已知气缸的质量为M，活塞可以在缸内无摩擦滑动，活塞的面积为S，活塞与缸底距离为h，大气压强恒为p0，此时环境温度为T。
若环境温度升高时，气体从外界吸收热量Q，气缸缓慢移动距离d后再次处于静止，则在此过程中密闭气体的内能∆U增加了________?
温度升高了___________？
8．一列沿x轴正方向传播的简谐横波在t=0时刻的波形图如图所示，图中质点P的x坐标为0.75m，质点Q的x坐标为2.0m。
已知质点P连续2次经过平衡位置的时间间隔为0.2s下列说法正确的是___________。
A．波的周期为0.2s
B．波速为5m/s
C．t=0时刻，质点P的速度大于质点Q的速度
D．t=0时刻，质点P的加速度大于质点Q的加速度
E.t=0.25s时刻，质点P的y坐标为－4cm
9．如图，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框，导线框右侧有两个宽度也为L的有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B、方向分别竖直向下和竖直向上，t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框在外力作用下，以速度v匀速进入并通过磁场区域．规定电流i沿逆时针方向时为正，磁感线竖直向下时磁通Φ为正，安培力的合力F向左为正．则以下关于Φ、i、F和线框中的电功率P随时间变化的图象大致是下列图中的（）
A．
B．
C．
D．
10．如图所示，以v0＝10m/s的速度水平抛出的小球，飞行一段时间垂直地撞在倾角θ＝30°的斜面上，按g＝10m/s2考虑，以下结论中不正确的是：
（）
A．物体飞行时间是
s
B．物体撞击斜面时的速度大小为20m/s
C．物体飞行的时间是2s
D．物体下降的距离是10m
三、实验题
11．质量为m的人站在电梯里，当电梯以加速度a加速上升时，求人对地板的压力F是多大?
12．
主尺___副尺______读数_____
四、解答题
13．在某项科研实验中，需要将电离后得到的氢离子（质量为m、电量为+e）和氦离子（质量为4m、电量为+2e）的混合粒子进行分离。
小李同学尝试设计了如图甲所示的方案：
首先他设计了一个加速离子的装置，让从离子发生器逸出的离子经过P、Q两平行板间的电场加速获得一定的速度，通过极板上的小孔S后进入Q板右侧的匀强磁场中，经磁场偏转到达磁场边界的不同位置，被离子接收器D接收从而实现分离。
P、Q间的电压为U，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里，装置放置在真空环境中，不计离子之间的相互作用力及所受的重力，且离子进入加速装置时的速度可忽略不计。
求：
（1）氢离子进入磁场时的速度大小；
（2）氢、氦离子在磁场中运动的半径之比，并根据计算结果说明该方案是否能将两种离子分离；
（3）小王同学设计了如图乙所示的另一方案：
在Q板右侧空间中将磁场更换为匀强电场，场强大小为E，离子垂直进入电场。
请你论证该方案能否将两种离子分离。
14．如图所示，在水平地面上固定一倾角θ＝37°、表面光滑的斜面，物体A以初速度v1沿斜面上滑，同时在物体A的正上方，有一物体B以初速度v2＝2.4m/s水平抛出，当A上滑到最高点时，恰好被B物体击中。
A、B均可看作质点，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g＝10m/s2。
求：
（1）物体A上滑时的初速度v1；
（2）物体A、B间初始位置的高度差h。
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
C
B
B
C
C
C
二、多项选择题
7．A2×1022d=4×10-9m
8．BDE
9．BD
10．CD
三、实验题
11．mg+ma．
12．7mm;0.500mm7.500mm
四、解答题
13．
（1）
（2）
；可以分开（3）不能将两种正离子分离
14．
（1）v1＝6m/s
（2）h＝6.8m
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
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一、单项选择题
1．2018年11月1日，我国第41颗北斗导航卫星“吉星”成功发射，该卫星工作在地球静止同步轨道上，可以对地面上的物体实现厘米级的定位服务。
已知地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，该卫星绕地球做圆周运动的周期为T。
则下列说法正确的是：
A．该卫星的发射速度小于第一宇宙速度
B．该卫星运行的加速度大小为
C．该卫星运行的线速度大小为
D．该卫星做圆周运动的轨道半径为
2．《道路交通安全法》第四十七条规定：
“机动车行经人行横道，应减速行驶；遇行人正在通过人行横道时，应停车让行。
”一辆汽车以36km/h的速度匀速行驶，驾驶员发现前方50m处的斑马线上有行人，驾驶员立即刹车使车做匀减速直线运动，若已知行人还需12s才能通过斑马线，则刹车后汽车的加速度大小至少为
A．1m/s2
B．0.97m/s2
C．0.83m/s2
D．0.69m/s2
3．如图所示是某质点做直线运动的v–t图象，由图可知这个质点的运动情况是（）
A．前5s质点静止
B．10s末质点的速度为3m/s
C．0~15s内质点的平均速度为3.5m/s
D．5~15s内质点做匀加速运动，加速度为0.3m/s2
4．近期，科学家在英国《自然》科学期刊上宣布重大发现，在太阳系之外，一颗被称为Trappist-1的超冷矮星周围的所有7颗行星的表面都可能有液态水，其中有3颗行星还位于适宜生命存在的宜居带，这7颗类似地球大小、温度相似，可能由岩石构成的行星围绕一颗恒星公转，下图为新发现的Trappist-1星系（图上方）和太阳系内行星及地球（图下方）实际大小和位置对比，则下列说法正确的是
A．这7颗行星运行的轨道一定都是圆轨道
B．这7颗行星运行的线速度大小都不同，最外侧的行星线速度最大
C．这7颗行星运行的周期都不同，最外侧的行星周期最大
D．在地球上发射航天器到达该星系，航天器的发射速度至少要达到第二宇宙速度
5．如图，光滑水平面上有两辆小车，用细线相连，中间有一个被压缩的轻弹簧，小车处于静止状态。
烧断细线后，由于弹力的作用两小车分别向左、右运动。
已知两小车质量之比m1:
m2=2:
1，下列说法正确的是
A．弹簧弹开后两车速度大小之比为1:
2
B．弹簧弹开后两车动量大小之比为1:
2
C．弹簧弹开过程m1、m2受到的冲量大小之比为2:
1
D．弹簧弹开过程弹力对m1、m2做功之比为1:
4
6．静电计是在验电器的基础上制成的，用其指针张角的大小来定性显示其金属球与外壳之间的电势差大小．如图所示，A、B是平行板电容器的两个金属板，G为静电计．开始时开关S闭合，静电计指针张开一定角度，为了使指针张开的角度增大些，下列采取的措施可行的是（）
A．断开开关S后，将A、B两极板分开些
B．保持开关S闭合，将A、B两极板分开些
C．保持开关S闭合，将A、B两极板靠近些
D．保持开关S闭合，将变阻器滑动触头向右移动
二、多项选择题
7．下列说法正确的是______________（选对1个给2分，选对2个给4分，选对3个给5分，没选错一个扣3分，最低得分为0）
A．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
B．空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
C．将一大块晶体敲碎后，得到的小颗粒却是非晶体
D．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度不一定较大
E．对于同一种液体，饱和气压随温度升高而增大
8．以下说法正确的是（_________）（填正确答案标号，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．上午十时，教室内空气中的水蒸气分子和氧气分子的分子平均动能是相同的
B．液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离，所以液体表明存在表面张力
C．水中的水分子总是在水不停息地做杂乱无章的运动，当两个水分子运动到适当的位置使分子力为零时，它们具有的分子势能一定最小
D．一定质量的水蒸气发生等温膨胀时，可能会向外散热
E.熵增加原理一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行
9．在探究平抛运动的规律时，可以选用如图下列各种装置图，以下说法合理的是（）
A．选用装置1研究平抛物体竖直分运动，只能用眼睛看A、B两球是否同时落地
B．选用装置2要获得细水柱所显示的平抛轨迹，弯管末端B一定要水平
C．选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球
D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动的每秒15帧的录像获得平抛轨迹
10．2018年5月4日0点6分，长征三号乙运载火箭在四昌卫尾发射中心成功将亚太6C卫星送入同步运行轨道（轨道为圆）。
该卫星将服务一带一路建设，进一步提升亚太地区卫星通信、广播服务能力。
对于该卫星的发射与在轨运行，下列说法正确的是
A．该卫星的发射速度一定大于等于7.9km/s
B．该卫星在轨运行的线速度一定大于7.9km/s
C．该卫星在轨运行的向心加速度一定大于赤道上物体随地球自转的向心加速度
D．该卫星的运行高度由该卫星本身的质量和运行周期决定
三、实验题
11．如图所示，水平放置的导热汽缸用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞的厚度不计，质量m=10kg，横截面积S=100cm2，可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气。
开始时活塞与汽缸底的距离L1=11cm，外界气温为27℃，大气压强为P0=1.0×105Pa，现将汽缸缓慢转动至开口向上的竖直位置，然后对缸内的气体缓慢加热一段时间，刚停止加热时，活塞相对气缸恰好再回到原来的位置，已知重力加速度g=m/s2，求：
（1）汽缸刚转动至开口竖直向上时活塞与汽缸底的距离L2；
（2）刚停止加热时缸内气体的温度；
（3）在加热过程中，缸内气体吸收的热量Q=240J，该过程中气体增加的内能为多大。
12．如图所示电路是测量电流表内阻
的实物连接图，实验的操作步骤如下：
a、将电阻箱R的电阻调到零
b、闭合开关，调节滑动变阻器
的滑片，使得电流表示数达到满偏电流
c、保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱的电阻，使得电流表的示数为
d、读出电阻箱的电阻
可求得电流表的内阻
（1）电流表的内阻
与读出的电阻箱电阻
关系为______。
（2）已知电流表的量程50mA，内阻约为100Ω，可供选择的滑动变阻器
有：
A阻值0~10Ω，允许通过最大电流2A；B阻值0~50Ω，允许通过最大电流1.5A。
可供选择的电阻箱R有：
C阻值0-99.9Ω，D阻值0-999.9欧姆。
为了比较准确地测量出电流表的内阻，应选用的滑动变阻器
是_______；应选用的电阻箱R是________。
（填仪器前的字母代号）
（3）本实验中电流表的测量值
与电流表内阻的真实值
相比，有
________
（选填”>=<”）
四、解答题
13．如图所示，在平面坐标系xOy内，第二三象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，第一四象限内存在半径为L的圆形匀强磁场，磁场圆心在M（L，0）点，磁场方向垂直于坐标平面向外，一带正电的粒子从第三象限中的Q（-2L，-L）点以速度
沿x轴正方向射出，恰好从坐标原点O进入磁场，从P（2L，0）点射出磁场，不计粒子重力，求：
（1）电场强度与磁感应强度大小之比。
（2）粒子在磁场与电场中运动时间之比。
14．一半圆柱形透明体横截面如图所示，O为截面的圆心，半径R＝
cm，折射率n＝
．一束光线在横截面内从AOB边上的A点以60°的入射角射入透明体，求该光线在透明体中传播的时间．（已知真空中的光速c＝3.0×108m/s）
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
C
A
D
C
A
A
二、多项选择题
7．BDE
8．ACE
9．BD
10．AC
三、实验题
11．
（1）10cm
（2）330K（3）229J
12．R0=2RgAD>
四、解答题
13．
（1）
（2）
14．0×10-10s
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