2019-2020学年新教材人教版高中物理必修二（课件+检测）：第七章 4 (2份打包)

4.宇宙航行 1．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。 2．认识同步卫星的特点。 3．了解人造地球卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程。 1.宇宙速度 (1)第一宇宙速度的计算 ①物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。物体只受到指向地心的引力作用，物体绕地球的运动可视作7.9 km/s。 ＝ 。可以近似用地球半径R代替卫星到地心的距离r，故v＝ ，由此解出v＝m＝万有引力提供物体运动所需的向心力，所以G匀速圆周运动。设地球的质量为m地，物体的质量为m，速度为v，它到地心的距离为r。 ②物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可近似认为向心力由。 ，由此解出v＝mg＝m重力提供，有 (2)三种宇宙速度 2．人造地球卫星 (1)1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“钱学森被誉为“中国航天之父”。 东方红1号”发射成功，开创了中国航天史的新纪元。为我国航天事业作出特殊贡献的科学家 (2)地球同步卫星：位于赤道上方高度约相同。 角速度转动，周期与地球自转周期静止卫星。地球同步卫星与地球以相同的36000 km处，因相对地面静止，也称 3．载人航天与太空探索 (1)1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船，铸就了人类进入太空的丰碑。 (2)1969年7月，美国阿波罗11号飞船登上月球。 (3)2003年10月15日，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。 判一判 (1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s。 (　　) (2)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s。(　　) (3)要发射一颗月球人造卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s。(　　) 提示：(1)×　卫星绕地球做圆周运动飞行时的轨道半径越小，其线速度就越大，最大速度等于第一宇宙速度7.9 km/s。 (2)√　人造卫星的最小地面发射速度为7.9 km/s，即第一宇宙速度。 (3)×　若将某卫星在地面上以大于16.7 km/s的速度发射，该卫星会脱离太阳的束缚，而跑到太阳系以外的空间。 想一想 通常情况下，人造卫星总是向东发射的，为什么？ 提示：由于地球的自转由西向东，如果我们顺着地球自转的方向，即向东发射卫星，就可以充分利用地球自转的惯性，节省发射所需要的能量。 课堂任务　宇宙速度 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 提示：越大。向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。 活动2：不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？ 提示：不同天体的第一宇宙速度可能不同。由G。可以看出，第一宇宙速度的值取决于中心天体的质量M和半径R，中心天体不同，M和R就可能不一样，第一宇宙速度自然不一样。得第一宇宙速度v＝ ＝m 活动3：要发射一颗火星人造卫星，在地面的发射速度应有什么要求？ 提示：要达到第二宇宙速度才能脱离地球的束缚，而达到第三宇宙速度就跑出太阳系了。故发射火星人造卫星，发射速度v发理论上应满足：11.2 km/s≤v发<16.7 km/s。 活动4：讨论、交流、展示，得出结论。 1．对三种宇宙速度的理解 (1)第一宇宙速度：是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，也是人造地球卫星的最小发射速度，其大小为7.9 km/s。 (2)第二宇宙速度：在地面附近发射飞行器，使之能够克服地球的引力，永远离开地球的最小发射速度，其大小为11.2 km/s。 (3)第三宇宙速度：在地面附近发射飞行器，使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度，其大小为16.7 km/s。 2．第一宇宙速度的推导 已知地球的质量为m地＝5.98×1024 kg，近地卫星的轨道半径近似等于地球半径R＝6.4×106 m，重力加速度g＝9.8 m/s2。[来源:学科网ZXXK] 万有引力提供向心力，由G＝7.9 km/s。 得v＝ ＝m 由mg＝m＝7.9 km/s。 得v＝ 由第一宇宙速度的两种表达式可知，第一宇宙速度的大小由地球决定。可以说任何一颗天体都有自己的第一宇宙速度，都可以用v＝ 表示，式中G为引力常量，M为天体的质量，g天体为天体表面的重力加速度，R为天体的半径。 或v＝ 3．发射速度与环绕速度 (1)“最小发射速度”与“最大环绕速度” ①“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力，所以近地卫星的发射速度(第一宇宙速度)是人造地球卫星的最小发射速度。 ②“最大绕行速度”：由G，轨道半径越小，线速度越大，所以近地卫星的线速度(第一宇宙速度)是地球卫星的最大