7.4宇宙航行 讲义-2021-2022学年人教版（2019）高中物理必修第二册

第七章万有引力与宇宙航行 第4节宇宙航行 【素养目标】 1.知道三个宇宙速度的含义和数值，会计算第一宇宙速度． 2.掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系． 3.理解近地卫星、同步卫星的区别． 4.掌握卫星的变轨问题． 【必备知识】 知识点一、宇宙速度 1．认识第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度，即近地卫星的环绕速度． 2．推导 万有引力提供卫星运动的向心力 重力提供卫星运动的向心力 公式 G＝m mg＝m 结果 v＝ v＝ 3.“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．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度． 4．“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由G＝m可得v＝，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度． 知识点二、人造地球卫星 1．人造地球卫星的发射及原理 (1)牛顿设想： 如图甲所示，当物体被抛出的速度足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星． 甲　　　　　　　　　乙 (2)发射过程简介： 如图乙所示，发射人造地球卫星，一般使用三级火箭，最后一级火箭脱离时，卫星的速度称为发射速度，使卫星进入地球轨道的过程也大致为三个阶段． 2．动力学特点 一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供． 3．卫星环绕地球运动的规律 由G＝m可得v＝. 【探讨】 在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，请思考： 探讨1：这些卫星的轨道平面有什么特点？ 【提示】　这些卫星的轨道平面都通过地心． 探讨2：这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？ 【提示】　卫星的线速度、角速度、周期都跟卫星的轨道半径有关． 【点睛】 1．人造卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力．因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道．当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道．如图所示． 2．人造卫星的运行规律：人造卫星的运行规律