第七章 第4节 宇宙航行(Word教参)-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理必修第二册（人教版）

第4节　宇宙航行 1.知道三个宇宙速度的含义，并会推导第一宇宙速度. 科学思维 2.了解地球同步卫星的特点. 物理观念 3.了解人造地球卫星的相关知识和我国人造卫星发射的成就以及人类对太空的探索历程. 物理观念 知识点一　宇宙速度 1．人造地球卫星的发射原理 (1)牛顿的设想：在高山上水平抛出一个物体，当初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的人造地球卫星． (2)原理：一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做__匀速圆周__运动，向心力由地球对它的__万有引力__提供，即. 　，则卫星在轨道上运行的线速度v＝＝　m 2．宇宙速度 (1)第一宇宙速度v1：卫星在__地球附近__绕地球做匀速圆周运动的速度，v1＝__9__km/s. (2)第二宇宙速度v2：使卫星挣脱__地球__引力束缚的最小地面__发射__速度，v2＝11.2 km/s. (3)第三宇宙速度v3：使卫星挣脱__太阳__引力束缚的最小地面__发射__速度，v3＝16.7 km/s. 知识点二　人造地球卫星　载人航天与太空探索 1．人造地球卫星 地球同步卫星位于__赤道上方__高度约为36 000 km处，地球同步卫星与地球以相同的__角速度__转动，周期与__地球自转__周期相同． 2．载人航天与太空探索 1957年10月，苏联成功发射了第一颗__人造地球卫星__. 1969年7月，美国“阿波罗11号”登上__月球__. 1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功． 2003年10月15日，我国航天员__杨利伟__踏入太空． 2010年10月1日，我国的“嫦娥二号”探月卫星发射成功． 2013年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功． 2016年9月15日， 天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射成功． 2018年5月21日，嫦娥四号中继卫星“鹊桥”在西昌卫星发射中心发射成功，嫦娥四号中继卫星“鹊桥”，将运行在绕地月L2点的HALO轨道上，为月球背面的嫦娥四号着陆器(后续发射)和巡视器与地球间的通信和数据传输提供地月中继通信支持． 1．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)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2 km/s<v<16.7 km/s.(　　) (3)要发射离开太阳系的探测器，所需发射速度至少为16.7 km/s.(　　) (4)人造地球卫星的运行轨道必须在赤道平面内．(　　) 答案 (1)√　(2)√　(3)√　(4)× 2．有人说，第一宇宙速度也可用v＝(式中g为重力加速度，R为地球半径)算出，你认为正确吗？ 答案 正确；因为重力提供向心力，mg＝m. ，解得v＝ 考点一　对宇宙速度的理解 【例题1】 (多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是(　　) A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2 B．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度 C．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度 D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度 思维导引：正确理解三种宇宙速度的含义，记住三种宇宙速度的大小并灵活应用． 答案　CD 解析　根据v＝可知，卫星的轨道半径r越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v1＝7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，选项D正确；由于人造卫星的轨道半径大于地球半径，故卫星绕地球运行时的速度小于第一宇宙速度，选项A错误；美国发射的“凤凰号”火星探测卫星仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项B错误；第二宇宙速度是使物体挣脱地球的引力束缚而成为太阳的一颗人造小行星的最小发射速度，选项C正确． 【变式1】 (多选)据报道，目前我国正在研制“萤火二号”火星探测器，已知火星的质量约为地球质量的.下列关于火星探测器的说法正确的是( 　　) ，火星的半径约为地球半径的 A．发射速度只要大于第一宇宙速度即可 B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以 C．发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度 D．火星探测器环绕火星运行的最大速度约为第一宇宙速度的0.5倍 答案　CD 解析　由于所发射的火星探测器需脱离地球的引力束缚，故发射速度需超过第二宇宙速度才能到达火星，但仍在太阳系内，未脱离太阳的引力束缚，故发射速度无须超过第三宇宙速度，选项A、B错误，C正确；火星探测器环绕火星运行的最大速度即为火星的环绕速度，由G≈0.5，选项D正确．＝＝，得v＝＝m 考点二　人造卫星运行分析 【例题2】 如图