7.4宇宙航行-2021-2022学年高中物理同步训练讲义（人教版2019必修第二册）

第七章 万有引力与宇宙航行 7.4宇宙航行 【知识梳理】 一、宇宙速度 1.牛顿的设想 如图所示，把物体从高山上水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星. 2.第一宇宙速度的推导 (1)已知地球质量m地和半径R，物体绕地球的运动可视为匀速圆周运动，万有引力提供物体运动所需的向心力，即＝m，可得v＝. (2)已知地面附近的重力加速度g和地球半径R，由mg＝m得：v＝. (3)三个宇宙速度及含义 数值 意义 第一宇 宙速度 7.9 km/s 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度 第二宇 宙速度 11.2 km/s 在地面附近发射飞行器使物体克服地球引力，永远离开地球的最小地面发射速度 第三宇 宙速度 16.7 km/s 在地面附近发射飞行器使物体挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小地面发射速度 二、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“东方红1号”发射成功.为我国航天事业作出特殊贡献的科学家钱学森被誉为“中国航天之父”. 2.地球同步卫星的特点 地球同步卫星位于赤道上方高度约36 000 km处，因相对地面静止，也称静止卫星.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. 三、载人航天与太空探索 1.1961年苏联宇航员加加林进入东方一号载人飞船，铸就了人类首次进入太空的丰碑. 2.1969年，美国阿波罗11号飞船发射升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕. 3.2003年10月15日9时，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，截止到2017年底，我国已经将11名航天员送入太空，包括两名女航天员. 4.2013年6月，神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接；2016年10月19日，神舟十一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接.2017年4月20日，我国发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接及多项实验. 【基础小练】 1.判断下列说法的正误. (1)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s.(　√　) (2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9 km/s.(　×　) (3)我国向月球发射的“嫦娥二号”宇宙飞船在地面附近的发射速度要大于11.2 km/s.(　×　) (4)在地面附近发射火星探测器的速度应为11.2 km/s<v<16.7 km/s.(　√　) (5)由v＝，高轨道卫星运行速度小，故发射高轨道卫星比发射低轨道卫星更容易.(　×　) 2.已知火星的半径为R，火星的质量为m火，引力常量为G，则火星的第一宇宙速度为 . 答案　 【能力提升】 一、三个宇宙速度 导学探究 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？ 答案　一般不同.由＝m得，第一宇宙速度v＝，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，与卫星无关. 知识深化 1.第一宇宙速度 (1)两个表达式 思路一：万有引力提供向心力，由G＝m得v＝ 思路二：重力提供向心力，由mg＝m得v＝ (2)含义 ①近地卫星的圆轨道运行速度，大小为7.9 km/s，也是卫星圆轨道的最大运行速度. ②人造卫星的最小发射速度，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，需要更多能量. 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，永远离开地球所需的最小发射速度，其大小为11.2 km/s.当发射速度7.9 km/s<v0<11.2 km/s时，物体绕地球运行的轨迹是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同. 3.第三宇宙速度 在地面附近发射飞行器，使之能够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. 我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为(　　) A.0.4 km/s B.1.8 km/s C.11 km/s D.36 km/s 答案　B 解析　由G＝m得，v＝ 又＝，＝ 故月球和地球的第一宇宙速度之比＝＝＝ 故v月＝7.9× km/s≈1.8 km/s，因此B项正确. 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中.已知该星球的半径为R，求该星球的第一宇宙速度.(物体只受星球的引力，忽略星球自转的影响) 答案　 解析　根据匀变速直线运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g0＝，该星球的第一宇宙速度即卫星在其表面附