第7章 第4节 宇宙航行（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理必修第二册 (人教版2019)

第4节　宇宙航行 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1．了解人造地球卫星的最初构想。 2．知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及人造地球卫星运动的简单的问题。 3．了解发射速度与环绕速度的区别和联系，理解天体运动中的能量观 会推导第一宇宙速度 了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感 [对应学生用书P57] 知识点一 宇宙速度 1．第一宇宙速度 (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❶。 (2)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❷，所以G＝m，由此解出v＝。 (3)已知地球质量为5．98×1024 kg，近地卫星在100～200 km的高度飞行，远小于地球半径(6 400 km)，可近似用地球半径R代替卫星到地心的距离r。 (4)第一宇宙速度：物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。代入数据可得第一宇宙速度v＝＝ m/s＝7．9 km/s。 (5)物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动，可认为向心力是重力提供的，有mg＝m，由此解出v＝。 2．第二宇宙速度(脱离速度)：当飞行器的速度等于或大于11．2_km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11．2_km/s叫作第二宇宙速度。 3．第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面附近发射飞行器❸，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16．7_km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。 1．人造地球卫星的最小绕行速度是7．9 km/s。(　　×　　) 2．在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7．9 km/s。(　　√　　) 3．我国向月球发射的“嫦娥二号”人造卫星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v满足11．2 km/s<v<16．7 km/s。(　　√　　) 知识点二 人造地球卫星❹　载人航天与太空探索 1．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。 (2)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，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钱学森被誉为“中国航天之父”。 2．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。 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1号载人飞船。 (2)1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，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。 (4)2013年6月，神舟十号分别完成与天宫一号空间实验室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。 (5)2017年4月20日，我国又发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间实验室进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接及多项实验。 批注❶：人造卫星一旦发射后就不再补充能量，仅依靠自身的发射速度克服地球引力上升一定高度，进入运行轨道。第一宇宙速度也是人造卫星的最小的发射速度。卫星离地面越高，卫星的发射速度越大。贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最小，其运行速度大小等于第一宇宙速度。 批注❷：卫星绕地球沿圆轨道运动时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必然是卫星圆轨道的圆心。 批注❸：发射速度是指卫星与火箭分离时的速度。 批注❹： ①赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上空； ②极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空； ③一般轨道：卫星轨道和赤道成一定角度，如图所示。 [对应学生用书P58] 探究点一　宇宙速度　(运动观念之形成) ►情境探究 推导第一宇宙速度是如何建立模型的？推导的依据是什么？ 提示：建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动，由万有引力(重力)提供向心力。卫星运动的轨道半径r近似等于地球半径R。推导依据：G＝m·mg＝m。 ►探究归纳 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可得v＝。 思路二：重力提供向心力，由mg＝m可得v＝。 (2)含义 ①近地卫星的圆轨道运行速度，大小为7．9 km/s，是地球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