4 宇宙航行-2022-2023学年高一物理同步备课讲义 (人教版2019必修第二册)

4 宇宙航行 [学习目标] 1. 会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义 2. 了解人造地球卫星的历史及现状，认识同步卫星的特点 3. 了解人类对太空的探索历程和我国载人航天工程的发展. 1、 宇宙速度：牛顿的设想及第一宇宙速度的推导 牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图1所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星．据此思考并讨论以下问题： 图1 1． 当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？当抛出速度非常大时，物体还能落回地球吗？ 2． 已知地球的质量为m地，地球半径为R，引力常量为G，若物体紧贴地面飞行而不落回地面，其速度大小为多少？ 3． 已知地球半径R＝6 400 km，地球表面的重力加速度g＝10 m/s2，则物体环绕地球表面做圆周运动的速度多大？ 2、 三个宇宙速度及含义 数值 意义 第一宇宙速度 ______km/s 物体在______绕地球做匀速圆周运动的速度 （最小发射速度、最大环绕速度） 第二宇宙速度 ______ km/s 在地面附近发射飞行器使其克服______引力，永远离开地球的最小地面发射速度 第三宇宙速度 ______ km/s 在地面附近发射飞行器使其挣脱______引力束缚，飞到太阳系外的______地面发射速度 3、 人造地球卫星 1． 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______处，因____________，也称静止卫星．地球同步卫星与地球以______的角速度转动，周期与地球自转周期______． 4、 载人航天与太空探索 1． 1961年苏联航天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，截至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实验室的自动交会对接.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． 1． 同步卫星的运行速度一定小于地球第一宇宙速度．(　　) 2． 若物体的发射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，则物体绕太阳运行．(　　) 3． 人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于或等于7.9 km/s、小于11.2 km/s(　　) 4． 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行星的最小发射速度(　　) 5． 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(　　) 6． 同步通信卫星的角速度虽已确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大，高度降低，速率减小，仍同步(　　) 7． 若已知地球的半径和地球表面的重力加速度，即可求出第一宇宙速度(　　) 知识点一：三个宇宙速度 1． 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？ 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？与卫星有关吗？ 3． 第一宇宙速度7.9 km/s是人造卫星的最________发射速度，最________运行速度；向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星需要更________的发射速度． 【探究重点】 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＝＝ m/s≈7.9×103 m/s. 思路二：重力提供向心力，由mg＝m得v＝= m/s≈7.9×103 m/s. 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. 3　 第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，Tmin＝2π＝2π s≈5 075 s≈85 min. 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