7.4宇宙航行-【帮课堂】2022-2023学年高一物理同步精品讲义（人教2019必修第二册 ）

第七章 万有引力与宇宙航行 第4课 宇宙航行 目标导航 课程标准 核心素养 1.掌握求解第一宇宙速度的两种方法，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，知道人造卫星的特点． 1、物理观念：三个宇宙速度、同步卫星。 2、科学思维：人造卫星的发射原理。 3、科学探究：牛顿的关于人造卫星的设想。 4、科学态度与责任：我国和世界航天事业发展的历史和前景，了解神舟飞船、空间站的发射与运行。 知识精讲 知识点01 宇宙速度 1．第一宇宙速度的推导 (1)已知地球质量m地和半径R，物体在地面附近绕地球的运动可视作 运动， 提供物体运动所需的向心力，轨道半径r近似认为等于 ，由＝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 ＝m得：v＝. 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 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，飞到太阳系外的最小地面发射速度 【即学即练1】　(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是(　　) 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 知识点02 人造地球卫星 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功． 【即学即练2】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，地球上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 能力拓展 考法01 三个宇宙速度 1．第一宇宙速度 (1)两个表达式 思路一：万有引力提供物体运动所需的向心力，由G＝m得v＝. 思路二：可近似认为重力提供物体运动所需的向心力，由mg＝m得v＝. (2)理解 ①“最小发射速度”：第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度． ②“环绕速度”：第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大速度． 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，飞行器绕地球运行的轨道是椭圆，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. 【典例1】截至2022年3月24日，我国首次火星探测任务“天问一号”环绕器在轨运行609天，距离地球2.77亿千米，当前运行正常．已知火星质量约为地球质量的10%，半径约为地球半径的50%，下列说法正确的是(　　) A．火星探测器的发射速度应大于地球的第二宇宙速度 B．火星探测器的发射速度应介于地球的第一和第二宇宙速度之间 C．火星的第一宇宙速度大于地球的第一宇宙速度 D．火星表面的重力加速度大于地球表面的重力加速度 考法02 人造地球卫星 1．人造地球卫星 (1)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步轨道)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任意角度，如图所示． (2)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心． 2．近地卫星、同步卫星、极地卫星和月球 (1)近地卫星：地球表面附近的卫星，r≈R；线速度大小v≈7.9 km/s、周期T＝≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大速度和最小周期． (2)同步卫星：位于地球赤道上方，相对于地面静止不动，它的角速度跟地球的自转角速度相同，广泛应用于通信，又叫同步通信卫星． (3)极地卫星：轨道平面与赤道平面夹角为90°的人造地球卫星，运行时能到达南北极上空． (4)月球绕地球的公转周期T＝27.3天，月球和地球间的平均距离约38万千米，大约是地球半径的60倍． 【典例2】金星的半径是地球半径的，质量是地球质量的，忽略金星、地球自转的影响，金星表面的自由落体加速度与地球表面的自由落体加速度之比，金