第三章 第四节 宇宙速度与航天（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【正禾一本通】同步课堂高效讲义（粤教版2019）

第四节　宇宙速度与航天 【核心素养目标】 物理观念 知道三个宇宙速度的含义。知道同步卫星和其他卫星的区别。了解发射速度与环绕速度的区别和联系。 科学思维 会推导第一宇宙速度。会分析人造地球卫星的受力和运动情况，并能解决涉及人造地球卫星运动的问题。 科学态度与责任 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。 一、宇宙速度 1．三个宇宙速度 — 数值 意义 第一宇宙速度(环绕速度) 7．9 km/s 航天器在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度 第二宇宙速度(逃逸速度) 11．2 km/s 航天器挣脱地球引力的束缚，离开地球的最小发射速度 第三宇宙速度 16．7 km/s 航天器挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度 二、人造卫星 1．人造卫星是指环绕地球在宇宙空间轨道上运行的无人航天器。 2．人造卫星按用途可分为：通信卫星、测地卫星、气象卫星、科学卫星等。 3．北斗卫星导航系统是由中国自主建设、独立运行的卫星导航系统，现已广泛应用于交通运输、气象预报、救灾减灾、水文监测等领域。 4．静止轨道卫星 (1)静止轨道卫星(同步卫星)：与地球相对静止的卫星； (2)轨道平面：与赤道平面重合，并且位于赤道上空一定(填“任意”或“一定”)的高度上。 三、遨游太空 1．1961年苏联航天员加加林进入“东方1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”宇宙飞船发射升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。 3．2003年10月15日，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。 4．2016年9月15日，“天宫二号”空间实验室发射成功。 5．2017年4月22日，“天舟一号”货运飞船与“天宫二号”空间实验室完成了首次推进剂在轨补加。 6．“探月工程”于2004年正式立项，共规划“绕”“落”“回”三期。 1．判断正误 (1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7．9 km/s。(√) (2)如果在地面发射卫星的速度大于11．2 km/s，卫星会永远离开地球。(√) 学生用书第75页 (3)要发射一颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于16．7 km/s。(×) (4)地球同步卫星一定位于赤道的正上方。(√) (5)地球同步卫星与地球自转的周期相同。(√) (6)人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由火箭推力提供。(×) (7)卫星绕地球运动的轨道半径越大，运行速度越大。(×) 2．链接实景 图甲为不同轨道上的人造地球卫星，图乙为我国的天宫二号空间实验室。天宫二号的轨道高度大约是393 km，同步卫星的轨道高度大约是3．6×104 km。思考下列问题： (1)天宫二号和同步卫星的周期相比较哪个更大？ (2)天宫二号和同步卫星的运行速度、加速度哪个更大？ 提示：　(1)同步卫星的周期更大。 (2)天宫二号的运行速度、加速度更大。 知识点一　宇宙速度 发射卫星，要有足够大的速度才行。 (1)怎样求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？ (2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 提示：　(1)根据G＝m，得v＝ 。可见第一宇宙速度由地球的质量和半径决定，不同星球的第一宇宙速度不同。 (2)轨道越高，需要的发射速度越大。 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， 学生用书第76页 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<v<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。　 考向1　对三种宇宙速度的理解 (多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是(　　) A．人造地球卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度7．9 km/s≤v<11．2 km/s 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 CD　[v＝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