7.4 宇宙航行-2022-2023学年高一物理下学期同步学案+典例+练习（人教版2019必修第二册）

7.4 宇宙航行 基础知识梳理 一、宇宙速度 1.牛顿的设想 如图，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 . 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 ，即 ，可得 . (2)已知地面附近的重力加速度g和地球半径R，由mg＝m得： . (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 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 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 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 ，也称静止卫星.地球同步卫星与地球以相同的 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 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. 典型例题分析 考点一：第一宇宙速度 【例1】 如图所示，在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿曾设想在高山上水平抛出物体，若速度一次比一次大，落点就一次比一次远。当速度足够大时，物体就不会落回地面而成为人造卫星了，这个足够大的速度至少为（不计空气阻力）（　　） A．0.34 km/s B．7.9 km/s C．11.2 km/s D．16.7 km/s 【变式练习】 1．中国探月工程分“绕、落、回”三步走，绕月和落月任务已圆满完成。嫦娥五号探测器拟于2020年发射，届时将实施首次月球采样返回。下列说法正确的是（  ） A．嫦娥五号在月球附近环绕月球表面飞行时的速度 B．嫦娥五号绕月球飞行时的轨道半径的三次方跟公转周期的平方的比值等于月球绕地球飞行的轨道半径的三次方跟其公转周期的平方的比值 C．嫦娥五号在围绕月球转动时不会坠落地面是由于卫星受力平衡 D．嫦娥五号在软着陆过程中处于超重状态 2．我国首次火星探测任务“天问一号”探测器计划飞行约7个月抵达火星，并通过2至3个月的环绕飞行后着陆火星。如图所示，为关闭动力的“天问一号”探测器在火星引力作用下经椭圆轨道向火星靠近，然后绕火星做匀速圆周运动已知探测器绕火星做匀速圆周运动的半径为，周期为，引力常数为，火星半径为，下列说法正确的是（    ） A．根据题中条件不能算出火星的重力加速度 B．根据题中条件能算出火星表面的第一宇宙速度 C．根据题中条件不能算出火星的平均密度 D．根据题中条件可以算出探测器在圆轨道受到火星引力大小 考点二：第二宇宙速度 【例2】关于地球的宇宙速度，下列表述正确的是（　　） A．第一宇宙速度 v=7.9km/s，是人造地球卫星运行时的最小速度 B．第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度 C．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D．人造地球卫星运行时的速度可以等于第二宇宙速度 【变式练习】 1．卫星定位导航系统使人们可以更顺利地到达目的地，我国“北斗三号”导航系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍，则该地球静止轨道卫星（　　） A．发射速度一定大于11.2 km/s B．线速度一定小于7.9 km/s C．轨道可能是椭圆 D．可以经过苏州正上空 2．以下说法正确的是（　　） A．牛顿提出万有引力定律，并测量出引力常量 B．牛顿证明了地面上苹果受到的重力和地球对月亮的吸引力本质是同一种力 C．开普勒提出日心说，并指出行