第7章 第4节 宇宙航行（教师用书Word）-【状元桥·优质课堂】2023-2024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 [学习目标]　1.掌握求解宇宙第一速度的两种方法，知道三个宇宙速度的含义(科学思维).2.了解人造地球卫星的历史及现状，知道人造地球卫星和同步地球卫星的特点(物理观念)． 知识点一　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匀速圆周运动，万有引力提供物体运动所需的向心力，轨道半径r 近似认为等于地球半径R，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mg＝m得v＝. 2．三个宇宙速度及含义 数值 意义 第一宇 宙速度 7.9km/s 物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度 第二宇 宙速度 11.2km/s 在地面附近发射飞行器使其克服地球引力，永远离开地球的最小地面发射速度 第三宇 宙速度 16.7km/s 在地面附近发射飞行器使其挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小地面发射速度 知识点二　人造地球卫星、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“东方红一号”发射成功． (3)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”． (4)地球同步卫星：周期与地球自转周期相同，其中一种的轨道平面与赤道平面成0度角，运动方向与地球自转方向相同，相对地面静止，也称静止卫星． 2．载人航天与太空探索 1961年4月12日，前苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船． 1969年7月16日，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． 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． 自2013年6月起，神舟飞船先后与天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室成功完成交会对接试验． 2021年4月29日，具备长期自主飞行能力的天和核心舱成功发射，标志着中国空间站在轨组装建造全面展开． 1．判断下列说法的正误． (1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.(√) (2)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2 km/s<v<16.7 km/s.(√) (3)要发射离开太阳系的探测器，所需发射速度至少为16.7 km/s.(√) (4)人造地球卫星的运行轨道必须在赤道平面内．(×) 2．已知火星的半径为R，火星的质量为m火，引力常量为G，则火星的第一宇宙速度为. 考点一　宇宙速度 【情境导学】 在地球表面将一物体以较小的速率水平抛出，物体将落到地上；若物体以更大的初速度水平抛出时，物体将飞得更远；当物体以足够大的水平速度抛出时，物体将环绕地球运动． (1)速度需要达到多大，物体才不会再落回地球表面？在不同的星球抛出去，使之不再回到星球表面，需要的速度一样吗？ (2)将卫星发射到更高的轨道上，需要的速度越大还是越小？ 答案 (1)物体不再回到地球表面，即物体所受万有引力提供向心力，根据G＝m可得v＝＝；对于不同的星球，使物体不再回到星球表面的速度不相同． (2)轨道越高，需要的发射速度越大． 【知识拓展】 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. 【例题1】 (多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是(　　) 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 思维导引：正确理解三种宇宙速度的含义，记住三种宇宙速度的大小并灵活应用． 答案　CD 解析　根据v＝可知，卫星的轨道半径r越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v1＝7.9 km/s是人造地