第七章 第4节 宇宙航行（Word教参）-【优化指导】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 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1．了解人造地球卫星的最初构想。 2．知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。 3．了解发射速度与环绕速度的区别和联系，理解天体运动中的能量观。 会推导第一宇宙速度。 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。 [对应学生用书P80] 一、宇宙速度 1．人造地球卫星的发射原理 (1)牛顿的设想：在高山上水平抛出一个物体，当初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的人造地球卫星。 (2)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向心力，所以G＝m，得v＝。近地卫星在100～200 km的高度飞行，远小于地球半径，可近似用地球半径代替卫星到地心的距离r。 ↓ 　　　　　　　　 　 ↑ 2．第一宇宙速度 (1)定义：物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度(first cosmic velocity)。 (2)大小：7.9 km/s。 3．物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动，可认为向心力是由重力提供的。由mg＝m得v＝。 4．第二宇宙速度(脱离速度)：当飞行器的速度等于或大于11．2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11．2 km/s叫作第二宇宙速度。 5．第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。 ↓ 二、人造地球卫星、载人航天与太空探索 1．卫星的发射 (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，开创了中国航天史的新纪元。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．地球同步卫星位于赤道上方高度约36 000 km处，因相对地面静止，也称静止卫星。地球同步卫星与地球以相同的角速度转动，周期与地球自转周期相同。 3．载人航天与太空探索 (1)1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。 (2)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。 (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。 (4)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。 (5)2021年4月29日，具备长期自主飞行能力的天舟一号核心舱成功发射。2022年12月2日，中国航天员乘组完成首次在轨交接，中国空间站正式开启长期有人驻留模式。 1．(物理与航天)北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统。空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)在地面上发射北斗卫星的最小速度是7.9 km/s。(　　√　　) (2)北斗卫星的绕行速度小于7.9 km/s。(　　√　　) (3)北斗卫星导航系统中的同步卫星一定位于赤道的正上方。(　　√　　) (4)我国向月球发射的嫦娥五号月球探测器在地面附近的发射速度要大于11．2 km/s。(　　×　　) (5)在地面附近发射火星探测器的速度v须满足11．2 km/s<v<16.7 km/s。(　　√　　) 2．(教材拓展P60)“图7.41” (1)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或使卫星脱离地球引力的束缚需要的发射速度越大还是越小？ 提示：(1)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。 [对应学生用书P81] 探究点一 宇宙速度——运动观念之形成 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．“最小发射速度”：如果发射速度低于第一宇宙速度，因为受到地球引力作用，发射出去的卫星就会再回到地球上，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。 3．“最大运行速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由G＝m可得v＝，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大运行速度。 注意：宇宙速度均指发射速度，卫星