第七章 4. 宇宙航行-【重难点手册】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版）

第七章 万有引力与宇宙航行整0 第4节 宇宙航行 1.了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙逸度. 重点：知道三个宇宙递度，了解人造地 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 球卫星及其运动参量的求解 运动情况并解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题， 难点：近地卫星与地球同步卫星的区 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 别，人造卫星的变轨问题 4,了解宇宙航行的历程和进晨，感受人类对客观世界不断探究的精 种和情感 口01必备知识梳理， 基础流理 知识点1宇宙速度 1.三个宇宙速度 刀划重点 数值 意义 说明 宇宙速度是指在地球上 满足不同要求的发射速度，不 7.9km/s是卫星的最小发射速 第一宇宙 卫星在地面附近度，也是卫星环绕地球做匀速 能理解成运行速度，不同的发 速度（环绕 7.9 km/s 绕地球做匀速圆圆周运动的最大速度.发射速 射速度对应的运行情形及 速度) 周运动的速度 度7.9km/s<<11.2km/s, 速度： 卫星在椭圆轨道上绕地球旋转 (1)当0<<7.9km/s 时，物体会落回地面，成不了 第二宇宙 使卫星挣脱地球 当1l.2km/s≤v<16.7km/s 速度（脱离11,2km/s 引力束缚，离开地 卫星 球的最小发射 时，卫星脱离地球的束缚，成为 速度) (2)当发=7.9km/s时， 速度 太阳系的一颗“小行星” 物体成为地球近地卫星，绕地 使卫星挣脱太阳 球做圆周运动，=7.9km/s 第三宇宙 引力的束缚，飞到当≥16.7km/s时，卫星脱离 (3)当7.9km/s<v发< 速度（逃逸16.7km/s 太阳系以外的宇太阳的引力束缚，飞到太阳系 11.2km/s时，物体绕地球做 速度) 宙空间去的最小以外的宇宙空间中去 椭圆轨道运动，@在轨道不同 发射速度 点速度大小一般不同，但 2.第一宇宙速度的两种推导方法 V城发 方法1：根据G-一.应用近地条件=RR为地球半 径)，R=6400km,地球质量M=5.98×10kg,代入数据得v GM-7.9 km/s. 145 重避台手细高中物理必修第二册尺) 方法2：在地球表面附近，重力等于万有引力，此力提供卫星 做匀速圆周运动的向心力（已知地球半径为R,地球表面处的重 力加速度为g), 由mg=m发得 v=√gR=√9.8X6400×103m/s=7.9km/s. 例①(2023·新疆伊犁高一期末)“天宫一号”是我国研发的 一个目标飞行器，目的是作为其他飞行器的接合点，是中国空间 实验室的雏形，于北京时间2011年9月29日21时16分03秒发 射升空。 (1)若引力常量为G,地球质量为M,地球半径为RD,“天宫 一号”离地面的高度为H,求“天宫一号”的运行周期T: (2)发射“天宫一号”的速度必须大于第一宇宙速度，试推导 第一宇宙速度的表达式：若Rp=6400km,g取10m/s2,求地球 的第一宇宙速度 解析(1)万有引力充当向心力，有 R0十=m(R+D. GMpm RD十H 解得T=2x(Rn十H√GMD (2)对于近地卫星，轨道半径就是地球半径R,由万有引力 等于向心力有GMm二m证 R影 RD 万有引力等于重力有Gm=mg,因此 R路 RD =71g: 解得=√gRo=8km/s. 知识点2人造地球卫星 1.人造卫星的分类：同步卫星、近地卫星、极地卫星及一般人 造卫星， 2.人造卫星的发射速度与环绕速度 (1)发射速度：指将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有 的速度.卫星离地面越高，卫星的发射速度越大， (2)绕行速度：指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动 的线速度.人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引 力作用，人造卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供 146 第七章 万有引力与宇宙航行整0 设地球质量为M,卫星质量为，轨道半径为r,由于万有引 2划重点 力提供向心力，则G恤=m二所以=√ 1.卫星绕地球沿椭圆轨 道运行时，地心是椭圆的一个 可见，越高轨道上运行的卫星，线速度越小 焦点，其周期和半长轴的关系 (3)由于发射卫星的过程中要克服地球的引力做功，所以发 遵循开普勒第三定律。 射速度越大，卫星离地面越高，实际绕地球运行的速度越小.向高 2.卫星绕地球沿国轨道 轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难得多 运行时，做匀速圆周运动.由 3.运行轨道：卫星的轨道平面必须过地心.卫星的轨道可以 于地球对卫星的万有引力提 是椭圆轨道，也可以是圆轨道， 供卫星绕地球运行的向心力， 例②(2023·陕西汉中高一期末)（多选）如图所示，地球半 而万有引力指向地心，所以地 径为R,甲、乙两颗人造卫星绕地球做圆周运动，甲离地面的高度 心必须是卫星圆轨道的國心 为R,乙离地面的高度为2