第三章 第四节　宇宙速度与航天-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

第四节　宇宙速度与航天 　　　　 第三章　万有引力定律 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；会分析人造卫星的受力情况和运动情况，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。 学习目标 核心素养目标 知识点二　人造卫星　遨游太空 知识点一　宇宙速度 素养培优专栏 聚焦　近地卫星、静止轨道卫星与赤道上物体的参量比较 课时精练 随堂演练 内 容 索 引 知识点一　宇宙速度 索引 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；若将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？ 提示：物体不再回到地球表面，即物体所受万有引力提供向心力，物体环绕地球做匀速圆周运动，根据G ＝m ＝mg可得v＝ ；对于不同的星球，使物体不再回到星球表面需要的速度不相同。 (2)将卫星发射到更高的轨道上，需要的速度越大还是越小？ 提示：轨道越高，需要的发射速度越大。 情境导学 1．第一宇宙速度 航天器在地球附近绕地球做__________运动的速度，叫作第一宇宙速度，也叫环绕速度。大小为v＝7.9 km/s。 2．第二宇宙速度 在地面附近发射航天器，当航天器的速度等于或大于11.2 km/s时，它就会挣脱地球的引力，永远离开______。我们把_________叫作第二宇宙速度，又叫逃逸速度。 3．第三宇宙速度 在地面附近发射航天器，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。 基础梳理 匀速圆周 地球 11.2 km/s 1．在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s。 (　　) 2．人造地球卫星的最小绕行速度是7.9 km/s。 (　　) 3．我国向月球发射的“嫦娥二号”宇宙飞船在地面附近的发射速度要大于11.2 km/s。 (　　) 判断正误 √ × × 核心归纳 (2)意义：①第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度。 ②第一宇宙速度也是人造卫星做匀速圆周运动的最大环绕速度，对应的运行周期是人造卫星的最小周期Tmin＝2π ≈5 063 s≈84.4 min。 2．发射速度与卫星的轨道关系 (1)当7.9 km/s≤v发<11.2 km/s时，卫星绕地球做椭圆运动。 (2)当11.2 km/s≤v发<16.7 km/s时，卫星绕太阳旋转，成为太阳系一颗 “小行星”；或绕其他行星旋转，成为其他行星的一颗卫星。 (3)当v发≥16.7 km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去。 (2022·湖北黄冈高二期末)2021年5月15日上午，我国首次火星探测任务天问一号探测器成功着陆火星，迈出了中国星际探测征程的重要一步，我国成为第三个成功着陆火星的国家。已知地球半径约为火星半径的2倍，地球密度约为火星密度的1.6倍，则地球第一宇宙速度与火星第一宇宙速度的比值约为 例1 √ 方法技巧 第一宇宙速度的计算方法 对于任何天体，计算第一宇宙速度时，都是根据万有引力提供向心力的思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿第二定律列式计算。 1．如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算。 2．如果不知道天体的质量和半径的具体数值，但知道该天体与地球的质量、半径的比例关系，可分别列出该天体与地球第一宇宙速度的表达式，用比例法进行计算。 针对练1．(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是 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或等于v1，小于v2 B．我国发射的嫦娥五号探测器，其发射速度大于第二宇宙速度 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 √ √ 根据v＝ 可知，卫星的轨道半径r越大，即距离地面越远，卫星的绕行速度越小，v1＝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，D正确，A错误；我国发射的嫦娥五号探测器，仍在地球引力范围内，所以其发射速度小于第二宇宙速度，B错误；第二宇宙速度是在地面附近使物体挣脱地球引力束缚而成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，C正确。 针对练2．我国首次