第三章 第四节 宇宙速度与航天（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（粤教版2019）

第四节　宇宙速度与航天 课程内容要求 核心素养提炼 1.会计算人造地球卫星的环绕速度． 2．知道第二宇宙速度和第三宇宙速度． 1.物理观念：了解宇宙速度，知道第一宇宙速度对于发射人造卫星的意义． 2．科学思维：根据万有引力定律和牛顿第二定律推导第一宇宙速度． 3．科学态度与责任：收集我国和世界航天事业的发展历史和前景资料，了解牛顿力学对航天技术事业发展的贡献． [对应学生用书P51] 数值 意义 第一宇宙速度 7.9km/s (1)卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的最大速度 (2)使卫星绕地球做匀速圆周运动的最小地面发射速度 第二宇宙速度 11.2_km/s 使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度 第三宇宙速度 16.7 km/s 使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度 [思考] 牛顿说在高山上架起一门大炮，只要这门炮的威力足够大，炮弹将不会落到地面，成为地球的一颗卫星，是什么力使炮弹绕地球运动呢？ 提示　炮弹与地球之间的万有引力． 1．人造卫星 速度和轨道半径的关系：卫星运行所需向心力由万有引力提供，即G＝m，可得v＝ .可知，卫星的轨道半径越小，线速度越大． 2．同步卫星 (1)位于赤道上方高度约36_000_km； (2)周期：与地球自转周期相同； (3)特点：相对地面静止． [思考] 下面是我国近代在航天事业中取得的成绩，这些卫星中，轨道不同，其运行参量有什么特点？ 我国的“天宫二号”与“神舟十一号”对接 我国航天员进入“天宫二号” “嫦娥四号”首次在月球背面软着陆 提示　运行中，万有引力提供向心力，轨道半径越大，线速度越小，角速度越小，周期越长． 1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星． 1969年7月，美国“阿波罗”11号登上月球． 2003年10月，“神舟五号”发射升空，圆了中国人的飞天梦想． 2013年6月，“神舟十号”与“天宫一号”完成手动和自动交会对接． 2016年10月，“神舟十一号”和“天宫二号”自动交会对接． 2017年4月，“天舟一号”成功发射并与“天宫二号”自动交会对接． [对应学生用书P52] 探究点一　第一宇宙速度 在离地面150 km左右飞行的航天器，能说在地面附近飞行吗？为什么？ 提示　能，150 km相对于地球6 400 km的半径来说可以忽略． 1．第一宇宙速度：第一宇宙速度是卫星近地环绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度，即近地环绕速度． 提醒　卫星近地环绕地球运动时轨道半径可近似看成地球半径． 2．决定因素：由公式v＝ 可得出第一宇宙速度数值由中心天体决定，大小取决于地球质量m地和地球半径R. 提醒　由＝＝mg还可得出第一宇宙速度v＝. 3．“最小发射速度”：发射人造卫星的速度如果低于第一宇宙速度，由于受到地球引力的作用，卫星会落到地球上．所以第一宇宙速度是最小的发射速度． 提醒　发射速度是指卫星与火箭分离时的速度． 4．“最大环绕速度”：在所有的环绕地球做圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由公式＝m得v＝ ，轨道半径越小，线速度越大，所以第一宇宙速度是最大的环绕速度． [特别提醒]　环绕速度即运行速度与发射速度概念不同． 1．根据星球表面的重力加速度计算它的第一宇宙速度，依据＝mg. 2．根据星球近地卫星做匀速圆周运动计算它的第一宇宙速度，依据＝. (多选)关于第一宇宙速度，以下叙述正确的是(　　) A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B．它是近地圆轨道上人造卫星的运行速度 C．它是使卫星进入轨道的最小发射速度 D．它是人造卫星发射时的最大速度 BC　[第一宇宙速度是卫星绕天体表面做匀速圆周运动的线速度．第一宇宙速度满足关系式＝，由此得到v＝ ，由此式可得到第一宇宙速度是最大的环绕速度．卫星发射得越高，需要的发射速度越大，故第一宇宙速度是最小的发射速度．选项B、C正确．] (多选)已知火星的质量约为地球质量的，火星的半径约为地球半径的.下列关于火星探测器的说法中正确的是(　　) A．发射速度只要大于第一宇宙速度即可 B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以 C．发射速度应大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度 D．火星探测器环绕火星运行的最大速度为地球第一宇宙速度的 CD　[根据三个宇宙速度的意义，可知选项A、B错误，选项C正确；已知M火＝，R火＝，则＝ ∶＝.选项D正确．] [训练1]　恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20 km，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017 kg/m3，则该中子星的第一宇宙速度约为(　　) A．7.9 km/s　　　　　 B．16.7 km/s C．2.9×104 km/s