7.4 宇宙航行（知识解读）-2023-2024学年高中物理同步知识点解读与专题训练（2019人教版必修第二册）

7.4 宇宙航行（知识解读）（原卷版） •知识点1 宇宙速度 •知识点2 人造卫星 •知识点3 同步卫星、极地卫星和近地卫星 •知识点4 不同轨道人造卫星的参数比较 •作业 巩固训练 知识点1 宇宙速度 1．第一宇宙速度（环绕速度） （1）大小：7.9km/s。 （2）意义：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。 2．第二宇宙速度（脱离速度） （1）大小：11.2 km/s。 （2）意义：使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度。 （3）在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为v=11.2 km/s。 3．第三宇宙速度（逃逸速度） （1）大小：16.7km/s。 （2）意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度。 （3）在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其大小为v=16.7km/s。 4．第一宇宙速度的计算 地球的质量为M，卫星的质量为m，卫星到地心的距离为r，卫星做匀速圆周运动的线速度为v，地球半径R。（r=R） （1）方法一：由万有引力提供向心力得：（r=R）➯。 （2）方法二：由重力提供万有引力得：（r=R）➯。 【典例1-1】2023年10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，17时46分神舟十七号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接。空间站组合体运行轨道距地面的高度为左右，则空间站组合体内的货物（　　） A．质量越大，对空间站组合体地板的压力越大 B．处于超重状态 C．运动速率介于与之间 D．做圆周运动的角速度大小比地球自转角速度大 【典例1-2】（多选）使物体成为卫星的最小发射速度称为第一宇宙速度，而使物体脱离星球引力所需要的最小发射速度称为第二宇宙速度，与的关系是。已知某星球半径是地球半径的，其表面的重力加速度是地球表面重力加速度的，地球的平均密度为，不计其他星球的影响，则（    ） A．该星球的第二宇宙速度为 B．该星球的第二宇宙速度为 C．该星球的平均密度为 D．该星球的平均密度为 【典例1-3】地球的第一宇宙速度的大小为 ；一个质量为60kg的宇航员静止在飞船内，飞船在离地面高度等于地球半径的圆形轨道上绕地球飞行时，宇航员所受地球吸引力是 N，这时他对飞船的地面的作用力为 N。（设地面上重力加速度，） 【变式1-1】地球的某颗卫星距离地面的高度为地球半径的2倍，已知地球半径为R，表面的重力加速度大小为g，该卫星绕地球做匀速圆周运动过程中，下列说法正确的是（　　） A．该卫星的线速度大于7.9km/s B．该卫星的运行周期大于地球同步卫星卫星绕地球运动周期 C．该卫星的轨道加速度大小为 D．该卫星的角速度大小为 【变式1-2】（多选）中国预计将在2028年实现载人登月计划，把月球作为登上更遥远行星的一个落脚点。如图所示是“嫦娥一号奔月”的示意图，“嫦娥一号”卫星发射后经多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星。关于“嫦娥一号”下列说法正确的是（    ）    A．发射时的速度必须达到第三宇宙速度 B．在绕地轨道中，公转半长轴的立方与公转周期的平方之比不变 C．在轨道I上运动时的速度小于轨道II上任意位置的速度 D．在不同的绕月轨道上，相同时间内卫星与月心连线扫过的面积不相等 【变式1-3】我国科学家自主研制的“墨子号”卫星的质量为m，轨道离地面的高度为h，绕地球运行的周期为T，地球半径为R，引力常量为G.求： （1）“墨子号”卫星所需的向心力大小； （2）地球的质量； （3）第一宇宙速度的大小。 知识点2 人造卫星 1、人造卫星的加速度、周期和轨道的关系 （1）向心力和向心加速度：向心力是由万有引力充当的，即F＝，再根据牛顿第二定律可得，随着轨道半径的增加，卫星的向心力和向心加速度都减小。 （2）线速度v：由得，随着轨道半径的增加，卫星的线速度减小。 （3）角速度ω：由得，随着轨道半径的增加，做匀速圆周运动的卫星的角速度减小。 （4）周期T：由得，随着轨道半径的增加，卫星的周期增大。 注意：上述讨论都是卫星做匀速圆周运动的情况，而非变轨时的情况。 2、卫星的各物理量随轨道半径的变化而变化的规律 【典例2-1】2023年5月30日16时29分，我国神舟十六号载人飞船采用自主快速交会对接模式，成功对接于中国空间站核心舱径向端口（如图所示），随后景海鹏、朱杨柱、桂海潮3名航天员从神舟十六号载人飞船进入中国空间站开展为期约5个月的太空工作与生活。已