第七章第四节 宇宙航行-2023-2024学年高一物理精剖细解讲义（人教版2019必修第二册）

第七章第四节 宇宙航行 ——精剖细解学习讲义 知识点：宇宙航行 1、三个宇宙速度 第一宇宙速度的推导： 解决思路：卫星环绕地球运动时所需的向心力等于地球对卫星的万有引力。 解决方法：根据万有引力公式和圆周运动的知识可得：G＝m。 得到的结论：v＝＝ m/s＝7.9×103 m/s。 三个宇宙速度如下表所示： 宇宙速度 数值(km/s) 意义 第一宇宙速度 (环绕速度) 7.9 是人造地球卫星的最小发射速度，也是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。 第二宇宙速度 (脱离速度) 11.2 使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。 第三宇宙速度 (逃逸速度) 16.7 使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。 发射速度为v，第一宇宙速度为v1，第二宇宙速度为v2，第三宇宙速度为v3，发射物体的运动情况跟宇宙速度息息相关，它们的关系如下表所示： v＜v1 发射物体无法进入外太空，最终仍将落回地面。 v1≤v＜v2 发射物体进入外太空，环绕地球运动。 v2≤v＜v3 发射物体脱离地球引力束缚，环绕太阳运动。 v≥v3 发射物体脱离太阳系的引力束缚，逃离太阳系中。 1．假设某星球的半径为地球半径的倍，该星球的密度为地球密度的倍，则该星球的第一宇宙速度与地球第一宇宙速度的比值为（　　） A． B． C． D． 2．如图所示，“神舟七号”载人飞船环绕地球做匀速圆周运动，在大约15小时的时间内环绕地球运动十圈。以下说法正确的是（　　）    A．飞船运动过程不需要力的作用 B．飞船运动过程受到地球的万有引力作用 C．飞船运动的周期为70分钟 D．飞船运动的线速度大于第一宇宙速度 3．欧洲天文学家发现了可能适合人类居住的行星“格里斯581c”。该行星的质量是地球的m倍，直径是地球的n倍．设在该行星表面及地球表面发射人造卫星的最小发射速度分别为，则的比值为（ ） A． B． C． D． 4．科学家在某行星表面做了一个斜抛实验，得到质量为m=1 kg的物体离行星表面高度h随时间t的变化关系，如图所示，已知万有引力常量为G，物体只受万有引力，不考虑行星自转的影响，则可以求出（　　） A．该行星的第一宇宙速度 B．该行星的质量 C．物体在该行星表面受到的万有引力大小 D．物体落到行星表面的速度大小 5．理论研究表明第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍。火星探测器悬停在距火星表 面高度为处时关闭发动机，做自由落体运动，经时间落到火星表面。已知引力常量为，火星的半径为。若不考虑火星自转的影响，要使探测器脱离火星，则探测器从火星表面的起飞速度至少为（    ） A． B． C． D． 6．如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，使卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则以下说法正确的是（　　） A．该卫星的发射速度必定大于11.2km/s B．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9km/s C．在轨道Ⅰ上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度 D．在Q点，卫星在轨道Ⅰ上的加速度大于在轨道Ⅱ上的加速度 7．理论上可以证明，天体的第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍，这个关系对于天体普遍适用。若某“黑洞”的半径约为45km，逃逸速度可近似认为是真空中光速。已知引力常量，真空中光速。根据以上数据，估算此“黑洞”质量的数量级约为（　　） A． B． C． D． 8．2020年3月9日19时55分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功发射北斗系统第五十四颗北斗导航卫星，卫星顺利进入预定轨道。若已知地球表面重力加速度为g，引力常量为G，地球的第一宇宙速度为v1，则（　　） A．根据题给条件可以估算出地球的质量 B．据题给条件不能估算地球的平均密度 C．第一宇宙速度 v1是人造地球卫星的最大发射速度，也是最小环绕速度 D．在地球表面以速度2 v1发射的卫星将会脱离太阳的束缚，飞到太阳系之外 2、人造卫星 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。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”。 三种卫星： 近地卫星：在地球表面附近环绕地球做匀速圆周运动其运行的轨道半径可近似认为等于 地球的半径，其运行线速度约为7.9 km/s。 地球同步卫星（轨道平面、周期、角速度、高度、速率、绕行方向、向心加速度都是一定的）： 轨道平面一定（只能位于赤道上空，轨道平面和赤道平面重合） 周期一定（与地球自转周期相同，大小为T=24h＝8.64×104s。） 角速度一定（与地球自转的角速度相同） 高度一定（根据得）=3.6×107m） 线速度一定（根据线速度的定义，可得=3.08km/s，小于第一宇宙