课时7.4 宇宙航行-2023-2024学年高中物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第二册）

第七章 万有引力与宇宙航行 课时7.4 宇宙航行 1. 知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。 2. 了解人造卫星的相关知识，知道地球同步卫星的特点，通过对比“同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体”的运行规律，提高推理分析能力。 3. 了解我国卫星发射情况，增强民族自信，体会人类探索宇宙的成就和科学精神。 1. 宇宙速度 数值 意义 第一宇宙速度 环绕速度 7.9 km/s 物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度， 这个速度是卫星的最小发射速度，也是卫星的最大环绕速度 第二宇宙速度 脱离速度 11.2 km/s 使物体挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度 第三宇宙速度 逃逸速度 16.7 km/s 使物体挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度 1. 第一宇宙速度 (环绕速度) v1 = 7.9 km/s，是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星最大环绕速度。 2. 第二宇宙速度 (脱离速度) 1) v2 = 11.2 km/s，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。  2) 逃逸速度理论等于v2 =，即环绕速度的倍。由此可知，天体的质量m越大，半径R越小，逃逸速度也就越大，也就是说，其表面的物体就越不容易脱离它的束缚。黑洞的形成类似此原理。 注：脱离地球引力后，将受到太阳引力围绕太阳运转，成为太阳系中的人造行星。 3. 第三宇宙速度 (逃逸速度) v3 = 16.7 km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。   4. 不同（地面附近）发射速度卫星的运动分析 1) 如果速度小于，那么由于重力比所需的向心力大，导致卫星掉回地面； 2) 例如v发射 = v1 = 7.9 km/s时，航天器在近地圆轨道上做圆周运动； 3) 当7.9 km/s < v < 11.2 km/s时（11.2 km/s为第二宇宙速度），航天器仍绕地球运行，但运行轨迹是椭圆； 4) 当11.2 km/s≤v < 16.7 km/s时（16.7 km/s为第三宇宙速度），航天器将沿一条抛物线飞离地球，脱离地球的束缚，但无法脱离太阳引力的束缚，开始绕太阳运动； 5) 当v≥16.7 km/s时，航天器将沿双曲线离开地球，脱离太阳的束缚，而飞到太阳系外。 6) 注：三种宇宙速度都是地球上的发射速度，是航天器运动轨迹的临界值。 7) 发射速度随着预定工作轨道半径的增大而增大。 1. 人造地球卫星 1. 动力学特点 一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供。 2. 地球同步卫星 地球同步卫星位于地面上方高度约3.6×104 km处，周期等于地球自转周期。其中一种的轨道平面与赤道平面成0度角，运动方向与地球自转方向相同，称为静止卫星。具有以下特点： 1　 轨道平面一定：卫星在赤道的正上方，其轨道平面与赤道平面重合。 2　 绕行方向一定：和地球自转方向一致。 3　 周期一定：和地球自转周期相同，即T=24 h。 4　 高度一定：位于赤道上方高度约3.6×104 km处，距地面高度固定不变。 基础过关练 题组一　宇宙速度 1.(2023江苏南通如皋期中)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是 (　 　) 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等于v1且小于v2 B.我国发射的“天问一号”火星探测器，其发射速度大于第三宇宙速度 C.第三宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运行的人造天体的最小发射速度 D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星环绕地球做圆周运动的最大速度 2.(2022江苏淮安期中)我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星的运行轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则“嫦娥一号”绕月球运行的最大速率约为 (　 　) A.0.4 km/s　　　　　　　　　　B.1.8 km/s C.11 km/s　　　　　　　　　　D.36 km/s 题组二　人造地球卫星 3.(2023江苏南通海安高级中学期中)2022年11月30日，神舟十五号载人飞船与空间站天和核心舱成功对接。已知空间站绕地球做匀速圆周运动的半径为r，地球质量为M，引力常量为G。则空间站与地心的连线在单位时间内扫过的面积为 (　 　) A.　　　　　　　　　　 B. C.　　　　　　　　　　 D.2 4.(2023江苏淮安淮阴中学月考)在科幻小说《流浪地球》中，流浪了2 500年的地球终于围绕质量约为太阳质量的比邻星做匀速圆周运动，进入了“新太阳时代”。若“新太阳时代”地球的公转周期与现在地球绕太阳的公转周期