第7章 4 宇宙航行（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理必修第二册（人教版）

4　宇宙航行

[学业要求]

1．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

2．了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

3．认识同步卫星的特点。

4．了解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况。

[对应学生用书P63]

一、宇宙速度

阅读教材，并回答：

1．平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如何变化？

答：落地点逐渐变远。

2．速度达到一定值后，物体能否落回地面？

答：速度达到一定值后，物体将不再落回地面。

3．若不能，此速度必须满足什么条件？

答：物体不落回地面时环绕地面做圆周运动，所受地面的引力恰好用来提供向心力，满足＝⇒v＝。

4．若此速度再增大，又会出现什么现象？

答：若此速度再增大，物体不落回地面，也不再做匀速圆周运动，万有引力不能提供所需要的向心力，从而做离心运动，轨道为椭圆轨道。

[概念·规律]

1．宇宙速度原理

一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做__匀速圆周__运动，向心力由地球对它的__万有引力__提供，即G＝__m__，则卫星在轨道上运行的线速度v＝。

物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可近似认为向心力是由重力提供的，有mg＝__m__，由此解出v＝。

2．三个宇宙速度

 

二、人造地球卫星

1．按用途分：科学探测和研究的科学卫星，包括空间物理探测卫星和天文卫星等；试验的卫星；应用卫星，包括通信卫星、气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星、导航卫星等。

2．按轨道的高低分：低轨道、中高轨道、地球同步轨道、大椭圆轨道和极地轨道等。

(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六号宇宙飞船在地面附近的发射速度要大于11.2 km/s。(　　)

(4)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大。(　　)

(5)同步卫星可以“静止”在北京的上空。(　　)

(6)由v＝，高轨道卫星运行速度小，故发射高轨道卫星比发射低轨道卫星更容易。(　　)

答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

[对应学生用书P64]

探究点一　对第一宇宙速度的理解

1．认识第一宇宙速度

第一宇宙速度是在地面发射卫星的最小速度，等于人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的运行速度，即近地卫星的环绕速度。

2．推导

对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R＝6 400 km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，g取9.8 m/s2，则

 

3．其他星球的第一宇宙速度

(1)任何一颗星球都有自己的第一宇宙速度，v＝或v＝，式中G为引力常量，M为中心星球的质量，g为中心星球表面的重力加速度，R为中心星球的半径。

(2)第一宇宙速度之值由中心星球决定。

　我国发射的探月卫星嫦娥五号的轨道是圆形的，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，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月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

[解析]　星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度。卫星所需的向心力由万有引力提供G＝m，得v＝，又由＝、＝，故月球和地球上第一宇宙速度之比＝，故v月＝7.9× km/s≈1.8 km/s，因此B项正确。

[答案]　B

　在例题中，若嫦娥五号绕月球做匀速圆周运动的周期为T，速率为v，月球的半径为R，不考虑月球自转，则月球第一宇宙速度为(　　)

A．    B．