山东省2018_2019学年高中物理第六章万有引力与航天第5节宇宙航行讲义（含解析）新人教版

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1、第5节宇宙航行1．人造卫星环绕地球做匀速圆周运动，所需向心力由地球对卫星的万有引力提供。2．第一宇宙速度为7.9km/s，其意义为人造卫星的最小发射速度或最大环绕速度。3．第二宇宙速度为11.2km/s，其意义为物体摆脱地球引力的束缚所需要的最小发射速度。4．第三宇宙速度为16.7km/s，其意义为物体摆脱太阳引力的束缚所需要的最小发射速度。5．地球同步卫星位于赤道正上方固定高度处，其周期等于地球的自转周期，即T＝24h。一、人造地球卫星1．概念当物体的初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的人

2、造卫星，如图651所示。图6512．运动规律一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动。3．向心力来源人造地球卫星的向心力由地球对它的万有引力提供。二、宇宙速度数值意义第一宇宙速度7.9km/s卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度11.2km/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16.7km/s使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度三、梦想成真1957年10月，前苏联成功发射了第一颗人造卫星。1969年7月，美国“阿波罗11号”登上月球。2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太

3、空。2013年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功。2013年12月2日，我国的“嫦娥三号”登月探测器发射升空。……1．自主思考——判一判(1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10km/s。(×)(2)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9km/s。(√)(3)如果在地面发射卫星的速度大于11.2km/s，卫星会永远离开地球。(√)(4)要发射一颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7km/s。(×)2．合作探究——议一议(1)通常情况下，人造卫星总是向东发射的，为什么？提示：由于地球的自转由西向东，如果我

4、们顺着地球自转的方向，即向东发射卫星，就可以充分利用地球自转的惯性，节省发射所需要的能量。(2)“天宫一号”目标飞行器在距地面355km的轨道上做圆周运动，它的线速度比7.9km/s大还是小？提示：第一宇宙速度7.9km/s是卫星(包括飞船)在地面上空做圆周运动飞行时的最大速度，是卫星紧贴地球表面飞行时的速度。“天宫一号”飞行器距离地面355km，轨道半径大于地球半径，运行速度小于7.9km/s。对三个宇宙速度的理解1．第一宇宙速度(环绕速度)：是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，也是人造地球卫星的最小发射

5、速度，v＝7.9km/s。2．第二宇宙速度(脱离速度)：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11.2km/s。3．第三宇宙速度(逃逸速度)：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力作用，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其大小为16.7km/s。4．第一宇宙速度的推导：设地球的质量为M＝5.98×1024kg，近地卫星的轨道半径等于地球半径R＝6.4×106m，重力加速度g＝9.8m/s2。方法一：万有引力提供向心力由G＝m得

6、v＝＝7.9km/s。方法二：重力提供向心力由mg＝m得v＝＝7.9km/s。[典例]　若取地球的第一宇宙速度为8km/s，地球表面重力加速度为10m/s2。已知某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，求：(1)这个行星的表面重力加速度；(2)这个行星的第一宇宙速度。[解析]　(1)在星球表面由重力等于万有引力，即mg＝G，解得：g＝，星球表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比：＝＝＝，该行星的表面重力加速度：g行＝g地＝×10m/s2＝m/s2。(2)第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，由牛顿第二定律得G

7、＝m，解得：v＝；某行星上的第一宇宙速度与地球上的第一宇宙速度之比：＝＝＝2，所以该行星的第一宇宙速度：v行＝2v地＝2×8km/s＝16km/s。[答案]　(1)m/s2　(2)16km/s天体环绕速度的计算方法对于任何天体，计算其环绕速度时，都是根据万有引力提供向心力的思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿第二定律列式计算。(1)如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算。(2)如果不知道天体的质量和半径的具体大小，但知道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球环绕速度的表达式，用比例法进行计算。　　　　1．

8、[多选]下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是(　　)A．第一宇宙速度v1＝7.9km/s，第二宇宙速度v2＝11.2km/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，小于v2B．美国发射的凤凰号火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度C．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地