浙江2018届高中物理第六章万有引力与航天第5节宇宙航行学案新人教版

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1、第5节　宇宙航行[学考报告]知识内容宇宙航行考试要求学考选考cc基本要求1.了解人造地球卫星的最初构想2.会分析人造地球卫星的受力和运动情况3.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度发展要求1.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题2.感受人类对客观世界不断探究的精神和情感说明1.不要求掌握人类进行宇宙航行的有关史实2.不要求掌握有关黑洞的知识3.不要求掌握气象卫星观测系统的工作原理4.不要求计算与引力势能有关的问题[基础梳理]宇宙速度数值意义第一宇宙速度7.9_km/s这是卫星绕地球做圆周运

2、动的最小发射速度，若7.9km/s≤v<11.2km/s，物体绕地球运行(环绕速度)第二宇宙速度11.2_km/s这是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度，若11.2km/s≤v<16.7km/s，物体绕太阳运行第三宇宙速度16.7_km/s这是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，若v≥16.7km/s，物体将脱离太阳引力束缚在宇宙空间运行说明：(1)关于第一宇宙速度有三种说法：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，是卫星的最大环绕速度，也是近地卫星的环绕速度。(2)若人造行星的发射速度大于7

3、.9km/s而小于11.2km/s(如图1所示)，则卫星16绕地球运动的轨迹为椭圆；若发射速度等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行；若人造卫星的发射速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，卫星绕太阳运动的轨迹为椭圆，成为一颗人造行星；如果发射速度大于或等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。图1[典例精析]【例1】以下关于宇宙速度的说法中正确的是(　　)A.卫星绕地球做圆轨道运行的速度都是第一宇宙速度B.卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的

4、速度是第二宇宙速度C.第一宇宙速度是人造地球卫星做圆轨道运动的最大运行速度D.地球上的物体无论以多大的速度发射都不可能脱离太阳的束缚解析　第一宇宙速度，由＝m得：v＝。所以当卫星的轨道半径最小等于地球半径R时，速度是最大的，故A错误；卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度大于第一宇宙速度，故B错误；第一宇宙速度是人造地球卫星做圆轨道运行的最大速度，故C正确；当物体速度达到16.7km/s时，物体脱离太阳的束缚，故D错误。答案　C[即学即练]1.我国已成功发射绕月运行的探月卫星“嫦娥二号”，设该卫星的轨道是圆

5、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7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为(　　)A.0.4km/sB.1.8km/sC.11km/sD.36km/s解析　设地球质量、半径分别为M、R，月球质量、半径分别为m、r，则m＝，r＝R16，在星体表面，物体的重力近似等于万有引力，若物体质量为m0，则＝m0g，即GM＝gR2；在月球表面，满足：Gm＝g′r2，由此可得：g′＝g＝g，地球的第一宇宙速度v1＝＝7.9km/s，在月球表面，有v′

6、＝＝＝＝×7.9km/s≈1.8km/s。答案　B[基础梳理]1.人造地球卫星(1)概念：如图2所示，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造卫星。图2(2)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。2.所有卫星的轨道平面均过地心。3.卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系：根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，即有：＝man＝m＝mω2r＝mr(1)an＝，r越大，a

7、n越小。(2)v＝，r越大，v越小。(3)ω＝，r越大，ω越小。16(4)T＝2π，r越大，T越大。[典例精析]【例2】如图3所示，在同一轨道平面上的几颗人造地球卫星A、B、C，下列说法正确的是(　　)图3A.根据v＝，可知三颗卫星的线速度vAFB>FCC.三颗卫星的向心加速度aA>aB>aCD.三颗卫星运行的角速度ωA<ωB<ωC解析　由G＝m得v＝，故vA>vB>vC，选项A错误；卫星受的万有引力F＝G，但三颗卫星的质量关系不知道，故它

8、们受的万有引力大小不能比较，选项B错误；由G＝ma得a＝，故aA>aB>aC，选项C正确；由G＝mω2r得ω＝，故ωA>ωB>ωC，选项D错误。答案　C[即学即练]2.(2017·4月浙江学考)如图4所示，设行星绕太阳的运动是匀速圆周运动，金星自身的半径是火星的n倍，质量为火星的k倍。不考虑行星自转的影响，则(　　)图4A.金星表面的重力加速度是火星的倍16B.金星的“第一宇宙速度”是火星的倍C.金星绕太阳运动的加速度比火星小