2024版新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行4.宇宙航行课件新人教版必修第二册

4．宇宙航行核心素养定位物理观念(1)知道三个宇宙速度的含义．(2)知道同步卫星和其他卫星的区别．(3)了解发射速度与环绕速度的区别和联系．科学思维(1)会推导第一宇宙速度．(2)会分析人造地球卫星的受力和运动情况，并能解决涉及人造地球卫星运动的问题．科学态度与责任了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感．导学·掌握必备知识共研·突破关键能力精炼·落实学科素养导学·掌握必备知识

7.9km/s2．第二宇宙速度

逃逸速度当飞行器的速度等于或大于____________时，它就会克服地球的引力，永远离开地球．我们把____________叫作第二宇宙速度．逃逸地球的最小发射速度3．第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱________引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于________，这个速度叫作第三宇宙速度．

脱离太阳的最小发射速度11.2km/s11.2km/s太阳16.7km/s二、人造地球卫星1．牛顿设想：如图甲所示，当物体被抛出的速度________时，它将围绕地球________而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星．2．发射过程简介：如图乙所示，发射人造地球卫星，一般使用三级火箭，最后一级火箭脱离时，卫星的速度称为__________，卫星进入地球轨道的过程也大致为垂直起飞、转弯飞行及进入轨道三个阶段．足够大旋转发射速度3．发展历程(1)1957年10月4日，世界上第一颗_____________发射成功．(2)1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“____________”发射成功，为中国航天事业作出特殊贡献的科学家________被誉为“中国航天之父”．(3)迄今为止，人类已发射了数千颗人造地球卫星，其中的________、________、________等卫星极大地改变了人类的生活．人造地球卫星东方红一号钱学森通信导航气象三、载人航天与太空探索1．1961年4月12日，苏联航天员________乘坐东方一号载人飞船绕地球飞行一圈，历时108min，并安全返回地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑．2．1969年7月16日，美国阿波罗11号飞船登上月球，美国航天员___________走下飞船，踏上月面，在地外天体上留下了人类的第一个脚印．3．2003年10月15日，我国神舟五号飞船把我国第一位航天员________送入太空，标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家．加加林阿姆斯特朗杨利伟4．2019年1月3日，________实现首次月球背面软着陆与巡视探测．5．2020年12月2日，________月球取样成功．6．2021年5月15日，______________着陆火星，____________开展了探测火星巡视区形貌和地质构造等任务，并传回科学影像图．7．2022年12月2日，中国航天员乘组完成首次在轨交接，中国空间站正式开启长期有人驻留模式．嫦娥四号嫦娥五号天问一号探测器祝融号火星车【情境思考】牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，当速度足够大时物体不再落回地面，成为人造地球卫星．如图所示．请对以下结论作出判断．(1)若物体的初速度v＝7.9km/s，物体将绕地球做匀速圆周运动．(

)(2)若物体的初速度v＞11.2km/s，物体将绕地球做椭圆轨道运动．(

)(3)若物体的初速度v＞16.7km/s，物体将挣脱地球的束缚．(

)(4)若物体的初速度满足7.9km/s＜v＜11.2km/s，物体将绕地球做椭圆轨道运动．(

)(5)发射人造地球卫星的最大发射速度为7.9km/s.(

)√××√×

三个宇宙速度

1

不同高度处地球卫星的环绕速度及周期如表所示高度/km环绕速度/(km·s－1)周期07.984分36000(同步轨道)3.123小时56分380000(月球轨道)0.9727天

3

发射航天器的时间、地点、方向有何要求？(1)发射时间：一般选择日落之后，便于光学观测．(2)地点：低纬度处，纬度越低，地球表面自转的线速度越大，在低纬度处发射卫星，利用初速度大的特点，能节省燃料．(3)方向：跟地球自转方向一致，可以充分利用地球的自转，好像“顺水推舟”一样，节约燃料．由于各国的地理纬度不同，火箭不可能都在赤道附近发射，发射方向也不可能正好由西向东，比如偏向东南或东北，但总不能离开这个“东”字，就是为了尽量利用地球的自转．共研·突破关键能力目标一对宇宙速度的理解与计算【导思】2021年5月15日，我国“祝融号”火星车成功着陆火星，实现了我国首次地外行星着陆．(1)若火星的半径为R，火星的质量为M，引力常量为G，若将“祝融号”发射为火星的卫星，至少需要多大的发射速度？(2)人造地球卫星离地面越高，其线速度越小，那么发射起来是不是越容易？

2．第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，使之能够克服地球的引力，永远离开地球所需的最小发射速度，其大小为11.2km/s.当发射速度7.9km/s<v0<11.2km/s时，飞行器绕地球运行的轨道是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同．3．第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度，其大小为16.7km/s.【典例】例1(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．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．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度D．第一宇宙速度7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度答案：CD

答案：B

答案：A

目标二人造地球卫星【导思】北京时间2022年2月27日11时06分，长征八号遥二运载火箭在文昌航天发射场将22颗卫星发射升空，其中有10颗“吉林一号”卫星，发射任务取得圆满成功．截至目前，“吉林一号”卫星在轨达到41颗，建成了我国目前最大的商业遥感卫星星座．据悉，我国计划在“十四五”期间完成包含多种不同轨道的，共138颗卫星的“吉林一号”卫星组网，如图所示．那么，这些处于不同轨道的卫星的线速度、角速度及周期等物理量的大小与什么因素有关呢？

【归纳】1．人造地球卫星卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如静止轨道)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任意角度，如图所示．

【典例】例4近期，科学家在英国《自然》科学期刊上宣布重大发现，在太阳系之外，一颗被称为Trappist­1的超冷矮星周围的所有7颗行星的表面都可能有液态水，其中有3颗行星还位于适宜生命存在的宜居带，这7颗类似地球大小、温度相似，可能由岩石构成的行星围绕一颗恒星公转．如图为新发现的Trappist­1星系(图上方)和太阳系内行星及地球(图下方)实际大小和位置对比，则下列说法正确的是(

)A．这7颗行星运行的轨道一定都是圆轨道B．这7颗行星运行的线速度大小都不同，最外侧的行星线速度最大C．这7颗行星运行的周期都不同，最外侧的行星周期最大D．在地球上发射航天器到达该星系，航天器的发射速度至少要达到第二宇宙速度答案：C

例5[2023·绍兴市高一期末改编]a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星，其中a、c的轨道相交于P点，b、d在同一个圆轨道上，b、c轨道在同一平面上．某时刻四颗卫星的运行方向及位置如图所示，下列说法中正确的是(

)A．a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度大小B．b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度大小C．a、c的线速度大小相等，且小于d的线速度大小D．a、c存在在P点相撞的危险答案：A

目标三同步卫星【归纳】1．概念：地球同步卫星位于地面上方高度约36000km处，周期与地球自转周期相同．2．地球同步卫星按其轨道的倾角不同可分为(1)地球静止卫星(2)倾斜轨道同步卫星(3)极地轨道同步卫星3．当地球同步卫星的轨道平面与赤道平面的倾角为0°且运行方向与地球自转方向相同时为地球静止卫星．4．地球同步卫星的“六个一定”【典例】例6地球静止轨道同步卫星是指相对于地面静止不动的人造卫星，下列说法正确的是(

)A．它可以在地面上任一点的正上方，且与地心距离可按需要选择不同的值B．它可以在地面上任一点的正上方，但与地心距离是一定的C．它只能在赤道的正上方，但与地心的距离可按需要选择不同的值D．它只能在赤道的正上方，且与地心的距离是一定的答案：D解析：该地球静止轨道同步卫星相对于地球静止，只能在赤道上方，离地面的高度为一确定值，D对．例

7[2023·广东韶关高一联考]2022年10月12日15时45分，“天宫课堂”第三课在中国空间站问天实验舱正式开讲，神舟十四号航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲面向广大青少年进行太空授课．已知问天实验舱每90分钟左右绕地球一圈，其运行轨道视为圆轨道，下列说法正确的是(

)A．问天实验舱的线速度略大于第一宇宙速度B．问天实验舱的角速度比地球同步卫星的大C．问天实验舱的加速度比地球同步卫星的小D．图中的三名航天员在实验舱中“静止”不动时处于平衡状态答案：B

精炼·落实学科素养1.2022年3月23日15时40分，中国航天“天宫课堂”第二课开课了，这次在距离地面约400km的中国载人空间站“天宫”上进行了太空科学探究．授课期间，航天员演示了“水油分离实验”和“太空抛物实验”等，下列说法正确的是(

)A．在“天宫”中水和油因为没有受到地球引力而处于漂浮状态B．“天宫”的运行速度介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间C．在“天宫”中做“太空抛物实验”时冰墩墩被抛出后做平抛运动D．利用密度不同，“天宫”中让水和油的混合物做圆周运动能使水和油分离答案：D解析：在“天宫”中水和油因处于失重状态而处于漂浮状态，但并不是没有受到地球引力，此时地球引力全部用于提供“天宫”及其内部物体做匀速圆周运动所需的向心力，故A错误；第一宇宙速度是人造卫星在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，同时也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，所以“天宫”的运行速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；因为“天宫”中物体处于完全失重状态，所以不存在重力使物体下落的作用效果，在“天宫”中做“太空抛物实验”时，冰墩墩被抛出后近似做直线运动，故C错误；“天宫”中物体处于完全失重状态，所以油和水的混合物不能像在地球表面上一样出现“油在上，水在下”的分离情况，但可以通过让二者做匀速圆周运动，进而产生向心加速度，让水和油分离开，故D正确．

答案：ABD

3．(多选)如图是地球的四颗不同卫星，它们均做匀速圆周运动．以下说法正确的是(

)A.四颗卫星的轨道平面必过地心B．近地卫星的周期可以大于24小时C．静止卫星可以和月球一样高D．理论上极地卫星可以和静止卫星一样高答案：AD解析：因为万有引力提供向心力，所以四颗卫星的轨道平面必过地心，A正确；静止卫星的周期是24小时，近地卫星的周期小于24小时，B错误；月球的周期是27天，静止卫星的周期是24小时，轨道高度不同，C错误；极地卫星可以和静止卫星一样高，D正确．