新教材同步备课2024春高中物理第7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

第七章万有引力与宇宙航行4．宇宙航行学习任务1．知道宇宙速度的概念，区分三种宇宙速度，初步具有宇宙航行的运动观。2．通过第一宇宙速度的推导过程，体会数学方法对物理学科的推动作用。3．了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对未知世界的探索精神。关键能力·情境探究达成01知识点一宇宙速度知识点二人造地球卫星载人航天与太空探索

知识点一宇宙速度

7.9km/s2．第二宇宙速度当飞行器的速度等于或大于___________时，它就会脱离地球引力束缚而环绕太阳运动。我们把___________叫作第二宇宙速度。3．第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，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。11.2km/s16.7km/s11.2km/s如图所示，当物体被抛出的速度足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星。【问题】(1)使物体变为卫星的最小发射速度是多少？(2)不同星球的最小发射速度是否相同？(3)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？

1．宇宙速度(1)三个宇宙速度v1、v2、v3。(2)宇宙速度均指发射速度，卫星的运行速度一定不大于其发射速度。(3)第一宇宙速度的其他三种叫法：最小发射速度、最大环绕速度、近地绕行速度。

3．对发射速度和环绕速度的理解(1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。

角度1

对宇宙速度的理解【典例1】关于地球的三个宇宙速度，下列说法正确的是(

)A．第一宇宙速度大小为7.9km/h，是发射卫星所需的最小速度B．绕地球运行的同步卫星的环绕速度必定大于第一宇宙速度C．第二宇宙速度为11.2km/s，是绕地飞行器最大的环绕速度D．在地面附近发射的飞行器速度等于或大于第三宇宙速度时，飞行器就能逃出太阳系了√D

[第一宇宙速度是飞行器绕地球做圆周运动的最大运行速度，也是绕地球飞行的飞行器的最小地面发射速度，其值为7.9km/s，故A、B、C错误；当飞行器的地面发射速度大于或等于第三宇宙速度16.7km/s时，飞行器将脱离太阳的束缚，故D正确。]

[思路点拨]星球的第一宇宙速度即为卫星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。

[答案]

1.8km/s易错警示

理解宇宙速度应注意三点(1)发射速度是指被发射物体在地面附近离开发射装置时的速度，要发射一颗人造卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。(2)卫星离地面越高，卫星的发射速度越大。贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最小，其运行速度等于第一宇宙速度。(3)宇宙速度是指在地球上满足不同要求的发射速度，不能理解成运行速度。[跟进训练]1．(多选)如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法正确的是(

)A．以v<7.9km/s的速度抛出的物体可能落在A点B．以v<7.9km/s的速度抛出的物体将沿B轨道运动C．以7.9km/s<v<11.2km/s的速度抛出的物体可能沿C

轨道运动D．以11.2km/s<v<16.7km/s的速度抛出的物体可能沿C轨道运动√√AC

[物体抛出速度v<7.9km/s时必落回地面，物体抛出速度v＝7.9km/s时，物体刚好能不落回地面，绕地球做圆周运动，故A正确，B错误；当物体抛出速度7.9km/s<v<11.2km/s时，物体在抛出点做离心运动，但物体不能脱离地球引力束缚，故物体做椭圆运动，可能沿C轨道运动，故C正确；当物体抛出速度v>11.2km/s时，物体会脱离地球引力束缚，不可能沿C轨道运动，故D错误。]2．(2022·河南郑州高一检测)中子星的半径较小，一般在7～20km，但它的密度大得惊人。若某中子星的半径为10km，密度为1.2×1017kg/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为(

)A．7.9km/s

B．16.7km/sC．2.9×104km/s D．5.8×104km/s√

1．人造卫星发射__________，世界上第一颗人造卫星发射成功。1970年4月，我国第一颗人造地球卫星“__________”发射成功。2．同步卫星：地球同步卫星位于赤道上方高度约36000km处，因其相对地面____，也称静止卫星。地球同步卫星与地球以相同的__速度转动，周期与地球________相同。知识点二人造地球卫星载人航天与太空探索1957年10月东方红一号静止角自转周期3．载人航天与太空探索1961年4月12日，苏联航天员______坐飞船饶地球飞行一圈。1969年7月16日，美国“阿波罗11号”飞船登上____。2003年10月15日，我国航天员______踏入太空。2013年6月13日，“神舟十号”与__________________成功实现自动交会对接。2016年10月19日，“神舟十一号”完成了与__________________的自动交会对接。2017年4月20日，我国又发射了货运飞船________。加加林月球杨利伟天宫一号目标飞行器天宫二号空间实验室天舟一号如图所示，在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动。【问题】(1)这些卫星的轨道平面有什么特点？(2)人造卫星能够绕地球转动而不落回地面，是否是由于卫星不再受到地球引力的作用？(3)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？提示：(1)这些卫星的轨道平面都通过地心。(2)不是，卫星仍然受到地球引力的作用，但地球引力全部用来提供向心力。(3)卫星的线速度、角速度、周期都跟卫星的轨道半径有关。1．人造卫星的三种轨道(1)赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上方。(2)极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。(3)一般轨道：卫星轨道平面和赤道平面成一定角度(不等于0或90°)，如图所示。2．人造卫星的运行规律(1)人造卫星的运行规律类似行星运行规律。(2)万有引力提供向心力：3．地球同步卫星的特点(1)确定的转动方向：和地球自转方向一致。(2)确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24h。(3)确定的角速度：等于地球自转的角速度。(4)确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合。(5)确定的高度：离地面高度固定不变(约为3.6×104km)。

√

规律方法

解决人造卫星问题几点技巧(1)因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以所有卫星的轨道圆心一定与地心重合。(2)同步卫星周期与星球自转周期相同，轨道高度一定，轨道平面一定，加速度一定，线速度一定，角速度一定。(3)针对环绕同一中心天体的星球，星球的轨道半径r确定后，其相对应的线速度大小、角速度、周期和向心加速度大小是唯一的，与星球的质量无关。[跟进训练]3．(多选)如图中的四种虚线轨迹，可能是人造地球卫星轨道的是(

)A

B

C

D√√√ACD

[人造地球卫星靠地球对它的万有引力提供向心力而做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力指向地心，所以人造地球卫星做圆周运动的圆心是地心，故A、C、D正确，B错误。]4．(2022·广东卷)“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季。假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍。火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动。下列关于火星、地球公转的说法正确的是(

)A．火星公转的线速度比地球的大B．火星公转的角速度比地球的大C．火星公转的半径比地球的小D．火星公转的加速度比地球的小√

学习效果·随堂评估自测021．关于地球同步卫星的说法正确的是(

)A．所有地球同步卫星一定在赤道上空B．不同的地球同步卫星，离地面高度不同C．不同的地球同步卫星的向心加速度大小不相等D．所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等

1234√2．伽利略用他自制的望远镜发现了围绕木星的四颗卫星，假定四颗卫星均绕木星做匀速圆周运动，它们的转动周期如表所示，关于这四颗卫星，下列说法中正确的是(

)1234名称周期/天木卫一1.77木卫二3.65木卫三7.16木卫四16.7A．木卫一角速度最小B．木卫四线速度最大C．木卫四轨道半径最大D．木卫一受到的木星的万有引力最大√C

[利用高轨低速长周期即可判断，木卫四半径最大，线速度最小，C正确，B错误；木卫一半径最小，角速度最大，A错误；万有引力的大小与卫星质量和轨道半径都有关，根据题中信息无法判断木卫一受到的木星的万有引力最大，D错误。]12343．若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为(

)A．16km/s

B．32km/sC．4km/s D．2km/s1234√

12344．(2022·湖北卷)2022年5月，我国成功完成了“天舟四号”货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约为90分钟。下列说法正确的是(

)A．组合体中的货物处于超重状态