宇宙航行高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4宇宙航行1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。2.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况，认识同步卫星的特点。3.了解人类对太空的探索历程。本节课，我们从运动和受力分析入手，用万有引力定律和牛顿第二定律求解发射航天器所需要的速度。知识点一：宇宙速度思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度（环绕速度）。1.第一宇宙速度的分析与计算

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：发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。（2）第一宇宙速度是航天器成为卫星的最小发射速度（3）第一宇宙速度是物体绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度（1）第一宇宙速度的大小：v=7.9km/s;思考与讨论：若卫星的发射速度大于7.9km/s，会出现什么情况？7.9km/s7.9km/s<v

<11.2km/s椭圆圆若卫星的发射速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s时，它绕地球运动的轨迹不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。2.认识第二宇宙速度

理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把

11.2km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。3.认识第三宇宙速度达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。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

16.7km/s，这个速度叫作第三宇宙速度（脱离速度）。数值意义第一宇宙速度___km/s(1)卫星在地球表面附近绕地球做___________的速度(2)人造卫星的最小地面发射速度第二宇宙速度____km/s使卫星挣脱_____引力束缚的最小地面发射速度第三宇宙速度____km/s使卫星挣脱_____引力束缚的_____地面发射速度7.9匀速圆周运动11.2地球16.7太阳最小1.人造卫星的轨道地球的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心必须重合。①赤道轨道：卫星轨道与赤道在同一平面上；①赤道轨道②极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直；③倾斜轨道：卫星轨道和赤道成一定角度。②极地轨道③倾斜轨道二、人造地球卫星分析可知，卫星轨道半径越大，运行速度越慢，周期越长。

2.人造卫星的运动学参量：高轨低速长周期3.人造卫星的两个速度：①

发射速度：

将人造卫星送入预定轨道需要具有的速度。第一宇宙速度是最小的发射速度。②

环绕速度：

卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。第一宇宙速度是最大的环绕速度。三、载人航天与太空探索人类一直有“飞天”的梦想，万有引力定律的发现，不仅破解了天上行星的运行规律，也为人类开辟了上天的理论之路。随着技术的进步，人类迈向太空的脚步越来越大，越来越坚实。“That’sonesmallstepforman,onegiantleapformankind.”-NeilArmstrong(20July,1969)2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后安全降落。这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。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至2017年底，我国已经将11名(14人次)航天员送入太空，包括两名女航天员。除了载人航天工程，我国还在许多方面进行着太空探索。自2013年6月起，神舟飞船先后与天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室成功完成交会对接试验。2021年4月29日，具备长期自主飞行能力的天和核心舱成功发射。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。中国空间站作为中国人的太空家园，在为人类的太空探索和空间技术进步贡献着中国力量。在我国的探月工程与深空探测任务中，嫦娥四号于2019年1月3日实现了人类航天器首次月球背面软着陆与巡视探测。嫦娥五号于2020年12月1日着陆于月球的天船基地，共获取月球样品1731g，成为人类历史上无人自动采集月球样品最多的一次。2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星，祝融号火星车随后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，这标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功。1.(多选)物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时的速度叫作第一宇宙速度。关于第一宇宙速度,下列说法正确的是(

)

A.第一宇宙速度大小约为11.2km/sB.第一宇宙速度是使人造卫星绕地球运动所需的最小发射速度C.第一宇宙速度是人造卫星绕地球运动的最小运行速度D.若已知地球的半径和地球表面的重力加速度,即可求出第一宇宙速度BD2.在地球上以速度v发射一颗卫星,其刚好在地面附近绕地球做匀速圆周运动。关于该卫星,下列说法正确的是(

)A.发射速度v的大小可能是9km/sB.若发射速度v提高到10km/s,该卫星绕地球运行的轨迹为椭圆C.若发射速度提高到2v,该卫星将绕地球在更高的椭圆轨道上运行D.若发射速度提高到2v,该卫星将挣脱太阳引力的束缚B3.(多选)关于环绕地球运行的卫星,下列说法正确的是(

)。A.分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星,可能具有相同的周期B.沿椭圆轨道运行的一颗卫星,在轨道不同位置可能具有相同的速率C.在赤道上空运行的两颗地球同步卫星,它们的轨道半径有可能不同D.沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星,它们的轨道平面一定会重合AB4.(多选)极地卫星是一种特殊的人造地球卫星,其轨道平面与赤道平面的夹角为90°,极地卫星运行时能到达地球南极和北极区域的上空。若某极地卫星从北极正上方运行至赤道正上方的最短时间为3h,认为卫星做匀速圆周运动,已知地球表面的重力加速度g=9.8m/s2,下列说法正确的是(

)A.该卫星的加速度小于9.8m/s2B.该卫星的环绕速度大于7.9km/sC.该卫星每隔12h经过北极的正上方一次D.该卫星轨道半