宇宙航行+高一下学期物理人教版（2019）必修2

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。问题：抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星的速度很大问题1：假想人站在山顶，平抛出一个物体，速度越大，物体飞的越远，若物体速度非常大可能会有什么情况？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。

一、宇宙速度问题2：已知引力常量G和地球的质量为M，地球的半径为R，若要实现牛顿的设想，抛出物体的速度至少为多大?提示：一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供

问题3：已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.0×1024kg，卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？

r=R第一宇宙速度

问题5：发射更高更远的卫星所需的发射速度越大还是越小？为什么？当卫星的轨道半径越大时，卫星绕地球旋转时的速度越小，但卫星发射时越难，送入轨道需要消耗的能量越多，发射的速度必须越大。v大于或等于11.2km/h脱离地球第二宇宙速度第三宇宙速度v大于或等于16.7km/h脱离太阳问题6：当发射速度继续增大到11.2km/h、16.7km/h时，会怎样？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【梳理深化】【交流讨论】二、人造地球卫星1.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的动力学原理是什么？（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：卫星轨道和赤道成一定角度，如图所示。2.人造卫星的轨道根据轨道可以如何划分？人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供。3.人造卫星绕地球做匀速圆周运动时运行的快慢与什么因素有关？

结论：轨道半径越大，线速度、角速度越小、周期越大

高轨低速大周期近地卫星的线速度最大，角速度最大，周期最小。4.近地卫星的环绕速度和周期是多大？r=R

5.地球同步卫星需满足什么条件？得：轨道半径相等，高度相等，角速度相等。T=24h，等于地球自转的角速度，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。相对地面静止的卫星，又叫静止卫星。

【梳理深化】1.人造地球卫星做匀速圆周的规律：

高轨低速大周期2.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(h=6R=3.6×104km)。⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103m/s)。三、载人航天与太空探索(1)万有引力定律的发现为人类开辟了上天的理论之路。(2)1961年4月12日，苏联航天员加加林绕地球飞行一周，并安全返回。(3)1969年7月16日，阿姆斯特朗实现人类登月。(4)2003年10月15日，杨利伟绕地飞行14圈并安全返回。截止2017年底我国已经将11名宇航员送入太空。(5)我国相继发射了天宫一号、二号空间站，并完成多次交会对接。阅读课本，简述人类航天的历史？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）下列关于三种宇宙速度的说法正确的是（）A．第一宇宙速度7.9km/s是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度B．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v2C．第二宇宙速度是使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的小行星的最小发射速度D．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AC2.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)如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判断正确的是(

)A.三者的周期关系为TA＜TB＜TCB.三者向心加速度大小关系为aA＞aB＞aCC.三者角速度的大小关系为ωA=ωC＜ωBD.三者线速度的大小关系为vA＜vC＜vBCD4.举世瞩目的“神舟”七号航天飞船的成功发射和顺利返回，显示了我国航天事业取得的巨大成就.已知地球的质量为M，引力常量为G，设飞船绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r，则飞船在圆轨道上运