新教材同步備課2024春高中物理第7章萬有引力與宇宙航行4.宇宙航行課件新人教版必修第二冊

第七章萬有引力與宇宙航行4．宇宙航行學習任務1．知道宇宙速度的概念，區(qū)分三種宇宙速度，初步具有宇宙航行的運動觀。2．通過第一宇宙速度的推導過程，體會數(shù)學方法對物理學科的推動作用。3．了解宇宙航行的歷程和進展，感受人類對未知世界的探索精神。關鍵能力·情境探究達成01知識點一宇宙速度知識點二人造地球衛(wèi)星載人航天與太空探索

知識點一宇宙速度

7.9km/s2．第二宇宙速度當飛行器的速度等于或大于___________時，它就會脫離地球引力束縛而環(huán)繞太陽運動。我們把___________叫作第二宇宙速度。3．第三宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于___________，這個速度叫作第三宇宙速度。11.2km/s16.7km/s11.2km/s如圖所示，當物體被拋出的速度足夠大時，它將圍繞地球旋轉而不再落回地面，成為一顆人造地球衛(wèi)星?！締栴}】(1)使物體變?yōu)樾l(wèi)星的最小發(fā)射速度是多少？(2)不同星球的最小發(fā)射速度是否相同？(3)把衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上需要的發(fā)射速度越大還是越小？

1．宇宙速度(1)三個宇宙速度v1、v2、v3。(2)宇宙速度均指發(fā)射速度，衛(wèi)星的運行速度一定不大于其發(fā)射速度。(3)第一宇宙速度的其他三種叫法：最小發(fā)射速度、最大環(huán)繞速度、近地繞行速度。

3．對發(fā)射速度和環(huán)繞速度的理解(1)“最小發(fā)射速度”：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因為發(fā)射衛(wèi)星要克服地球對它的引力。近地軌道是人造衛(wèi)星的最低運行軌道，而近地軌道的發(fā)射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。

角度1

對宇宙速度的理解【典例1】關于地球的三個宇宙速度，下列說法正確的是(

)A．第一宇宙速度大小為7.9km/h，是發(fā)射衛(wèi)星所需的最小速度B．繞地球運行的同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度必定大于第一宇宙速度C．第二宇宙速度為11.2km/s，是繞地飛行器最大的環(huán)繞速度D．在地面附近發(fā)射的飛行器速度等于或大于第三宇宙速度時，飛行器就能逃出太陽系了√D

[第一宇宙速度是飛行器繞地球做圓周運動的最大運行速度，也是繞地球飛行的飛行器的最小地面發(fā)射速度，其值為7.9km/s，故A、B、C錯誤；當飛行器的地面發(fā)射速度大于或等于第三宇宙速度16.7km/s時，飛行器將脫離太陽的束縛，故D正確。]

[思路點撥]星球的第一宇宙速度即為衛(wèi)星圍繞星球做圓周運動的，軌道半徑為該星球半徑時的環(huán)繞速度，由萬有引力提供向心力即可得出這一最大環(huán)繞速度。

[答案]

1.8km/s易錯警示

理解宇宙速度應注意三點(1)發(fā)射速度是指被發(fā)射物體在地面附近離開發(fā)射裝置時的速度，要發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。(2)衛(wèi)星離地面越高，衛(wèi)星的發(fā)射速度越大。貼近地球表面的衛(wèi)星(近地衛(wèi)星)的發(fā)射速度最小，其運行速度等于第一宇宙速度。(3)宇宙速度是指在地球上滿足不同要求的發(fā)射速度，不能理解成運行速度。[跟進訓練]1．(多選)如圖所示，牛頓在思考萬有引力定律時就曾設想，把物體從高山上O點以不同的速度v水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠。如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星，則下列說法正確的是(

)A．以v<7.9km/s的速度拋出的物體可能落在A點B．以v<7.9km/s的速度拋出的物體將沿B軌道運動C．以7.9km/s<v<11.2km/s的速度拋出的物體可能沿C

軌道運動D．以11.2km/s<v<16.7km/s的速度拋出的物體可能沿C軌道運動√√AC

[物體拋出速度v<7.9km/s時必落回地面，物體拋出速度v＝7.9km/s時，物體剛好能不落回地面，繞地球做圓周運動，故A正確，B錯誤；當物體拋出速度7.9km/s<v<11.2km/s時，物體在拋出點做離心運動，但物體不能脫離地球引力束縛，故物體做橢圓運動，可能沿C軌道運動，故C正確；當物體拋出速度v>11.2km/s時，物體會脫離地球引力束縛，不可能沿C軌道運動，故D錯誤。]2．(2022·河南鄭州高一檢測)中子星的半徑較小，一般在7～20km，但它的密度大得驚人。若某中子星的半徑為10km，密度為1.2×1017kg/m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為(

)A．7.9km/s

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

1．人造衛(wèi)星發(fā)射__________，世界上第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。1970年4月，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“__________”發(fā)射成功。2．同步衛(wèi)星：地球同步衛(wèi)星位于赤道上方高度約36000km處，因其相對地面____，也稱靜止衛(wèi)星。地球同步衛(wèi)星與地球以相同的__速度轉動，周期與地球________相同。知識點二人造地球衛(wèi)星載人航天與太空探索1957年10月東方紅一號靜止角自轉周期3．載人航天與太空探索1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員______坐飛船饒地球飛行一圈。1969年7月16日，美國“阿波羅11號”飛船登上____。2003年10月15日，我國航天員______踏入太空。2013年6月13日，“神舟十號”與__________________成功實現(xiàn)自動交會對接。2016年10月19日，“神舟十一號”完成了與__________________的自動交會對接。2017年4月20日，我國又發(fā)射了貨運飛船________。加加林月球楊利偉天宮一號目標飛行器天宮二號空間實驗室天舟一號如圖所示，在地球的周圍，有許多的衛(wèi)星在不同的軌道上繞地球轉動?！締栴}】(1)這些衛(wèi)星的軌道平面有什么特點？(2)人造衛(wèi)星能夠繞地球轉動而不落回地面，是否是由于衛(wèi)星不再受到地球引力的作用？(3)這些衛(wèi)星的線速度、角速度、周期跟什么因素有關呢？提示：(1)這些衛(wèi)星的軌道平面都通過地心。(2)不是，衛(wèi)星仍然受到地球引力的作用，但地球引力全部用來提供向心力。(3)衛(wèi)星的線速度、角速度、周期都跟衛(wèi)星的軌道半徑有關。1．人造衛(wèi)星的三種軌道(1)赤道軌道：衛(wèi)星軌道在赤道所在平面上，衛(wèi)星始終處于赤道上方。(2)極地軌道：衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星經過兩極上空。(3)一般軌道：衛(wèi)星軌道平面和赤道平面成一定角度(不等于0或90°)，如圖所示。2．人造衛(wèi)星的運行規(guī)律(1)人造衛(wèi)星的運行規(guī)律類似行星運行規(guī)律。(2)萬有引力提供向心力：3．地球同步衛(wèi)星的特點(1)確定的轉動方向：和地球自轉方向一致。(2)確定的周期：和地球自轉周期相同，即T＝24h。(3)確定的角速度：等于地球自轉的角速度。(4)確定的軌道平面：所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方，其軌道平面必須與赤道平面重合。(5)確定的高度：離地面高度固定不變(約為3.6×104km)。

√

規(guī)律方法

解決人造衛(wèi)星問題幾點技巧(1)因為地球對衛(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球做圓周運動的向心力，所以所有衛(wèi)星的軌道圓心一定與地心重合。(2)同步衛(wèi)星周期與星球自轉周期相同，軌道高度一定，軌道平面一定，加速度一定，線速度一定，角速度一定。(3)針對環(huán)繞同一中心天體的星球，星球的軌道半徑r確定后，其相對應的線速度大小、角速度、周期和向心加速度大小是唯一的，與星球的質量無關。[跟進訓練]3．(多選)如圖中的四種虛線軌跡，可能是人造地球衛(wèi)星軌道的是(

)A

B

C

D√√√ACD

[人造地球衛(wèi)星靠地球對它的萬有引力提供向心力而做勻速圓周運動，地球對衛(wèi)星的萬有引力指向地心，所以人造地球衛(wèi)星做圓周運動的圓心是地心，故A、C、D正確，B錯誤。]4．(2022·廣東卷)“祝融號”火星車需要“休眠”以度過火星寒冷的冬季。假設火星和地球的冬季是各自公轉周期的四分之一，且火星的冬季時長約為地球的1.88倍。火星和地球繞太陽的公轉均可視為勻速圓周運動。下列關于火星、地球公轉的說法正確的是(

)A．火星公轉的線速度比地球的大B．火星公轉的角速度比地球的大C．火星公轉的半徑比地球的小D．火星公轉的加速度比地球的小√

學習效果·隨堂評估自測021．關于地球同步衛(wèi)星的說法正確的是(

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

1234√2．伽利略用他自制的望遠鏡發(fā)現(xiàn)了圍繞木星的四顆衛(wèi)星，假定四顆衛(wèi)星均繞木星做勻速圓周運動，它們的轉動周期如表所示，關于這四顆衛(wèi)星，下列說法中正確的是(

)1234名稱周期/天木衛(wèi)一1.77木衛(wèi)二3.65木衛(wèi)三7.16木衛(wèi)四16.7A．木衛(wèi)一角速度最小B．木衛(wèi)四線速度最大C．木衛(wèi)四軌道半徑最大D．木衛(wèi)一受到的木星的萬有引力最大√C

[利用高軌低速長周期即可判斷，木衛(wèi)四半徑最大，線速度最小，C正確，B錯誤；木衛(wèi)一半徑最小，角速度最大，A錯誤；萬有引力的大小與衛(wèi)星質量和軌道半徑都有關，根據題中信息無法判斷木衛(wèi)一受到的木星的萬有引力最大，D錯誤。]12343．若取地球的第一宇宙速度為8km/s，某行星質量是地球的6倍，半徑是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度約為(

)A．16km/s

B．32km/sC．4km/s D．2km/s1234√

12344．(2022·湖北卷)2022年5月，我國成功完成了“天舟四號”貨運飛船與空間站的對接，形成的組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運動，周期約為90分鐘。下列說法正確的是(

)A．組合體中的貨物處于超重狀態(tài)