宇宙航行+高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

第七章萬有引力與宇宙航行第1節(jié)行星的運動

如圖所示，在1687年出版的《自然哲學的數學原理》中，牛頓設想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠；拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。你知道這個速度究竟有多大嗎?一、宇宙速度1.第一宇宙速度的推導一般情況下可認為人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，向心力由地球對它的萬有引力提供，即，則衛(wèi)星在軌道上運行的線速度.有人說，第一宇宙速度也可用(式中g為重力加速度，R為地球半徑)算出，你認為正確嗎?對第一宇宙速度的理解(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．(2)“最大環(huán)繞速度”：在所有環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星中，近地衛(wèi)星的軌道半徑最小，由，軌道半徑越小，線速度越大，所以在這些衛(wèi)星中，第一宇宙速度是所有環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度．一、第一宇宙速度：（環(huán)繞速度）（1）概念：是人造衛(wèi)星近地環(huán)繞地球做勻速圓周運動的速度．（v＝7.9km/s）（2）推導（3）第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度，最大的環(huán)繞速度二、第二宇宙速度（脫離速度）在地面附近發(fā)射飛行器，使之能夠克服地球的引力，永遠離開地球所需的最小發(fā)射速度，其大小為11.2km/ss.當發(fā)射速度7.9km/s<v0<11.2km/s時，物體繞地球運行的軌跡是橢圓，且在軌道不同點速度一般不同.三、第三宇宙速度（逃逸速度）在地面附近發(fā)射飛行器，使之能夠掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外的最小發(fā)射速度，其大小為16.7km/s大小.二、人造地球衛(wèi)星1957年，10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功。（斯普特尼克一號，下左圖）1970年，4月24日，我國上第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”發(fā)射成功。（上右圖）錢學森——中國航天之父。人造地球衛(wèi)星的運行軌道

地球的引力提供衛(wèi)星圓周運動的向心力，所以衛(wèi)星軌道圓心和地球地心重合。這樣就存在三類人造地球衛(wèi)星軌道：①赤道軌道，衛(wèi)星軌道在赤道平面一定高度；②極地軌道，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直；③一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。

人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其速率是下列的哪種情況：A.一定等于7.9km/sB.等于或小于7.9km/sC.一定大于7.9km/sD.介于7.9～11.2km/s注意：該速率是運行速度的大小，不是衛(wèi)星的發(fā)射速度地球v1v2衛(wèi)星的軌道半徑r越大，做圓周運動的速度v就越小。例題2第一宇宙速度的物理意義A.是人造地球衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度C.是在地面附近發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度B.是人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大運行速度總結：衛(wèi)星高度約h=5.6R=3.6×107mv=3.1km/s衛(wèi)星速度約hR1.定義：相對于地面靜止的，跟地球自轉同步的衛(wèi)星，同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星。①定周期，即運行周期等于地球自轉周期（24h）；②定軌道平面,即運行平面在赤道平面內；③定高度，即離地面高度一定（h=3600km）；④定速度,即運行速度一定；

萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力2.特點：通訊衛(wèi)星（地球同步衛(wèi)星）夢想成真

1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星1961年4月12日蘇聯(lián)空軍少校加加林乘坐東方一號載人飛船進入太空，實現(xiàn)了人進入太空的夢想1969年7月20日，阿波羅11號將人類送上了月球我國的航天成就

1970年4月24日我國第一顆人造衛(wèi)星升空2007年10月24日嫦娥一號月球探測器發(fā)射成功2010年10月1日嫦娥二號順利發(fā)射2013年12月2日嫦娥三號探測器進入太空，當月14日成功軟著陸于月球2003年10月15日，神舟五號，楊利偉2005年10月12日，神舟六號，費俊龍聶海勝2008年9月25日，神舟七號，翟志剛、劉伯明、景海鵬2011年11月1日，神舟八號順利升空2012年6月16日，神州九號2013年6月11日，神舟十號，聶海勝、張曉光、王亞平2011年9月29日天宮一號發(fā)射升空2011年11月，天宮一號與神舟八號飛船成功對接2012年6月18日神舟九號飛船與天宮一號目標飛行器自動交會對接2013年6月13日，神舟十號飛船與天宮一號順利自動交會對接我國的航天成就2016年9月15日22時04分12秒，天宮二號空間實驗室在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射。2016年10月19日凌晨，神州十一號飛船與天宮二號自動交會對接成功。航天員景海鵬、陳東進入天宮二號。2017年9月17日15時29分，地面發(fā)送指令，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室實施分離。2018年9月15日，天宮二號空間實驗室已圓滿完成2年在軌飛行和各項試驗任務，天宮二號平臺及裝載的應用載荷功能正常、狀態(tài)良好。為進一步發(fā)揮空間應用效益。2019年7月19日21時06分，天宮二號空間實驗室受控離軌并再入大氣層，少量殘骸落入南太平洋預定安全海域。天宮二號受控再入大氣層，標志著中國載人航天工程空間實驗室階段全部任務圓滿完成。2018年12月8日2時23分，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙改二型運載火箭成功發(fā)射嫦娥四號探測器。2019年1月3日10時26分，在反推發(fā)動機和著陸緩沖機構的“保駕護航”下，一噸多重的“嫦娥四號”探測器成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑的預選著陸區(qū)。2020年7月23日12時41分，長征五號遙四運載火箭將“天問一號”探測器發(fā)射升空，飛行2000多秒后，成功將探測器送入預定軌道，開啟火星探測之旅，邁出了中國自主開展行星探測的第一步。我國的航天成就內容小結三個宇宙速度1.第一宇宙速度v1=7.9km/s2.第二宇宙速度v2=11.2km/s3.第三宇宙速度v3=16.7km/s練一練1、如圖所示，我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由多顆衛(wèi)星組成，包括分布于a類型軌道的同步軌道衛(wèi)星、分布于b類型軌道的傾斜軌道衛(wèi)星（與同步衛(wèi)星軌道半徑相同，軌道傾角55°）和分布于c類型軌道的中軌道衛(wèi)星，中軌道衛(wèi)星在3個互成120°的軌道面上做圓周運動。下列說法正確的是（）

A.a類型軌道上的衛(wèi)星相對于地面靜止且處于平衡狀態(tài)B.a類型軌道上的衛(wèi)星運行速率等于b類型軌道上衛(wèi)星的運行速率C.b類型軌道上的衛(wèi)星也與地球保持相對靜止D.三類衛(wèi)星相比，c類型軌道上的衛(wèi)星的向心加速度最小B2、［多選］如圖所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星時，先進入一個近地的圓軌道，然后在P點經極短時間點火變速后進入橢圓形轉移軌道（該橢圓軌道的近地點為近地圓軌道上的P點，遠地點為同步軌道上的Q點），到達遠地點時再次經極短時間點火變速后，進入同步軌道。設衛(wèi)星在近地圓軌道上運