宇宙航行+高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

7.4宇宙航行1.知道宇宙三大速度，能會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。2.知道同步衛(wèi)星和其他衛(wèi)星的區(qū)別，能分析、解決人造地球衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的較簡單的問題。3.了解宇宙航行的歷程和進(jìn)展。

實(shí)際上，早在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓就設(shè)想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會(huì)落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。Av你知道這個(gè)速度有多大嗎？一、宇宙速度算一算：以多大的速度拋出物體，它才會(huì)繞地球表面運(yùn)動(dòng)，不會(huì)落下來？（忽略太陽對物體的引力。已知G=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質(zhì)量M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）這就是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫作第一宇宙速度（環(huán)繞速度）。1.第一宇宙速度

物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，可近似認(rèn)為向心力是由重力提供的，有：

發(fā)射衛(wèi)星的軌道越高，需要克服萬有引力的阻礙作用越多，所以發(fā)射速度需要增加。（1）第一宇宙速度是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度（2）第一宇宙速度是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度思考與討論：

若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s，會(huì)出現(xiàn)什么情況？7.9km/s7.9km/s<v

<11.2km/s橢圓圓當(dāng)飛行器的發(fā)射速度等于或大于11.2km/s時(shí)，它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s，繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡不再是圓，而是橢圓，發(fā)射速度越大，橢圓軌道越“扁”。（2）意義：使衛(wèi)星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度，也稱為脫離速度。2.第二宇宙速度（1）當(dāng)飛行器的速度等于或大于11.2km/s時(shí)，它就會(huì)克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把11.2km/s叫作第二宇宙速度。v=11.2km/s注意：達(dá)到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對它的引力。7.9km/s7.9km/s<v

<11.2km/s橢圓圓11.2km/s16.7km/s3.第三宇宙速度

v=16.7km/s（1）當(dāng)物體的速度等于或大于16.7km/s時(shí)，物體可以掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間。16.7km/s叫做第三宇宙速度。（2）意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度，也稱為逃逸速度。二、人造地球衛(wèi)星1.第一顆人造地球衛(wèi)星的發(fā)射牛頓雖然早就預(yù)言了人造地球衛(wèi)星，但因發(fā)射需達(dá)到很大的速度，所以直到多級(jí)火箭的研制成功，才為人造地球衛(wèi)星的發(fā)射創(chuàng)造了條件。1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星。開創(chuàng)了人類航天時(shí)代的新紀(jì)元。2.人造地球衛(wèi)星的軌道（1）軌道分類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(jīng)過兩極上空；③一般軌道：衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。（2）萬有引力提供衛(wèi)星繞行所需的向心力，所有軌道圓

心必與地心重合；（3）衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球?yàn)闄E圓的一個(gè)焦

點(diǎn)，衛(wèi)星的周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律。3.人造地球衛(wèi)星的基本參數(shù)規(guī)律

衛(wèi)星軌道可視為圓形高軌低速大周期4.三種地球衛(wèi)星（1）近地衛(wèi)星近地衛(wèi)星是指軌道在地球表面附近的衛(wèi)星，通常高度在500km以下，計(jì)算時(shí)軌道半徑可近似取地球半徑。（2）極地衛(wèi)星（3）地球同步衛(wèi)星，即通訊衛(wèi)星：相對于地面靜止、且和地球具有相同周期的衛(wèi)星。地球同步衛(wèi)星的“六定”參數(shù)運(yùn)行方向周期軌道高度速度加速度特點(diǎn)與地球自轉(zhuǎn)相同赤道的正上方計(jì)算或圖示與地球自轉(zhuǎn)周期相同三、載人航天與太空探索

1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林進(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船?；鸺c(diǎn)火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時(shí)108min，然后重返大氣層，安全降落在地面，鑄就了人類首次進(jìn)入太空的豐碑。

1969年7月16日9時(shí)32分，運(yùn)載阿波羅11號(hào)飛船的土星5號(hào)火箭在美國卡納維拉爾角點(diǎn)火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。7月20日下午10時(shí)56分，指揮長阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并說出了那句載入史冊的名言：“對個(gè)人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言，卻是巨大的飛躍?！?003年10月15日9時(shí)，我國神舟五號(hào)宇宙飛船把中國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后安全降落。這標(biāo)志著中國成為世界上能夠獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國家。在載人航天方面，繼神舟五號(hào)之后，截至2017年底，我國已經(jīng)將11名(14人次)航天員送入太空，包括兩名女航天員。除了載人航天工程，我國還在許多方面進(jìn)行著太空探索。自2013年6月起，神舟飛船先后與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室成功完成交會(huì)對接試驗(yàn)。2021年4月29日，具備長期自主飛行能力的天和核心艙成功發(fā)射。2022年12月2日，中國航天員乘組完成首次在軌交接，中國空間站正式開啟長期有人駐留模式。中國空間站作為中國人的太空家園，在為人類的太空探索和空間技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)著中國力量。在我國的探月工程與深空探測任務(wù)中，嫦娥四號(hào)于2019年1月3日實(shí)現(xiàn)了人類航天器首次月球背面軟著陸與巡視探測。嫦娥五號(hào)于2020年12月1日著陸于月球的天船基地，共獲取月球樣品1731g，成為人類歷史上無人自動(dòng)采集月球樣品最多的一次。2021年5月15日，天問一號(hào)探測器著陸火星，祝融號(hào)火星車隨后開展了探測火星巡視區(qū)形貌和地質(zhì)構(gòu)造等任務(wù)，并傳回科學(xué)影像圖，這標(biāo)志著我國首次火星探測任務(wù)取得圓滿成功。1.若取地球的第一宇宙速度為8km/s，某行星質(zhì)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/s C.4km/s D.2km/sA

BC3.如圖所示，是同一軌道平面內(nèi)的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是()A.線速度vA＜vB＜vCB.根據(jù)萬有引力定律，可知FA＞FB＞FCC.角速度ωA＞ωB＞ωCD.向心加速度