宇宙航行高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

宇宙航行第七章第四節(jié)天體質(zhì)量的計(jì)算方法行星或衛(wèi)星繞中心天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)重力加速度法環(huán)繞法已知天體(如地球)的半徑R和天體(如地球)表面的重力加速度g牛頓的設(shè)想牛頓曾設(shè)想,從高山上用不同的水平速度拋出物體,速度一次比一次大,則落點(diǎn)一次比一次遠(yuǎn),如不計(jì)空氣的阻力,當(dāng)速度足夠大時(shí),物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來,而圍繞地球旋轉(zhuǎn),成為一顆人造地球衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星

由此可見，人造地球衛(wèi)星運(yùn)行遵從的規(guī)律是：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球?qū)πl(wèi)星的引力提供向心力。已知：地球的質(zhì)量M=6.0×1024kg,半徑R=6400km，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2(地球表面重力加速度g=9.8m/s2)探究：發(fā)射一在地球表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星所需的速度第一宇宙速度2．衛(wèi)星的軌道與發(fā)射速度關(guān)系(1)當(dāng)7.9km/s≤v發(fā)<11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng)。(2)當(dāng)11.2km/s≤v發(fā)<16.7km/s時(shí)，衛(wèi)星繞太陽旋轉(zhuǎn)，成為太陽系一顆“小行星”，或繞其他行星旋轉(zhuǎn)，成為其他行星的一顆衛(wèi)星。(3)當(dāng)v發(fā)≥16.7km/s時(shí)，衛(wèi)星脫離太陽的引力束縛跑到太陽系以外的空間中去。1.赤道軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道共面，衛(wèi)星始終處于赤道正上方。3.任意軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道平面成某一角度。2.極地軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道平面垂直，極地衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)每圈都經(jīng)過南北兩極上空，由于地球自轉(zhuǎn)，極地衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力。因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合，其軌道可分為三類：近地衛(wèi)星是在地球表面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，其運(yùn)行的軌道半徑可近似認(rèn)為等于地球的半徑，其運(yùn)行的線速度約為7.9km/s。對(duì)于人造衛(wèi)星，萬有引力提供向心力只要中心天體M和軌道半徑r定，其他運(yùn)行參數(shù)都是固定的一顆繞地球運(yùn)行的人造衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，周期為T，線速度為v，角速度為w，向心加速度為a衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律1.兩顆恒星均繞共同的中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑r1、r2與兩恒星間距離L的關(guān)系為r1＋r2＝L；2.兩恒星之間萬有引力分別提供了兩恒星的向心力，即兩顆恒星受到的向心力Fn大小相等,均為：3.兩顆恒星與旋轉(zhuǎn)中心時(shí)刻三點(diǎn)共線，即兩顆恒星角速度ω相同，周期T相同。熱點(diǎn)：雙星（多星）問題人造地球衛(wèi)星運(yùn)行的規(guī)律地球?qū)θ嗽斓厍蛐l(wèi)星的萬有引力衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的參量我國(guó)首個(gè)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星于2016年8月16日1點(diǎn)40分成功發(fā)射。假設(shè)量子衛(wèi)星軌道在赤道平面,如圖所示，已知量子衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的m倍，同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的n倍,圖中P點(diǎn)是地球赤道上一點(diǎn),由此可知()

A.同步衛(wèi)星與量子衛(wèi)星的運(yùn)行周期之比為B.同步衛(wèi)星與P點(diǎn)的線速度之比C.量子衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的線速度之比D.量子衛(wèi)星與P點(diǎn)的線速度之比課堂練習(xí)【練習(xí)】2022年10月12日下午，“天宮課堂”第三課在中國(guó)空間站問天實(shí)驗(yàn)艙開講。中國(guó)航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲演示了微重力環(huán)境下毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、水球變“懶”實(shí)驗(yàn)、太空趣味飲水、會(huì)調(diào)頭的扳手等趣味實(shí)驗(yàn)。在太空中，水球呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的球形并可以自由地懸浮，這表明水球（）A．所受地球引力近似為零B．所受地球引力與飛船對(duì)其作用力兩者的合力近似為零C．所受地球引力的大小與其隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小近似相等D．隨飛船運(yùn)動(dòng)所需向心力的大小大于在地球表面上所受引力的大小【參考答案】C課堂練習(xí)【練習(xí)】不可回收的航天器不再使用后，將成為太空垃圾。處理太空垃圾的方式通常有兩種：一種方式是讓它們回落地球，并在大氣中燃盡；另一種方式是將它們推入更高的軌道，使其遠(yuǎn)離其它正常運(yùn)行的衛(wèi)星。圖是在地球附近的太空垃圾示意圖，下列說法正確的是（）A．離地面越近的太空垃圾運(yùn)行角速度越小B．離地面越遠(yuǎn)的太空垃圾運(yùn)行周期越大C．太空垃圾可能會(huì)與同一軌道上同向飛行的航天器相撞D．由于稀薄大氣的影響，會(huì)使太空垃圾速度減小，軌道半徑增大【參考答案】B練習(xí)1：我國(guó)發(fā)射了一顆繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”.設(shè)該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面.已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，月球的半徑約為地球半徑的地球上的第一宇宙速度約為7.9km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的最大速率約為（）A.0.4km/sB.1.8km/sC.11km/sD.36km/s解：由萬有引力提供向心力即可得出圍繞星球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大環(huán)繞速度，即該星球的第一宇宙速度.因此B項(xiàng)正確.B練習(xí)2：某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t后，物體以速率v落回手中.已知該星球的半徑為R，求該星球的第一宇宙速度.(物體只受星球的引力，忽略星球自轉(zhuǎn)的影響)該星球的第一宇宙速度為解：根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可得，該星球表面的重力加速度為該星球的第一宇宙速度即為衛(wèi)星在其表面附近繞其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度大小由mg0＝得我國(guó)發(fā)射了一顆繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星嫦娥1號(hào).設(shè)該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面。已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的1/81，月球的半徑約為地球半徑的1/4，地球的第一宇宙速度約為7.9Km/s，則該控月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的最大速率約為（）A.0.4Km/sB.1.8Km/sC.11Km/sD.36Km/s例關(guān)于第一宇宙速度，下列說法中錯(cuò)誤的是（）A．它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度B．它是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運(yùn)動(dòng)速度C.它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D．它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)近地點(diǎn)的速度D【典例】有a、b、c、d四顆地球衛(wèi)星，a在地球赤道上未發(fā)射，b在地面附近近地軌道上正常運(yùn)動(dòng)，c是地球同步衛(wèi)星，d是高空探測(cè)衛(wèi)星，各衛(wèi)星排列位置如圖，則有A．a(chǎn)的向心加速度等于重力加速度gB．c在4h內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角是π/6C．b在相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)D．d的運(yùn)動(dòng)周期有可能是20h

將月球與地球看成雙星系統(tǒng)，已知地球質(zhì)量m1=5.98×1024kg，地球半徑R1=6400km，月球質(zhì)量m2=7.34×1022kg，月球半徑R2=1740km，地心與月心的距離L=3.84×108m，求：（1）地心到轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離r1；（2）月球繞軌道中心的周期T1；（3）近似處理時(shí)，常認(rèn)為月球繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，求月球的公轉(zhuǎn)周期T2宇宙速度三個(gè)宇宙速度

飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)．這次成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢(mèng)想，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國(guó)家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。