2024年高中物理新教材同步 必修第二冊學習筆記第7章 4　宇宙航行

4宇宙航行[學習目標]1.知道三個宇宙速度的含義、大小，會計算第一宇宙速度(重點)。2.理解人造衛(wèi)星的運行規(guī)律，認識同步衛(wèi)星的特點(重難點)。3.了解不同類型人造衛(wèi)星的軌道(重點)。4.了解人類探索太空的歷史、現(xiàn)狀及未來發(fā)展的方向。一、三個宇宙速度牛頓曾提出過一個著名的理想實驗：如圖所示，從高山上水平拋出一個物體，當拋出的速度足夠大時，物體將環(huán)繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星。據(jù)此思考并討論以下問題：(1)當拋出速度較小時，物體做什么運動？當拋出速度變大時，落地點的位置有何變化？當物體剛好不落回地面時，物體做什么運動？(2)已知地球的質(zhì)量為m地，地球半徑為R，引力常量為G，若物體緊貼地面飛行而不落回地面，其速度大小為多少？(3)已知地球半徑R＝6400km，地球表面的重力加速度g＝10m/s2，則物體環(huán)繞地球表面做圓周運動的速度多大？________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．第一宇宙速度定義：物體在地球________繞地球做勻速圓周運動的速度，叫作第一宇宙速度。大小：v＝________。意義：(1)是航天器成為衛(wèi)星的________發(fā)射速度。(2)是衛(wèi)星的最大________。2．第二宇宙速度當飛行器的速度____________11.2km/s時，它就會克服地球的引力，永遠離開地球。我們把11.2km/s叫作第二宇宙速度。3．第三宇宙速度在地面附近發(fā)射的飛行器，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____________16.7km/s，這個速度叫作第三宇宙速度。以下太空探索實踐中需要的發(fā)射速度是多少？“嫦娥”奔月天問探火無人外太陽系空間探測器________________________________________________________________________(1)被發(fā)射的物體質(zhì)量越大，第一宇宙速度越大。()(2)地球的第一宇宙速度與地球的質(zhì)量有關。()(3)由v＝eq\r(\f(GM,r))知，高軌道衛(wèi)星運行速度小，故發(fā)射高軌道衛(wèi)星比發(fā)射低軌道衛(wèi)星更容易。()例1已知地球表面的重力加速度約為10m/s2，第一宇宙速度約為8km/s，某星球半徑約為地球半徑的2倍，質(zhì)量是地球質(zhì)量的9倍，求：(1)該星球表面的重力加速度大??；________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)該星球的第一宇宙速度大小。________________________________________________________________________________________________________________________________________________例2(2022·揚州市儀征中學高一月考)已知月球質(zhì)量與地球質(zhì)量之比約為1∶80，月球半徑與地球半徑之比約為1∶4，則月球上的第一宇宙速度與地球上的第一宇宙速度之比為()A．10∶eq\r(5)B.eq\r(5)∶10C．1∶2D．2∶1例3(2022·西安市高一期末)為使物體脫離星球的引力束縛，不再繞星球運行，從星球表面發(fā)射時所需的最小速度稱為第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2與第一宇宙速度v1的關系為v2＝eq\r(2)v1。已知某星球的半徑為R，其表面的重力加速度大小為地球表面重力加速度g的eq\f(1,8)，不計其他星球的影響，則該星球的第二宇宙速度為()A.eq\f(\r(gR),2) B.eq\f(\r(2gR),2)C.eq\r(gR) D.eq\r(2gR)二、人造地球衛(wèi)星在地球的周圍，有許多的衛(wèi)星在不同的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動。請思考：(1)這些衛(wèi)星運動所需的向心力都是由什么力提供的？這些衛(wèi)星的軌道平面有什么特點？(2)這些衛(wèi)星的線速度大小、角速度、周期跟什么因素有關呢？________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．人造地球衛(wèi)星(1)衛(wèi)星的軌道平面可以在________平面內(nèi)(如靜止衛(wèi)星的軌道)，可以通過兩極上空(極地軌道)，也可以和赤道平面成任意角度，如圖所示。(2)因為地球?qū)πl(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，所以地心必定是衛(wèi)星圓軌道的圓心。2．近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星、極地衛(wèi)星和月球(1)近地衛(wèi)星：地球表面附近的衛(wèi)星，r≈R；線速度大小v≈7.9km/s、周期T＝eq\f(2πR,v)≈85min，分別是人造地球衛(wèi)星做勻速圓周運動的最大速度和最小周期。(2)地球同步衛(wèi)星：位于地面上方高度約__________km處，周期與地球自轉(zhuǎn)周期________。其中一種的軌道平面與赤道平面成0度角，運動方向與地球自轉(zhuǎn)方向______，因其相對地面靜止，也稱靜止衛(wèi)星。(3)極地衛(wèi)星：軌道平面與赤道平面夾角為90°的人造地球衛(wèi)星，運行時能到達南北極上空。(4)月球繞地球的公轉(zhuǎn)周期T＝27.3天，月球和地球間的平均距離約38萬千米，大約是地球半徑的60倍。例4(多選)可以發(fā)射一顆這樣的人造地球衛(wèi)星，使其圓軌道()A．與地球表面上某一緯線(非赤道)是共面同心圓B．與地球表面上某一經(jīng)線所決定的圓是共面同心圓C．與地球表面上的赤道是共面同心圓，且衛(wèi)星相對地球表面是靜止的D．與地球表面上的赤道是共面同心圓，但衛(wèi)星相對地球表面是運動的例5(2022·杭師大附中高一期中)如圖所示是一張人造地球衛(wèi)星軌道示意圖，其中圓軌道a、c、d的圓心均與地心重合，a