宇宙航行（宇宙速度及衛(wèi)星追擊）導學案 高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

第頁第七單元第4節(jié)宇宙航行：宇宙速度及衛(wèi)星追擊1．第一宇宙速度7.9km/s 環(huán)繞速度意義：它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的速度推導方法一：GMmR推導方法二：mg=mv2其他星球的第一宇宙速度算法同理最大環(huán)繞速度，最小發(fā)射速度2．第二宇宙速度11.2km/s 脫離速度（逃逸速度）意義：使衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度3.第三宇宙速度16.7km/s意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度三種速度的聯(lián)系1．運行速度與發(fā)射速度（1）運行速度為衛(wèi)星進入運行軌道后穩(wěn)定飛行的速度若衛(wèi)星做勻速圓周，滿足高軌低速大周期若衛(wèi)星做橢圓運動，滿足近地點速率大，遠地點速率?。?）發(fā)射速度為衛(wèi)星離開地表時的速度，三個宇宙速度均指發(fā)射速度由于衛(wèi)星發(fā)射過程要克服引力做功，故發(fā)射速度要大于運行速度軌道半徑越大，衛(wèi)星具有的機械能越大，發(fā)射越困難2．發(fā)射速度與軌道的關系 發(fā)射后不再提供動力v發(fā)射＜7.9km/s，衛(wèi)星將落回地面v發(fā)射=7.9km/s，衛(wèi)星將繞地表做勻速圓周運動7.9km/s＜v發(fā)射＜11.2km/s衛(wèi)星繞地球做橢圓運動v發(fā)射=11.2km/s，衛(wèi)星將繞太陽做勻速圓周運動11.2km/s＜v發(fā)射＜16.7km/s衛(wèi)星繞太陽做橢圓運動v發(fā)射≥16.7km/s，衛(wèi)星將飛到太陽系以外空間題型二：衛(wèi)星追擊相遇問題1．從相距最近（兩星在中心天體的同側(cè)且三星共線）到再次相距最近所需最短時間ωt=2．從相距最近（兩星在中心天體的同側(cè)且三星共線）到相距最遠（兩星在中心天體的兩側(cè)且三星共線）所需最短時間：ωt=1．發(fā)射地球同步衛(wèi)星要經(jīng)過三個階段：先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后使其沿橢圓軌道2運行，最后將衛(wèi)星送入同步圓軌道3．軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，如圖所示。當衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是（） A．衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度等于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度 B．衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的速度等于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的速度大小 C．衛(wèi)星在軌道3上受到的引力小于它在軌道1上受到的引力 D．衛(wèi)星由2軌道變軌到3軌道在P點要加速2．如圖所示，有A、B兩個行星繞同一恒星O做圓周運動，旋轉(zhuǎn)方向相同，A行星的周期為T1，B行星的周期為T2，在某一時刻兩行星第一次相遇（即兩行星距離最近），則（） A．經(jīng)過時間t＝T2+T1，兩行星將第二次相遇 B．經(jīng)過時間t=T1 C．經(jīng)過時間t=12?T D．經(jīng)過時間t=T3．在地面附近發(fā)射飛行器，當速度為v時，飛行器會克服地球引力，永遠離開地球，則（） A．v＝6.7km/s B．v＝7.9km/s C．7.9km/s＜v＜11.2km/s D．v≥11.2km/s4．2021年2月24日，“天問一號”探測器在成功實施第三次近火制動后，進入近火點280千米、遠火點5.9萬千米、周期2個火星日的火星停泊軌道，在這條軌道上穩(wěn)定運行3個月后，于5月15日成功著陸火星。為了得到火星全球的地形、地貌數(shù)據(jù)，“天問一號”在近火點不變的情況下需要不斷變軌，如圖所示。關于“天問一號”，以下說法正確的是（） A．“天問一號”在近火點的運行速度大于在遠火點的運行速度 B．“天問一號”在火星停泊軌道加速后著陸 C．“天問一號”環(huán)繞火星穩(wěn)定運行時，軌道半長軸越大，運行周期越大 D．“天問一號”在不同軌道的近火點的加速度相同5．如圖所示，在赤道發(fā)射場發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中，衛(wèi)星首先進入橢圓軌道Ⅰ，然后在Q點通過改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進入地球同步軌道Ⅱ，則（） A．該衛(wèi)星在P點的速度大于11.2km/s B．衛(wèi)星在軌道Ⅱ上的運行速度大于7.9km/s C．衛(wèi)星在Q點需要適當加速，才能夠由軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ D．衛(wèi)星在軌道Ⅱ上經(jīng)過Q點時加速度大于軌道Ⅰ經(jīng)過Q點時的加速度6．如圖所示為發(fā)射同步衛(wèi)星的原理圖，衛(wèi)星先發(fā)射至近地軌道1做圓周運動，在A點點火進入橢圓轉(zhuǎn)移軌道2，衛(wèi)星運動至橢圓軌道的遠地點B點火進入同步軌道3，衛(wèi)星在軌道1上的線速度大小為v1，在橢圓軌道近地點的速度大小為v2，在遠地點的速度大小為v3，在軌道3上的線速度大小為v4，則下列說法正確的是（） A．v3＞v2 B．v1＜v4 C．軌道1與軌道3的周期之比為v D．軌道1與軌道3的周期之比為v7．如圖所示，一顆人造衛(wèi)星原來在橢圓軌道1繞地球E運行，在P點變軌后進入軌道2做勻速圓周運動，不考慮變軌過程衛(wèi)星的質(zhì)量變化，下列說法正確的是（） A．不論在軌道1還是在軌道2運行，衛(wèi)星在P點的加速度都相同 B．不論在軌道1還是在軌道2運行，衛(wèi)星在P點的速度都相同 C．衛(wèi)星在軌道2運動時的周期比軌道1大 D．衛(wèi)星在軌道2的機械能比軌道1小8．假設有一載人宇宙飛船在距地面高度為4200km的赤道上空繞地球做勻速圓周運動，地球半徑約為6400km，地球同步衛(wèi)星距地面高度為36000km，宇宙飛船和地球同步衛(wèi)星繞地球同向運動，每當二者相距最近時，宇宙飛船就向同步衛(wèi)星發(fā)射信號，然后再由同步衛(wèi)星將信號發(fā)送到地面接收站，某時刻二者相距最遠，從此刻開始，在一晝夜的時間內(nèi)，接收站共接收到信號的次數(shù)為（） A．4次 B．6次 C．7次 D．8次9．科技日報北京2017年9月6日電，英國《自然?天文學》雜志發(fā)表的一篇論文稱，某科學家在銀河系中心附近的一團分子氣體云中發(fā)現(xiàn)了一個黑洞?？茖W研究表明，當天體的逃逸速度（即第二宇宙速度，為第一宇宙速度的2倍）超過光速時，該天體就是黑洞。已知某天體與地球的質(zhì)量之比為k。地球的半徑為R，地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度（即第一宇宙速度）為v1，光速為c，則要使該天體成為黑洞，其半