宇宙航行高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)+

7.4宇宙航行1.

了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)；2.知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。學(xué)習(xí)目標(biāo)思考：地球上的物體，怎樣才能離開地球進(jìn)行宇宙航行呢？思考：以多大的速度拋出這個(gè)物體，它才會(huì)繞地球表面運(yùn)動(dòng)，不會(huì)落下來(lái)？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球質(zhì)量M=5.89×1024kg,地球半徑R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2)法一：萬(wàn)有引力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力法二：在地面附近，重力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力宇宙速度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)的速度，叫做第一宇宙速度。

思考：1.向高軌道發(fā)射衛(wèi)星與發(fā)射近地衛(wèi)星相比,哪個(gè)需要的發(fā)射速度大？為什么？2.高軌道衛(wèi)星與近地衛(wèi)星相比哪個(gè)運(yùn)行速度大？為什么？注意：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的概念發(fā)射速度

指被發(fā)射物體離開地面時(shí)的速度運(yùn)行速度

指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度第一宇宙速度（V1=7.9km/s）最小發(fā)射速度最大運(yùn)行速度地球的第一宇宙速度：火星的：土星的：月亮的：同理：公式的推導(dǎo)2、第二宇宙速度當(dāng)物體的速度等于或大于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叫做第二宇宙速度。3、第三宇宙速度當(dāng)物體的速度等于或大于16.7km/s時(shí)，物體可以掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間。我們把16.7km/s叫做第三宇宙速度。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(hào)，下左圖）1970年，4月24日，我國(guó)上第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”發(fā)射成功。（上右圖）錢學(xué)森——中國(guó)航天之父。人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行軌道

地球的引力提供衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)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。

宇宙速度：定義大小第一宇宙速度（環(huán)繞速度）是衛(wèi)星在

附近（h?R）繞地球做

的速度。第二宇宙速度（脫離速度）使物體掙脫

的束縛，成為繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造行星的最

發(fā)射速度。第三宇宙速度（逃逸速度）使物體掙脫

束縛的最

發(fā)射速度。v2=11.2km/sv1=7.9km/sv3=16.7km/s地面勻速圓周運(yùn)動(dòng)地球小太陽(yáng)小地球v①v＜7.9km/s

不能成功發(fā)射衛(wèi)星→衛(wèi)星落地②v=7.9km/s剛好能成功發(fā)射近地圓軌道人造衛(wèi)星③7.9km/s＜v＜11.2km/s繞地運(yùn)行衛(wèi)星，軌道橢圓④11.2km/s≤v＜16.7km/s衛(wèi)星脫離地球引力束縛，成為其他行星的衛(wèi)星，或…⑤v≥16.7km/s衛(wèi)星脫離太陽(yáng)引力束縛，成為其他星系的衛(wèi)星，或…①②③通過(guò)對(duì)以上三種宇宙速度的學(xué)習(xí)，如右圖，請(qǐng)寫出圖中①②③④⑤五種情況下衛(wèi)星的發(fā)射速度范圍與軌道特點(diǎn)④⑤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(duì)于地面靜止的，跟地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星，同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星。①定周期，即運(yùn)行周期等于地球自轉(zhuǎn)周期（24h）；②定軌道平面,即運(yùn)行平面在赤道平面內(nèi)；③定高度，即離地面高度一定（h=3600km）；④定速度,即運(yùn)行速度一定；

萬(wàn)有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力2.特點(diǎn)：通訊衛(wèi)星（地球同步衛(wèi)星）三、載人航天與探空探索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(guó)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(zhǎng)阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面(圖7.4-2)，并說(shuō)出了那句載入史冊(cè)的名言：“對(duì)個(gè)人來(lái)說(shuō)，這不過(guò)是小小的一步，但對(duì)人類而言，卻是巨大的飛躍?！?003年10月15日9時(shí)，我國(guó)神舟五號(hào)宇宙飛船把中國(guó)第一位航天員楊利偉送入太空(圖7.4-3)。飛船繞地球飛行14圈后安全降落。這標(biāo)志著中國(guó)成為世界上能夠獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國(guó)家。在載人航天方面，繼神舟五號(hào)之后，截至2017年底，我國(guó)已經(jīng)將11名(14人次)航天員送入太空，包括兩名女航天員。1如圖所示，中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).其中有靜止軌道同步衛(wèi)星和中地球軌道衛(wèi)星.已知中地球軌道衛(wèi)星的軌道高度為5000～15000km，則下列說(shuō)法正確的是A.中地球軌道衛(wèi)星的線速度小于靜止軌道同步衛(wèi)星的線速度B.上述兩種衛(wèi)星的運(yùn)行速度可能大于7.9km/sC.中地球軌道衛(wèi)星繞地球一圈的時(shí)間小于24小時(shí)D.靜止軌道同步衛(wèi)星可以定位于北京的上空?qǐng)D3√2如圖所示，A為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星，B為近地圓軌道衛(wèi)星，C為地球同步衛(wèi)星.三顆衛(wèi)星質(zhì)量相同，三顆衛(wèi)星的線速度大小分別為vA、vB、vC，角速度大小分別為ωA、ωB、ωC，周期分別為TA、TB、TC，向心加速度大小分別為aA、aB、aC，則A.ωA＝ωC<ωBB.TA＝TC<TBC.vA＝vC<vBD.aA＝aC>aB√解析同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，故TA＝TC，ωA＝ωC，由v＝ωr及a＝ω2r得vC>vA，aC>aA對(duì)同步衛(wèi)星和近地衛(wèi)星，，知vB>vC，ωB>ωC，TB<TC，aB>aC故可知vB>vC>vA，ωB>ωC＝ωA，TB<T