新教材同步備課2024春高中物理第7章萬有引力與宇宙航行4.宇宙航行課件新人教版必修第二冊

第七章萬有引力與宇宙航行4．宇宙航行學(xué)習(xí)任務(wù)1．知道宇宙速度的概念，區(qū)分三種宇宙速度，初步具有宇宙航行的運(yùn)動觀。2．通過第一宇宙速度的推導(dǎo)過程，體會數(shù)學(xué)方法對物理學(xué)科的推動作用。3．了解宇宙航行的歷程和進(jìn)展，感受人類對未知世界的探索精神。關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成01知識點(diǎn)一宇宙速度知識點(diǎn)二人造地球衛(wèi)星載人航天與太空探索

知識點(diǎn)一宇宙速度

7.9km/s2．第二宇宙速度當(dāng)飛行器的速度等于或大于___________時，它就會脫離地球引力束縛而環(huán)繞太陽運(yùn)動。我們把___________叫作第二宇宙速度。3．第三宇宙速度在地面附近發(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于___________，這個速度叫作第三宇宙速度。11.2km/s16.7km/s11.2km/s如圖所示，當(dāng)物體被拋出的速度足夠大時，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)而不再落回地面，成為一顆人造地球衛(wèi)星?！締栴}】(1)使物體變?yōu)樾l(wèi)星的最小發(fā)射速度是多少？(2)不同星球的最小發(fā)射速度是否相同？(3)把衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上需要的發(fā)射速度越大還是越??？

1．宇宙速度(1)三個宇宙速度v1、v2、v3。(2)宇宙速度均指發(fā)射速度，衛(wèi)星的運(yùn)行速度一定不大于其發(fā)射速度。(3)第一宇宙速度的其他三種叫法：最小發(fā)射速度、最大環(huán)繞速度、近地繞行速度。

3．對發(fā)射速度和環(huán)繞速度的理解(1)“最小發(fā)射速度”：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星要克服地球?qū)λ囊?。近地軌道是人造衛(wèi)星的最低運(yùn)行軌道，而近地軌道的發(fā)射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。

角度1

對宇宙速度的理解【典例1】關(guān)于地球的三個宇宙速度，下列說法正確的是(

)A．第一宇宙速度大小為7.9km/h，是發(fā)射衛(wèi)星所需的最小速度B．繞地球運(yùn)行的同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度必定大于第一宇宙速度C．第二宇宙速度為11.2km/s，是繞地飛行器最大的環(huán)繞速度D．在地面附近發(fā)射的飛行器速度等于或大于第三宇宙速度時，飛行器就能逃出太陽系了√D

[第一宇宙速度是飛行器繞地球做圓周運(yùn)動的最大運(yùn)行速度，也是繞地球飛行的飛行器的最小地面發(fā)射速度，其值為7.9km/s，故A、B、C錯誤；當(dāng)飛行器的地面發(fā)射速度大于或等于第三宇宙速度16.7km/s時，飛行器將脫離太陽的束縛，故D正確。]

[思路點(diǎn)撥]星球的第一宇宙速度即為衛(wèi)星圍繞星球做圓周運(yùn)動的，軌道半徑為該星球半徑時的環(huán)繞速度，由萬有引力提供向心力即可得出這一最大環(huán)繞速度。

[答案]

1.8km/s易錯警示

理解宇宙速度應(yīng)注意三點(diǎn)(1)發(fā)射速度是指被發(fā)射物體在地面附近離開發(fā)射裝置時的速度，要發(fā)射一顆人造衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。(2)衛(wèi)星離地面越高，衛(wèi)星的發(fā)射速度越大。貼近地球表面的衛(wèi)星(近地衛(wèi)星)的發(fā)射速度最小，其運(yùn)行速度等于第一宇宙速度。(3)宇宙速度是指在地球上滿足不同要求的發(fā)射速度，不能理解成運(yùn)行速度。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)如圖所示，牛頓在思考萬有引力定律時就曾設(shè)想，把物體從高山上O點(diǎn)以不同的速度v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)。如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運(yùn)動，成為人造地球衛(wèi)星，則下列說法正確的是(

)A．以v<7.9km/s的速度拋出的物體可能落在A點(diǎn)B．以v<7.9km/s的速度拋出的物體將沿B軌道運(yùn)動C．以7.9km/s<v<11.2km/s的速度拋出的物體可能沿C

軌道運(yùn)動D．以11.2km/s<v<16.7km/s的速度拋出的物體可能沿C軌道運(yùn)動√√AC

[物體拋出速度v<7.9km/s時必落回地面，物體拋出速度v＝7.9km/s時，物體剛好能不落回地面，繞地球做圓周運(yùn)動，故A正確，B錯誤；當(dāng)物體拋出速度7.9km/s<v<11.2km/s時，物體在拋出點(diǎn)做離心運(yùn)動，但物體不能脫離地球引力束縛，故物體做橢圓運(yùn)動，可能沿C軌道運(yùn)動，故C正確；當(dāng)物體拋出速度v>11.2km/s時，物體會脫離地球引力束縛，不可能沿C軌道運(yùn)動，故D錯誤。]2．(2022·河南鄭州高一檢測)中子星的半徑較小，一般在7～20km，但它的密度大得驚人。若某中子星的半徑為10km，密度為1.2×1017kg/m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為(

)A．7.9km/s

B．16.7km/sC．2.9×104km/s D．5.8×104km/s√

1．人造衛(wèi)星發(fā)射__________，世界上第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。1970年4月，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“__________”發(fā)射成功。2．同步衛(wèi)星：地球同步衛(wèi)星位于赤道上方高度約36000km處，因其相對地面____，也稱靜止衛(wèi)星。地球同步衛(wèi)星與地球以相同的__速度轉(zhuǎn)動，周期與地球________相同。知識點(diǎn)二人造地球衛(wèi)星載人航天與太空探索1957年10月東方紅一號靜止角自轉(zhuǎn)周期3．載人航天與太空探索1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員______坐飛船饒地球飛行一圈。1969年7月16日，美國“阿波羅11號”飛船登上____。2003年10月15日，我國航天員______踏入太空。2013年6月13日，“神舟十號”與__________________成功實(shí)現(xiàn)自動交會對接。2016年10月19日，“神舟十一號”完成了與__________________的自動交會對接。2017年4月20日，我國又發(fā)射了貨運(yùn)飛船________。加加林月球楊利偉天宮一號目標(biāo)飛行器天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室天舟一號如圖所示，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?！締栴}】(1)這些衛(wèi)星的軌道平面有什么特點(diǎn)？(2)人造衛(wèi)星能夠繞地球轉(zhuǎn)動而不落回地面，是否是由于衛(wèi)星不再受到地球引力的作用？(3)這些衛(wèi)星的線速度、角速度、周期跟什么因素有關(guān)呢？提示：(1)這些衛(wèi)星的軌道平面都通過地心。(2)不是，衛(wèi)星仍然受到地球引力的作用，但地球引力全部用來提供向心力。(3)衛(wèi)星的線速度、角速度、周期都跟衛(wèi)星的軌道半徑有關(guān)。1．人造衛(wèi)星的三種軌道(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)星軌道平面和赤道平面成一定角度(不等于0或90°)，如圖所示。2．人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律(1)人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律類似行星運(yùn)行規(guī)律。(2)萬有引力提供向心力：3．地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)(1)確定的轉(zhuǎn)動方向：和地球自轉(zhuǎn)方向一致。(2)確定的周期：和地球自轉(zhuǎn)周期相同，即T＝24h。(3)確定的角速度：等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。(4)確定的軌道平面：所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方，其軌道平面必須與赤道平面重合。(5)確定的高度：離地面高度固定不變(約為3.6×104km)。

√

規(guī)律方法

解決人造衛(wèi)星問題幾點(diǎn)技巧(1)因?yàn)榈厍驅(qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動的向心力，所以所有衛(wèi)星的軌道圓心一定與地心重合。(2)同步衛(wèi)星周期與星球自轉(zhuǎn)周期相同，軌道高度一定，軌道平面一定，加速度一定，線速度一定，角速度一定。(3)針對環(huán)繞同一中心天體的星球，星球的軌道半徑r確定后，其相對應(yīng)的線速度大小、角速度、周期和向心加速度大小是唯一的，與星球的質(zhì)量無關(guān)。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．(多選)如圖中的四種虛線軌跡，可能是人造地球衛(wèi)星軌道的是(

)A

B

C

D√√√ACD

[人造地球衛(wèi)星靠地球?qū)λ娜f有引力提供向心力而做勻速圓周運(yùn)動，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力指向地心，所以人造地球衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的圓心是地心，故A、C、D正確，B錯誤。]4．(2022·廣東卷)“祝融號”火星車需要“休眠”以度過火星寒冷的冬季。假設(shè)火星和地球的冬季是各自公轉(zhuǎn)周期的四分之一，且火星的冬季時長約為地球的1.88倍?；鹦呛偷厍蚶@太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻速圓周運(yùn)動。下列關(guān)于火星、地球公轉(zhuǎn)的說法正確的是(

)A．火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大B．火星公轉(zhuǎn)的角速度比地球的大C．火星公轉(zhuǎn)的半徑比地球的小D．火星公轉(zhuǎn)的加速度比地球的小√

學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測021．關(guān)于地球同步衛(wèi)星的說法正確的是(

)A．所有地球同步衛(wèi)星一定在赤道上空B．不同的地球同步衛(wèi)星，離地面高度不同C．不同的地球同步衛(wèi)星的向心加速度大小不相等D．所有地球同步衛(wèi)星受到的向心力大小一定相等

1234√2．伽利略用他自制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了圍繞木星的四顆衛(wèi)星，假定四顆衛(wèi)星均繞木星做勻速圓周運(yùn)動，它們的轉(zhuǎn)動周期如表所示，關(guān)于這四顆衛(wèi)星，下列說法中正確的是(

)1234名稱周期/天木衛(wèi)一1.77木衛(wèi)二3.65木衛(wèi)三7.16木衛(wèi)四16.7A．木衛(wèi)一角速度最小B．木衛(wèi)四線速度最大C．木衛(wèi)四軌道半徑最大D．木衛(wèi)一受到的木星的萬有引力最大√C

[利用高軌低速長周期即可判斷，木衛(wèi)四半徑最大，線速度最小，C正確，B錯誤；木衛(wèi)一半徑最小，角速度最大，A錯誤；萬有引力的大小與衛(wèi)星質(zhì)量和軌道半徑都有關(guān)，根據(jù)題中信息無法判斷木衛(wèi)一受到的木星的萬有引力最大，D錯誤。]12343．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/sC．4km/s D．2km/s1234√

12344．(2022·湖北卷)2022年5月，我國成功完成了“天舟四號”貨運(yùn)飛船與空間站的對接，形成的組合體在地球引力作用下繞地球做圓周運(yùn)動，周期約為90分鐘。下列說法正確的是(

)A．組合體中的貨物處于超重狀態(tài)