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第4節(jié) 宇宙航行
人教版（2019）普通高中物理必修第二冊
一. 宇宙速度
1. 第一宇宙速度
2. 第二宇宙速度
3. 第三宇宙速度
4. 夢想成真
二. 人造地球衛(wèi)星
1. 人造地球衛(wèi)星的發(fā)射過程
2. 人造地球衛(wèi)星的軌道
3. 人造地球衛(wèi)星的基本參數(shù)規(guī)律
4. 三種地球衛(wèi)星
目錄
想一想
牛頓猜想：拋出速度很大時，物體就不會落回地面，這個速度有多大？
一. 宇宙速度
第一宇宙速度
1.推導
簡單認為衛(wèi)星在地球表面附近（R=r）繞地球做勻速圓周運動：
方法一：飛行器運動所需的向心力是由地球?qū)λ娜f有引力提供，即
方法二：黃金代換法
m
v
r
第一宇宙速度
2.數(shù)值
已知地球質(zhì)量或重力加速度g，算出v＝______，這就是物體在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動的速度，叫作第一宇宙速度。
7.9km/s
第一宇宙速度
3.物理意義
（1）第一宇宙速度是使人造衛(wèi)星能繞地球做勻速圓周運動的最小發(fā)射速度；
（2）第一宇宙速度也是人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時的最大運行速度（ ）；也就是緊貼地面的運行速度。
4.別稱：環(huán)繞速度。
第二宇宙速度
地面附近發(fā)射飛行器，發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s ，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。
當物體的速度等于或大于11.2km/s時，它就會脫離開地球；我們把11.2km/s叫做第二宇宙速度。
第二宇宙速度
1.大小：v2＝11.2 km/s
2.物理意義：
衛(wèi)星逃離地球引力的束縛，成為繞太陽運動
的人造行星或飛到其他行星上去所必需的最小發(fā)射速度。
3.別稱：逃逸速度
第三宇宙速度
達到第二宇宙速度的物體還受到太陽的引力；在地面附近發(fā)射一個物體，要使物體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16.7 km/s ，這個速度叫做第三宇宙速度。
第三宇宙速度
1.大小：v3＝16.7 km/s
2.物理意義：
衛(wèi)星脫離太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小發(fā)射速度。
3.別稱：脫離速度
三個宇宙速度
注意
1. 第一宇宙速度是最大環(huán)繞速度，也是最小發(fā)射速度。
2. 當在地面上以7.9 km/s衛(wèi)星的軌道是橢圓，地球位于橢圓的一個焦點上。
3. 三個宇宙速度分別為在三種不同情況下在地面附近的最小
發(fā)射速度。
夢想成真
年月日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星在蘇聯(lián)發(fā)射成功；衛(wèi)星質(zhì)量，每繞地球飛行一圈。
夢想成真
年月日，蘇聯(lián)空軍少校加加林進入了東方一號載人飛船；火箭點火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時，然后重返大氣層，安全降落在地面，鑄就了人類進入太空的豐碑。
夢想成真
年月日時分，阿波羅號飛船在美國卡納維拉爾角點火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。
登月第一人——阿姆斯特朗：“對個人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言，卻是巨大的飛躍”。
夢想成真
年，中國載人航天工程正式啟動；年月日時，我國神舟五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國第一位航天員楊利偉送入太空。
夢想成真
“嫦娥五號”任務回顧
2020年12月17日，經(jīng)過20多天，嫦娥五號探測器在一次任務中，連續(xù)實現(xiàn)我國航天史上首次月面采樣、月面起飛、月球軌道交會對接、帶樣返回等多個重大突破，成功帶回1.7kg月球土壤。
磨劍霍霍
2013年6月11日，“神舟十號”飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，航天員王亞平進行了首次太空授課。在飛船進入圓形軌道環(huán)繞地球飛行時，它的線速度大小 (　　)
A．等于7.9 km/s
B．介于7.9 km/s和11.2 km/s之間
C．小于7.9 km/s
D．介于7.9 km/s和16.7 km/s之間
C
磨劍霍霍
木星的衛(wèi)星之一叫艾奧，它上面的珞珈火山噴出的巖塊初速度為18 m/s時，上升高度可達90 m。已知艾奧的半徑為R＝1 800 km，引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，忽略艾奧的自轉(zhuǎn)及巖塊運動過程中受到稀薄氣體的阻力，求：
(1)艾奧的質(zhì)量；
(2)艾奧的第一宇宙速度。
磨劍霍霍
磨劍霍霍
金星的半徑是地球的倍，質(zhì)量為地球的倍，金星表面的自由落體加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？
答案：金星表面的自由落體加速度是；
金星的第一宇宙速度是。
總結(jié)—宇宙速度
別稱 數(shù)值 說明
第一宇宙速度 環(huán)繞速度 7.9km/s 是衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運動的最大速度，發(fā)射速度7.9km/s，衛(wèi)星在橢圓軌道上繞地球運轉(zhuǎn)。
第二宇宙速度 脫離速度 11.2km/s 當11.2km/時，衛(wèi)星逃離地球的束縛，成為太陽系一顆“小行星”。
第三宇宙速度 速度逃逸 16.7km/s 當時，衛(wèi)星脫離太陽的引力束縛，跑到太陽系以外的宇宙空間中去。
思考與討論
1957年人類發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，你知道衛(wèi)星是如何發(fā)射的嗎？
二.人造地球衛(wèi)星
人造地球衛(wèi)星
1.人造地球衛(wèi)星的發(fā)射過程
想一想：發(fā)射人造地球衛(wèi)星的發(fā)射場一般選擇在盡可能靠近赤道的地方．這樣選址有什么優(yōu)點？向哪個方向發(fā)射節(jié)省燃料？
人造地球衛(wèi)星
2.人造地球衛(wèi)星的軌道
（1）軌道分類
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)星軌道和赤道成一定角度。
人造地球衛(wèi)星
2.人造地球衛(wèi)星的軌道
（2）萬有引力提供衛(wèi)星繞行所需的向心力，所有軌道圓
心必與地心重合；
（3）衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運動時， 地球為橢圓的一個焦
點，衛(wèi)星的周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律。
人造地球衛(wèi)星
3.人造地球衛(wèi)星的基本參數(shù)規(guī)律
=
n
（越小）
（越小）
（越小）
（越大）
越大
衛(wèi)星軌道可視為圓形
高軌低速大周期
人造地球衛(wèi)星
4.三種地球衛(wèi)星
（1）近地衛(wèi)星
近地衛(wèi)星是指軌道在地球表面附近的衛(wèi)星，通常高度在500km以下，計算時軌道半徑可近似取地球半徑。
人造地球衛(wèi)星
4.三種地球衛(wèi)星
（1）近地衛(wèi)星
參數(shù) 運行 方向 周期 軌道 高度 速度 加速度
特點 與地球自轉(zhuǎn)相同 一般是在距地球 以下的近圓形軌道，計算時軌道半徑通常取地球半徑
計算 / = =
人造地球衛(wèi)星
4.三種地球衛(wèi)星
（2）極地衛(wèi)星
人造地球衛(wèi)星
4.三種地球衛(wèi)星
（3）地球同步衛(wèi)星，即通訊衛(wèi)星：相對于地面靜止、且
和地球具有相同周期的衛(wèi)星。
人造地球衛(wèi)星
地球同步衛(wèi)星的“六定”
參數(shù) 運行方向 周期 軌道 高度 速度 加速度
特點 與地球自轉(zhuǎn)相同 赤道的正上方
計算或圖示 與地球自轉(zhuǎn)周期相同
P7：1
磨劍霍霍
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) 是共面的同心圓
B. 與地球表面上某一經(jīng)線所決定的圓是共面的同心圓
C. 與地球表面上的赤道線是共面的同心圓，且從地球表
面看衛(wèi)星是靜止
D. 與地球表面上的赤道線是共面的同心圓，但衛(wèi)星相對
地球表面是運動的
CD
總結(jié)—宇宙航行
1.第一宇宙速度： ；
是最小的發(fā)射速度，也是最大的運行速度；
2.近地衛(wèi)星：貼地飛行，線速度v=7.9km/s；
3.同步衛(wèi)星：軌道半徑42000km，周期24h，
線速度v=3.1km/s；
4.衛(wèi)星軌道參數(shù)規(guī)律：高軌低速大周期。
多謝欣賞！

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