資源簡介

(共53張PPT)
第七章　萬有引力與宇宙航行
4.宇宙航行
目標導航：1.知道三個宇宙速度及含義，了解衛星的分類.（物理觀念） 2.會推導第 一宇宙速度，掌握人造衛星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系.（科學思 維） 3.了解人類在宇宙探索方面的重要成就，培養應用物理規律造福人類的意識. （科學態度與責任）
第*頁
研習任務一
情境　導學
衛星發射和三個宇宙速度的示意圖如圖所示，思考下列問題：
　?。?）什么是第一宇宙速度？
提示：第一宇宙速度是衛星在地球附近繞地球做勻速圓周運動的最大速度.
　?。?）什么是第二、第三宇宙速度？
提示：第二宇宙速度是能夠克服地球引力，永遠離開地球的速度；第三宇宙速度 是能夠掙脫太陽引力束縛，飛到太陽系外的速度.
知識　梳理
1. 第一宇宙速度
（1）定義：物體在地球附近繞地球做 運動的速度叫作第一宇宙速度.
（2）大?。簐＝7.9 km/s.
2. 第二宇宙速度
在地面附近發射飛行器，如果速度大于 ，又小于11.2 km/s，它繞地球運 行的軌跡就不是圓，而是橢圓.當飛行器的速度等于或大于11.2 km/s時，它就會克服 地球的引力，永遠離開 .我們把 叫作第二宇宙速度.
3. 第三宇宙速度
在地面附近發射飛行器，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16.7 km/s，這個速度叫作第三宇宙速度.
勻速圓周　
7.9 km/s　
地球　
11.2 km/s　
深化　理解
1. 對第一宇宙速度的推導
2. 對宇宙速度的理解
（1）三個宇宙速度都是指發射速度，指在地面附近使航天器獲得的速度，然后靠慣 性飛行.
（2）當發射速度達到第一宇宙速度，即v＝7.9 km/s時，物體貼近地球表面做勻速圓 周運動，不再落回地面.當發射速度小于7.9 km/s時，物體最終落回地面，所以第一 宇宙速度是發射衛星的最小速度.
（3）當在地面的發射速度11.2 km/s＞v＞7.9 km/s時，衛星繞地球旋轉的軌道是橢 圓，地球位于一個焦點上.
（4）當在地面的發射速度16.7 km/s＞v≥11.2 km/s時，衛星脫離地球的束縛，成為 太陽系的一顆“小行星”或繞其他行星運動的衛星.
研習　經典
A. 16 km/s B. 32 km/s C. 4 km/s D. 2 km/s
[巧指導]
　先推導行星上的第一宇宙速度與地球上的第一宇宙速度的關系，再利用地球上的第
一宇宙速度求解此行星上的第一宇宙速度.
A
　　對于任何天體，計算其近地衛星環繞速度時，都是根據萬有引力提供向心力，近 地衛星的軌道半徑等于天體的半徑，然后利用牛頓第二定律列式計算.
A. 此衛星的發射速度大于第一宇宙速度
B. 此衛星在遠地點的速度大于第一宇宙速度
C. 若想讓衛星進入月球軌道，發射速度需大于第二宇宙速度
D. 若想讓衛星進入太陽軌道，發射速度需大于第三宇宙速度
A
解析：第一宇宙速度是衛星的最小發射速度，要想發射衛星，發射速度至少為第一宇 宙速度，且軌道越高，發射速度越大，橢圓軌道為某衛星的運行軌道，則此衛星的發 射速度大于第一宇宙速度，A正確；第一宇宙速度是近地衛星繞地球表面做圓周運動 的運行速度，也是衛星繞地球做圓周運動的最大速度，此衛星在遠地點做近心運動， 此衛星的速度小于在離地相同高度的圓軌道上做圓周運動的速度，故此衛星在遠地點 的速度小于第一宇宙速度，B錯誤；衛星在月球軌道運行時還在地球吸引范圍之內， 發射速度不能超過第二宇宙速度，C錯誤；發射速度大于第三宇宙速度時，衛星將脫 離太陽的束縛，飛到太陽系外，D錯誤.
第*頁
研習任務二
情境　導學
圖甲為不同軌道上的人造地球衛星，圖乙為我國的天宮二號空間實驗室.天 宮二號的軌道高度大約是393 km，同步衛星的軌道高度大約是3.6×104 km.思 考下列問題：
（1）天宮二號和同步衛星的周期相比較哪個更大？
提示：同步衛星的周期更大.
（2）天宮二號和同步衛星的運行速度、加速度哪個更大？
提示：天宮二號的運行速度、加速度更大.
深化　理解
1. 軌道及特點
（1）軌道：赤道軌道、極地軌道及其他軌道.如圖所示.
（2）特點：所有軌道的圓心都在地心.
（2）衛星的各物理量隨軌道半徑變化的規律
3. 地球同步靜止衛星
（1）概念：相對于地面靜止且與地球自轉具有相同周期的衛星，叫作地球同步靜止 衛星.
（2）特點：六個“一定”
①轉動方向一定：和地球自轉方向一致；
②周期一定：和地球自轉周期相同，即T＝24 h；
③角速度一定：等于地球自轉的角速度；
④軌道平面一定：所有的靜止衛星都在赤道的正上方，其軌道平面必須與赤道平面成 0度角；
⑤高度一定：離地面高度固定不變（約3.6×104 km）；
⑥速率一定：線速度大小一定（約3.1×103 m/s）.
研習　經典
角度1　人造衛星的運行規律
A. 北斗－G5受到地球的引力小于北斗－M3受到地球的引力
B. 北斗－G5和北斗－M3繞地球運轉的線速度均小于7.9 km/s
C. 北斗－M3繞地球運轉的角速度小于北斗－G5的角速度
D. 北斗－M3繞地球運轉的向心加速度小于北斗－G5的向心加速度
B
角度2　地球赤道上的物體、近地衛星、同步衛星的運動參量比較
A
A. ωA＝ωC＜ωB B. TA＝TC＜TB
C. vA＝vC＜vB D. aA＝aC＞aB
　　地球衛星的an、v、ω、T由地球的質量M和衛星的軌道半徑r決定，當r確定后，衛 星的an、v、ω、T便確定了，與衛星的質量、形狀等因素無關，俗稱“一（r）定四 （an、v、ω、T）定”.
A. 飛船從1軌道變到2軌道要點火加速
B. 飛船在1軌道周期大于2軌道周期
C. 飛船在1軌道速度大于2軌道
D. 飛船在1軌道加速度大于2軌道
ACD
AD
知識　構建
第*頁
課堂強研習 合作學習 精研重難
課后提素養
A. 人造衛星繞地球在圓軌道上運行時的速度大于或等于7.9 km/s、小于11.2 km/s
B. 火星探測衛星的發射速度大于16.7 km/s
C. 第三宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太陽運行的人 造行星的最小發射速度
D. 第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛星繞地球做圓周運動的最大運行速度
D
A. A、B兩行星表面重力加速度之比等于它們的半徑之比
B. 兩衛星的線速度一定相等
C. 行星A、B的質量和半徑一定相等
D. 行星A、B的密度一定相等
AD
A. 周期 B. 角速度
C. 線速度 D. 向心加速度
A
B
5. 已知地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，引力常量為G，不考慮地球自 轉的影響.
（1）求地球的質量；
（2）試推導第一宇宙速度的表達式.
答案：見解析
第*頁
課時作業（十三）　宇宙航行
[基礎訓練]
A. 第一宇宙速度是人造地球衛星在圓軌道運行時的最大速度
B. 第一宇宙速度是人造地球衛星在圓軌道運行時的最小速度
C. 人造地球衛星在圓軌道運行時的速度可以等于第二宇宙速度
D. 地球上的物體無論具有多大的速度都不可能脫離太陽的束縛
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. a、b的線速度大小之比是3∶2
D. a、b的向心加速度大小之比是9∶4
CD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 在軌道Ⅱ上處于受力平衡狀態
B. 在軌道Ⅰ運行周期比在Ⅱ時短
C. 從軌道Ⅰ進入Ⅱ在P處要加速
D. 沿軌道Ⅰ向P飛近時速度增大
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
解析：“天問一號”探測器在軌道Ⅱ上做變速圓周運動，受力不平衡，故A錯誤；根 據開普勒第三定律可知，軌道Ⅰ的半長軸大于軌道Ⅱ的半長軸，故在軌道Ⅰ運行周期比 在Ⅱ時長，故B錯誤；“天問一號”探測器從軌道Ⅰ進入Ⅱ做近心運動，需要的向心力 要小于提供的向心力，故要在P點點火減速，故C錯誤；在軌道Ⅰ向P飛近時，由開普 勒第二定律知，速度增大，故D正確.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 3.3×103 km/s B. 7.9×103 km/s
C. 1.2×104 km/s D. 1.9×104 km/s
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
[能力提升]
A. a、c的加速度大小相等，且大于b的加速度
B. b、c的角速度大小相等，且小于a的角速度
C. a、c的線速度大小相等，且大于d的線速度
D. a、c存在相撞的危險
AC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 衛星在軌道Ⅰ上運動時，在P點的線速度大于在Q點的線速度
B. 衛星在軌道Ⅰ上運動時，在P點的加速度小于在Q點的加速度
C. 衛星沿軌道Ⅰ運動到P點時的加速度大于沿軌道Ⅱ運動到P點時的加速度
D. 衛星要從軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ，需在P點減速
AD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 甲的向心加速度比乙的小
B. 甲的運行周期比乙的小
C. 甲的角速度比乙的大
D. 甲的線速度比乙的大
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. a的向心加速度等于g
B. 在相同時間內b轉過的弧長最長
C. a的線速度等于b的線速度
D. d的運動周期可能是21 h
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
11. （2024·江蘇鎮江中學期中）航天員駕駛宇宙飛船繞質量分布均勻的一星球 做勻速圓周運動，測得飛船線速度大小的二次方與軌道半徑的倒數的關系圖像 如圖中實線所示，該圖線（直線）的斜率為k，圖中r0（該星球的半徑）為已知 量，引力常量為G. 求：
（1）該星球的密度；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
（2）該星球的第一宇宙速度.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

展開更多......

收起↑