浙江专用2018_2019学年高中物理第六章万有引力与航天5宇宙航行学案新人教版必修

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1、5　宇宙航行学习目标1.会分析人造地球卫星的受力和运动情况.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题.2.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度.考试要求学考选考cc一、宇宙速度1.牛顿的设想：如图1所示，把物体水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星.图1原理：一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力提供，即G＝m，则卫星在轨道上运行的线速度v＝.162.三个宇宙速度数值意义第一宇宙速度7.9km/s卫星在地球表面附近绕

2、地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度11.2km/s使卫星挣脱地球引力束缚永远离开地球的最小地面发射速度第三宇宙速度16.7km/s使卫星挣脱太阳引力束缚飞到太阳系外的最小地面发射速度二、梦想成真1.1957年10月4日苏联成功发射了第一颗人造地球卫星.2.1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入“东方一号”载人飞船，铸就了人类进入太空的丰碑.3.1969年7月，美国“阿波罗11号”飞船登上月球.4.2003年10月15日，我国“神舟五号”宇宙飞船发射成功，把中国第一位航天员杨利伟送入太空.判断下列说

3、法的正误.(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9km/s.(√)(2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9km/s.(×)(3)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2km/s

4、速度的值取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关.2.把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？答案　越大.向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力.1.第一宇宙速度(1)定义：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的绕行速度.(2)推导：对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R＝6400km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g＝9.8m/s2，则(3)推广由第一宇宙速度的两种表达式看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定

5、，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都可以用v＝或v＝表示，式中G为引力常量，M为中心天体的质量，g为中心天体表面的重力加速度，R为中心天体的半径.2.第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，使之能够脱离地球的引力作用，永远离开地球所必需的最小发射速度，称为第二宇宙速度，其大小为11.2km/s.7.9km/s

6、第三宇宙速度，其大小为16.7km/s.例1　我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为(　　)A.0.4km/sB.1.8km/s16C.11km/sD.36km/s答案　B解析　星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度.卫星所需的向心力由万有引力提供，

7、G＝m，得v＝，又由＝，＝，故月球和地球上第一宇宙速度之比＝，故v月＝7.9×km/s≈1.8km/s，因此B项正确.【考点】第一宇宙速度的计算【题点】用万有引力提供向心力求解第一宇宙速度“最小发射速度”与“最大绕行速度”1.“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力.所以近地轨道的发射速度(第一宇宙速度)是发射人造卫星的最小速度.2.“最大绕行速度”：由G＝m可得v＝，轨道半径越小，线速度越大，所以近地卫星的线速度(第一宇宙速度)是最大绕行速度.针对训练1

8、　假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的(　　)A.B.C.D.2答案　B解析　因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度，此时卫星的轨道半径近似的认为等于地球的半径，且地球对卫星的万有引力提供向心力.故公式G＝成立，解得v＝16，因此，当M不变，R增大为2R时，v减小为原来的，即选项B正确.例2　某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落