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2018-2019学年高中物理人教版必修二 第六章 5 宇宙航行

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第六章 万有引力与航天
5 宇宙航行
[学习目标]
1.知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度.
2.认识同步卫星的特点.
3.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空
的探索历程.
内容索引


    自主预习                             重点探究                              达标检测
 预习新知 夯实基础                         启迪思维 探究重点                        检测评价 达标过关
自主预习
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          =        ,则卫星在轨道上运行的

线速度v=             .
2.三个宇宙速度

                 数值                   意义
                        卫星在地球 表面附近                绕地球做________匀速圆周
  第一宇宙速度        7.9       km/s
                         运动        的速度
                        使卫星挣脱 地球        引力束缚永远离开地球
  第二宇宙速度        11.2        km/s
                        的最小地面发射速度
                        使卫星挣脱 太阳        引力束缚飞到太阳系外
  第三宇宙速度        16.7        km/s
                        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.
[即学即用] 
判断下列说法的正误.
(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.(  √         )
(2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9 km/s.(  ×        )
(3)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2 km/saB


                                            图4
                                                 解析    答案
解析 同步卫星与地球自转同步,故TA=TC,ωA=ωC,
            2
由v=ωr及a=ω    r得vC>vA,aC>aA


知vB>vC,ωB>ωC,TBaC.

故可知vB>vC>vA,ωB>ωC=ωA,TBaC>aA.
选项A正确,B、C、D错误.
总结提升

            同步卫星、近地卫星、赤道上物体的比较
 1.同步卫星和近地卫星
 相同点:都是万有引力提供向心力


 由上式比较各运动量的大小关系,即r越大,v、ω、an越小,T越大.
2.同步卫星和赤道上物体
相同点:周期和角速度相同
不同点:向心力来源不同


                    2
因此要通过v=ωr,an=ω      r比较两者的线速度和向心加速度的大小.
 针对训练2 (多选)关于近地卫星、同步卫星、赤道上的物体,以下
 说法正确的是 
 A.都是万有引力等于向心力
 B.赤道上的物体和同步卫星的周期、线速度、角速度都相等
√C.赤道上的物体和近地卫星的线速度、周期不同
√D.同步卫星的周期大于近地卫星的周期


                                                 解析    答案
解析 赤道上的物体是由万有引力的一个分力提供向心力,A项错误
;
赤道上的物体和同步卫星有相同周期和角速度,但线速度不同,B项
错误;


赤道上物体、近地卫星、同步卫星三者间的周期关系为T赤=T同>T近,

根据v=ωr可知v赤ω月,C正确.

同步卫星与静止在赤道上的物体具有相同的转动周期T,且赤道上物

                                        2
体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径,由an=(                 ) r得赤道上物体的
向心加速度小于同步卫星的向心加速度,D错误.


                 1  2 3 4  5
 3.(“同步卫星”与“赤道物体”及近地卫星的比较)(多选)如图5所示

 ,同步卫星与地心的距离为r,运行速率为v1,向心加速度为a1,地球

 赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为v2,地
 球半径为R,则下列比值正确的是 
√
                    √

                                           图5

                  1  2 3 4  5                    解析    答案
解析 地球同步卫星:轨道半径为r,运行速率为v1,向心加速度为a1
;

地球赤道上的物体:轨道半径为R,随地球自转的向心加速度为a2;
以第一宇宙速度运行的卫星为近地卫星.
对于卫星,其共同特点是万有引力提供向心力,

对于同步卫星和地球赤道上的物体,其共同特点是角速度相等,


                 1  2 3 4  5
 4.(第一宇宙速度的计算)若取地球的第一宇宙速度为8                km/s,某行星的
 质量是地球质量的6倍,半径是地球半径的1.5倍,此行星的第一宇宙
 速度约为 
√A.16 km/s         B.32 km/s
 C.4 km/s          D.2 km/s


                  1  2 3 4  5                          答案
 5.(第一宇宙速度的计算)某星球的半径为R,在其表面上方高度为aR的

 位置,以初速度v0水平抛出一个金属小球,水平射程为bR,a、b均为
 数值极小的常数,则这个星球的第一宇宙速度为 
√


                  1  2 3 4  5                    解析    答案
1   2   3   4   5
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