高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行第一课时学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行第一课时学案，共2页。学案主要包含了学习目标，基础感知，课堂检测等内容，欢迎下载使用。

【学习目标】
知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度
会推导地球的第一宇宙速度
理解第二宇宙速度、第三宇宙速度
【基础感知】宇宙速度
1、牛顿的设想：如图所示，把物体水平抛出，如果速度 ，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为 .
原理：一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做 运动，向心力由地球对它的 提供，即 ，则卫星在轨道上运行的线速度 。
2、不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？
3、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？
4、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 。
7.9 km/s5、第三宇宙速度：在地面附近发射飞行器，使之能够脱离太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间的最小发射速度，称为第三宇宙速度，其大小为 。
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.()
在地面上发射火星探测器的速度应为 11.2 km/s要发射离开太阳系进入银河系的探测器，所需发射速度至少为 16.7 km/s.() (5)要发射一颗月球卫星，在地面的发射速度应大于 16.7 km/s.()
例 1：推导：对于近地人造卫星，轨道半径 r 近似等于地球半径 R＝6 400 km，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＝9.8 m/s2，则第一宇宙速度是多少？
人造卫星
卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道.
1、卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律.
＝
2
2、卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心.
GMm r2
mv ＝mω2r＝m r
4π2
T2
r＝man
得： v = ，= ， an = ， T = ，即 r 越大，v、ω、an 越小，T 越大
2018 级物理导学案编号：032 日期：4 月 2 日编制：王科审核：来争丽班级：小组：姓名：
3、卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示.
4、“最小发射速度”与“最大绕行速度”
“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.
“最大绕行速度”：由 GMm＝m v2可得 v＝GM，轨道半径越小，线速度越大，所以近地卫星的
r2rr
线速度(第一宇宙速度)是最大绕行速度.
例 2：已知地球的半径为 6400 km ，地球表面的重力加速度为 9.8
为多少？若发射一个周期小于T 的地球卫星，能否成功？
m / s2 ，计算近地卫星的周期T
梦想成真
1.1957 年 10 月 4 日 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 送入太空.
【课堂检测】
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 1 ，月球的半径约为地球半径的1，地球上的第一宇宙速度约为 7.9 km/s，则
814
该探月卫星绕月运行的最大速率约为()
A.0.4 km/sB.1.8 km/sC.11 km/sD.36 km/s
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 落回手中.已知该星球的半径为 R，求该星球的第一宇宙速度.(物体只受星球的引力)
3、金星的半径是地球的 0.95 倍，质量为地球的 0.82 倍，金星表面的自由落体加速度是多大？金星的“第一宇宙速度”是多大？