（新课标）高考物理 1.2.5 宇宙航行学案-人教版高三全册物理学案.doc

1.2.5宇宙航行
学习目标核心凝炼1.了解人造卫星的有关知识。3个速度——第一、二、三宇宙速度
1个模型——地球同步卫星2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。3.正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。

一、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。

2.近地卫星的速度
(1)原理：飞行器绕地球做匀速圆周运动，运动所需的向心力由万有引力提供，所以meq\f(v2,r)＝Geq\f(Mm,r2)，解得：v＝eq\r(\f(GM,r))。
(2)结果：用地球半径R代表近地卫星到地心的距离r，可算出：v＝eq\r(\f(6.67×10－11×5.98×1024,6.4×106))m/s＝7.9km/s。
3.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的最小地面发射速度
[理解概念]
判断下列说法是否正确。
(1)发射人造地球卫星需要足够大的速度。(√)
(2)卫星绕地球运行不需要力的作用。(×)
(3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大。(×)
(4)无论从哪个星球上发射卫星，发射速度都要大于7.9km/s。(×)
二、梦想成真
[观图助学]

1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星。
1969年7月，美国“阿波罗11号”登上月球。
1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功。
2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空。
2010年10月1日，我国的“嫦娥二号”探月卫星发射成功。
2013年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功。
2016年9月15日，天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射成功。
2018年05月21日，嫦娥四号中继卫星“鹊桥”在西昌卫星发射中心发射成功，嫦娥四号中继卫星“鹊桥”，将运行在绕地月L2点的HALO轨道上，为月球背面的嫦娥四号着陆器(后续发射)和巡视器与地球间的通信和数据传输提供地月中继通信支持。

宇宙速度

[观察探究]
发射卫星，要有足够大的速度才行。

图1
(1)怎样求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？
(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(1)根据Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)，v＝eq\r(\f(GM,R))；可见第一宇宙速度由地球的质量和半径决定；不同。
(2)轨道越高，需要的发射速度越大。
[探究归纳]
1.第一宇宙速度：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
速度。
2.第一宇宙速度的推导
万有引力提供卫星运动的向心力重力提供卫星运动的向心力公式Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)mg＝eq\f(mv2,R)结果v＝eq\r(\f(GM,R))v＝eq\r(gR)普适性既适用于地球，也适用于其它星体。3.第一宇宙速度的理解
(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。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。
(2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)可得v＝eq\r(\f(GM,r))，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度。
[试题案例]
[例1](2018·襄阳高一检测)若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为()
A.16km/s B.32km/s C.4km/s D.2km/s
解析第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，对于近地卫星，其轨道半径近似等于星球半径，所受万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，根据万有引力定律和牛顿第二定律得Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)
解得v＝eq\r(\f(GM,r))
因为行星的质量M′是地球质量M的6倍，半径R′是地球半径R的1.5倍，故
eq\f(v′,v)＝eq\f(\r(\f(GM′,R′)),\r(\f(GM,R)))＝eq\r(\f(M′R,MR′))＝2
即v′＝2v＝2×8km/s＝16km/s，A正确。
答案A

第一宇宙速度的计算方法
对于