教案-全国-2019_2019年高中物理 第六章 第5节 宇宙航行讲义（含解析）新人教版必修2.doc

4宇宙航行一、宇宙速度┄┄┄┄┄┄┄┄①1．牛顿的设想把物体从高山上水平抛出，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。2．三种宇宙速度宇宙速度物理意义第一宇宙速度v＝7.9km/s物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度v＝11.2km/s当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它会克服地球的引力，永远离开地球第三宇宙速度v＝16.7km/s在地面附近发射物体的速度等于或大于16.7km/s时，物体会挣脱太阳引力的束缚而飞到太阳系外[说明]人造卫星能够绕地球转动而不落回地面，不是卫星不再受到地球引力的作用了，只是地球引力全部用来提供向心力。二、梦想成真┄┄┄┄┄┄┄┄②1．1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造卫星。2．1969年7月，美国阿波罗11号登上月球。3．2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空。4．2008年9月，我国成功发射“神舟七号”载人飞船，并首次实现太空行走。①[判一判]1．第一宇宙速度是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度(√)2．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度(×)3．绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10km/s(×)4．要发射一颗月球人造卫星，在地面的发射速度应大于16.7km/s(×)1.地球的第一宇宙速度及推导第一宇宙速度又叫环绕速度，是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，也是人造地球卫星的最小发射速度，其大小的推导有两种方法：方法一方法二2．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，也叫脱离速度，其大小为v＝11.2km/s。3．第三宇宙速度在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，也叫逃逸速度，其大小为v＝16.7km/s。[典型例题]例1.若取地球的第一宇宙速度为8km/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．16km/sB．32km/sC．4km/sD．2km/s[解析]由Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)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，即M′＝6M，R′＝1.5R，所以eq\f(v′,v)＝eq\f(\r(\f(GM′,R′)),\r(\f(GM,R)))＝eq\r(\f(M′R,MR′))＝2，则v′＝2v＝16km/s，A正确。[答案]A[点评]第一宇宙速度的计算(1)方法：第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，最大环绕速度，还是近地卫星的环绕速度。根据万有引力提供向心力计算出轨道半径等于地球半径的环绕速度，即为地球的第一宇宙速度。(2)技巧：①如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算；②如果不知道天体的质量和半径的具体大小，但知道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球环绕速度的表达式，用比例法进行计算；③如果知道天体的重力加速度，可以用“黄金代换”求解。[即时巩固]1．(2016·湛江高一检测)恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星。中子星的半径较小，一般在7～20km，但它的密度大得惊人。若某中子星的半径为10km，密度为1.2×1017kg/m3，万有引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，那么该中子星上的第一宇宙速度约为()A．7.9km/sB．16.7km/sC．2.9×104km/sD．5.8×104km/s解析：选D中子星上的第一宇宙速度即为它表面处的卫星的环绕速度，此时卫星的轨道半径可近似地认为是该中子星的半径，且中子星对卫星的万有引力充当向心力，由Geq\f(Mm,r2)＝meq\f(v2,r)，得v＝eq\r(\f(GM,r))，又M＝ρV＝ρeq\f(4πr3,3)，得v＝req\r(\f(4πGρ,3))≈5.8×107m/s＝5.8×104km/s，D正确。1.人造卫星绕地球运行的动力学原理人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供。2．卫星的轨道(1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道。(2)卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。(3)卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于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，所以地心一定是卫星圆轨道的圆心。(4)三类人造地球卫星轨道①赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上方；②极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上