人教版高中物理必修第二册第7章万有引力与宇宙航行4宇宙航行课件

第七章　万有引力与宇宙航行4 宇宙航行课前 · 自主预习宇宙速度7.9最大最小11.2地球最小16.7太阳最小关于宇宙速度，下列说法正确的是 (　　)A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度【答案】A【解析】第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是地球卫星绕地球飞行的最大速度，A正确，B错误；第二宇宙速度是在地面上发射物体，使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，C错误；第三宇宙速度是在地面上发射物体，使之飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度，D错误．1．________年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功．2．________年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功．为我国航天事业作出特殊贡献的科学家__________被誉为“中国航天之父”．3．地球同步卫星：(1)位于_______上方，高度约为__________km.(2)相对地面________，周期与_____________周期相同．人造地球卫星19571970钱学森赤道36 000静止地球自转1．1961年4月12日，苏联航天员________乘坐“东方一号”载人飞船首次成功进入太空．2．1969年7月美国“阿波罗11号”登上________．3．2003年10月15日我国航天员________踏入太空．4．2013年6月，“神舟十号”分别完成与“天宫一号”的手动和自动交会________．载人航天与太空探索加加林月球杨利伟对接5．2017年4月20日，我国又发射了货运飞船“天舟一号”，入轨后与“天宫二号”空间站进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接及多项实验．6．2021年5月15日7时18分，“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星的“乌托邦”平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务取得圆满成功．课堂 · 重难探究1．发射速度指卫星直接从地面发射后离开地面时的速度，相当于在地面上用一门威力强大的大炮将卫星轰出炮口时的速度，卫星离开炮口后，不再对卫星提供动力．现实中并非这样发射卫星，而是由火箭推送经过长时间的加速，最终送入预定轨道并工作运行．宇宙速度的推导和理解例1　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7～20 km，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017 kg/m3，那么该中子星的第一宇宙速度约为 (　　)A．7.9 km/s B．16.7 km/sC．2.9×104km/s D．5.8×104 km/s【答案】D【答案】A设卫星的轨道半径为r，线速度大小为v，角速度大小为ω，周期为T，向心加速度大小为a.人造卫星的运行规律例2　(2021年南通模拟)2021年4月29日，我国天宫空间站的“天和”核心舱发射成功，核心舱的运行轨道距地面高度为340～450 km，则核心舱 (　　)A．运行速度大于第一宇宙速度B．发射速度大于第一宇宙速度C．运行周期大于地球自转周期D．运行加速度大于地面的重力加速度【答案】B变式2　2020年6月23日，我国成功发射第55颗“北斗”导航卫星．“北斗”卫星导航定位系统由地球同步卫星、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成．下列说法正确的是 (　　)A．地球同步卫星的运行速度大于7.9 km/sB．地球同步卫星的线速度比静止在赤道上物体的小C．中轨道卫星的周期大于24 hD．中轨道卫星的向心加速度比地球同步卫星的大【答案】D本题解答时需注意：①区别两个半径(行星自身半径与公转轨道半径)；②区别两个加速度(公转向心加速度与行星表面重力加速度)；③比较第一宇宙速度时，只需比较根号内的数字大小即可．核心素养应用当卫星由于某种原因速度突然改变时(开启或关闭发动机或空气阻力作用)，万有引力就不再等于向心力大小，卫星将做变轨运行．物理与科学技术——航天器的变轨与对接3．综上所述，当卫星航天器需要变轨到更大半径的轨道则需要加速，但到达预定的轨道后的运行速度比原运行速度更小了，反之变轨到更小半径的轨道，则需要减速，但到达轨道后运行速度比原速度更大了．4．从能量的角度来讲，外力做功加速的目的是克服万有引力做功，从而获得更大的重力势能，而并非转化为卫星的动能．相反，减速之后，轨道半径变小，卫星将部分势能转化成了动能，从而获得了更大的速度．例3　(多选)如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则 (　　)A．该卫星的发射速度必定大于11.2 km/sB．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9 km/sC．在椭圆轨道上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度D．卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ【答案】CD【解析】11.2 km/s是卫星脱离地球引力束缚的发射速度，而同步卫星仍然绕地球运动，故A错误；7.9 km/s(第一宇宙速度)是近地卫星的环绕速度，也是卫星做圆周运动最大的环绕速度，同步卫星运动的线速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；椭圆轨道Ⅰ上，P是近地点，故卫星在P点的速度大于在Q点的速度，卫星在轨道Ⅰ上的Q点做向心运动，只有加速后才能沿轨道Ⅱ运动，故C、D正确．例4　(多选)中国火星探测器“天问一号”历经200多天成功闯过“四关”，第一关：抓住发射“窗口期”开启“地火转移”；第二关：抓住被火星捕获的机会精准刹车；第三关：绕火星飞行寻找最佳着陆点；第四关：安全着陆开展火星表面探测任务．“天问一号”成功发射，标志着中国深空探测技术取得了巨大进步．其中，探测器在停泊轨道和遥感轨道上运行时相切于同一点P(未画出)．下列有关闯这“四关”方面的物理学知识正确的是 (　　)A．“地火转移”过程，探测器关闭发动机后以第二宇宙速度匀速运动B．第二关中，探测器要被火星捕获，开启发动机作用是使探测器减速C．探测器在停泊轨道上运行经过P处时的加速度比在遥感轨道上经过同一P点时的加速度大D．若测出探测器绕火星表面做圆周运动的周期，即可根据引力常量求得火星的平均密度【答案】BD小练 · 随堂巩固1．关于地球的第一宇宙速度，下列说法正确的是 (　　)A．第一宇宙速度又叫环绕速度B．第一宇宙速度又叫脱离速度C．第一宇宙速度跟地球的质量无关D．第一宇宙速度跟地球的半径无关【答案】A2．关于地球同步卫星，下列表述正确的是 (　　)A．卫星运行时可能经过重庆的正上方B．卫星的运行速度大于第一宇宙速度C．卫星距离地面的高度大于月球离地面的高度D．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度【答案】D【答案】ABC4．(2021年菏泽期中)已知某行星的质量是地球质量的1.5倍，半径是地球半径的6倍，则此行星的第一宇宙速度约为(取地球的第一宇宙速度v1＝7.9 km/s) (　　)A．31.6 km/s B．15.8 km/sC．3.95 km/s D．1.98 km/s【答案】C【答案】A6．量子卫星成功运行后，我国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系．假设量子卫星轨道在赤道平面，如图所示．已知量子卫星的轨道半径是地球半径的m倍，同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，图中P点是地球赤道上一点，由此可知 (　　)【答案】D