1、第七章万有引力与宇宙航行 4 4宇宙航行宇宙航行 1.会推导第一宇宙速度，知道三个宇宙速度的含义. 2.了解人造地球卫星的历史及现状，认识同步卫星的特点. 3.了解人类对太空的探索历程和我国载人航天工程的发展. 学习目标 牛顿的设想 如图所示，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.你知道这个速度究竟有多大吗？ 情景引入 (1) 物体绕地球的运动可视为 _ 运动，设地球质量m地和 它到地心的距离为r，根据_提供物体运动所需的向心力，所 以 m ，可得v . (2)(2)数值数值: :已知地球的质量已知地球的质量, ,近似用地球半径近似
2、用地球半径R R代替代替r,r,算出算出v= v= _ _ =_,=_,这就是物体在地球附近做这就是物体在地球附近做匀速圆周运动匀速圆周运动的速度的速度, ,叫作第一叫作第一 宇宙速度宇宙速度。 一、宇宙速度宇宙速度 自学感知 梳理教材夯实基础 匀速圆周运动匀速圆周运动 万有引力万有引力 7.9 km/s7.9 km/s （3）第二宇宙速度 在地面附近发射飞行器，当飞行器的速度等于或大于 _时,它就会克服地球的引力,永远离开地球,我们把 _叫作第二宇宙速度 自学感知 梳理教材夯实基础 11.2 km/s11.2 km/s 11.2 km/s11.2 km/s （4）第三宇宙速度）第三宇宙速度
3、在地面附近发射飞行器在地面附近发射飞行器,如果要使其挣脱太阳引力的束缚如果要使其挣脱太阳引力的束缚, 飞到太阳系外飞到太阳系外,必须使它的速度等于或大于必须使它的速度等于或大于_,这个速这个速 度叫作第三宇宙速度。度叫作第三宇宙速度。 16.7 km/s16.7 km/s 发射速度v运动情况 V7.9km/s物体落回地面 V=7.9km/s物体在地面附近做 匀速圆周运动 7.9km/sv11.2km/s物体绕地球运动， 轨迹为椭圆 11.2km/sv16.7km/s物体绕太阳运动 16.7km/sv物体飞出太阳系 探究一、有人说，第一宇宙速度也可用 （式中g 为重力加速度，R为地球半径）算出，
4、你认为正确吗？ 探究解惑 注重过程提高能力 gR=v 参考答案：正确，因为在地面附近重力近似等于万有引力即重 力提供物体作圆周运动的向心力 由此解出s/km9 . 7=s/m104 . 68 . 9=gR=v 6 二、二、人造地球卫星人造地球卫星 自学感知 梳理教材夯实基础 1. 年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功. 年4月 24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1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”. 2.地球同步卫星的特点 地球同步卫星位于 上方高度约 处，因 ， 也称静止卫星.地球同步卫星与地球以 的角速度转动，周期与 地球自转周期 .
5、1957 1970 钱学森 赤道 36 000 km 相对地面静止 相同 相同 探究二、人造地球卫星的轨道有何特点？谁提 供向心力? 探究解惑 注重过程提高能力 由地球对它的万有引力提供向心力由地球对它的万有引力提供向心力 地心地心必定是卫星圆轨道的圆心。必定是卫星圆轨道的圆心。 【例2】 如图所示,有关人造地球卫星轨道的正确说法有() A.a、b、c均可能是卫星轨道 B.卫星轨道只可能是a C.a、b均可能是卫星轨道 D.b可能是同步卫星的轨道 【解析解析】选选C C。地球卫星围绕地球做匀速圆周运动。地球卫星围绕地球做匀速圆周运动, , 圆心是地球的地心圆心是地球的地心, ,所以凡是地球卫星
6、所以凡是地球卫星, ,轨道面必定经过轨道面必定经过 地球中心地球中心, ,所以所以a a、b b均可能是卫星轨道均可能是卫星轨道,c,c不可能是卫星不可能是卫星 轨道轨道, ,故故A A、B B错误错误,C,C正确正确; ;同步卫星的轨道必定在赤道平同步卫星的轨道必定在赤道平 面内面内, ,所以所以b b不可能是同步卫星的轨道不可能是同步卫星的轨道, ,故故D D错误。错误。 探究三、地球同步卫星有什么特点？ 探究解惑 注重过程提高能力 (2)特点特点 确定的转动方向：和地球自转方向一致确定的转动方向：和地球自转方向一致 确定的周期：和地球自转周期相同，即确定的周期：和地球自转周期相同，即T2
7、4 h. 确定的角速度：等于地球自转的角速度确定的角速度：等于地球自转的角速度 确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨 道平面必须与赤道平面重合道平面必须与赤道平面重合 确定的高度：离地面高度固定不变确定的高度：离地面高度固定不变(3.6104 km) 确定的环绕速率：线速度大小一定确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1103 m/s) 地球的同步轨道只有一条 【例2】 2015年12月29日，“高分四号”卫星升空。这是我国“高 分”专项首颗高轨道、高分辨率的光学遥感卫星，也是世界上空间 分辨率很高、幅宽很大的地球同步轨道遥感卫
8、星。下列关于“高分 四号”地球同步卫星的说法中正确的是（） A.该卫星定点在北京上空 B.该卫星定点在赤道上空 C.它的高度和速度是一定的，但周期可以是地球自转周期的整数倍 D.它的周期和地球自转周期相同，但高度和速度可以选择，高度增 大，速度减小 【解析】A错，B对：“高分四号”地球同步卫星相对地面静止 不动，所以必须定点在赤道上空。 C、D错：因为地球同步卫星要和地球自转同步，即它们的周期 T与角速度相同，根据 =m2r= ，可知一定，则r一定， 且v也是确定的。 【答案】B 2 GM m r 2 v m r 探究四、你能推导出卫星运行时，其an、v、 、T， 分别与其轨道半径r的关系吗？
9、 r T 4 m= r Mm G 2 2 2 GM r 2=T 3 2r GM =a r越大，T越大（4） 解得 n2 ma= r Mm G 2n r GM =a r越大，an越小 解得 （1） 2 1 n a r r m= r Mm G 2 2 r GM =r越大，v越小 （2）解得 1 v r 3 Tr 2 2 mr= r Mm G 3 r GM = r越大，越小（3）解得 3 1 r 探究解惑 注重过程提高能力 【例2】 多选有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径 分别为RA、RB，R= R=1 4，那么下列判断中正确的有（） A它们的运行周期之比TA TB=1 8 B它们的运行线速
10、度之比vA vB=4 1 C它们所受的向心力之比FA FB=4 1 D它们的运行角速度之比A B=8 1 【解析】A对：据 T= ；两卫星轨道半径之比RA RB=1 4，则 它们的运行周期之比TA TB= ： =1 8。 B错：据v= ；两卫星轨道半径之比RA RB=1 4，则它们的运行 线速度之比vA vB=2 1。 C错：向心力Fn= ，质量相同的人造卫星A、B，轨道半径之比 RA RB=1 4，它们所受的向心力之比FA FB=16 1。 D对：据= ，两卫星轨道半径之比RA RB=1 4，则它们的运行 角速度之比A B=8 1。 【答案】AD 3 2 R GM 3 A R 3 B R G
11、M R 2 M m G R 3 GM R 三、三、载载人航天与太空探索人航天与太空探索 1. 年苏联宇航员 进入东方一号载人飞船，铸就了人类首 次进入太空的丰碑. 2.1969年，美国 飞船发射升空，拉开人类登月这一伟大 历史事件的帷幕. 3. 年10月15日9时，我国 宇宙飞船把中国第一位航天 员 送入太空，截止到2017年底，我国已经将 名航天员送 入太空，包括两名女航天员. 4. 年6月，神舟十号分别完成与 空间站的手动和自动 交会对接；2016年10月19日，神舟十一号完成与天宫二号空间站的 自动交会对接.2017年4月20日，我国发射了货运飞船 ，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. 1961加加林 阿波罗11号 2003神舟五号 杨利伟 2013天宫一号 天舟一号 11 2 3 2 2 3 2 2 2 2 4 r GM ama GM r Tr T m r GM rm r GM v r v m r Mm ：G nn 人人造造地地球球卫卫星星 课堂小结课堂小结
