1、 第三节第三节 飞向太空飞向太空 学 习 目 标 知 识 脉 络 1.知道火箭的原理及组成 2了解人类遨游太空的历史 3了解空间探测器及探测活动 4 能理解火箭运行时超重、 失重现象， 能分析变轨运行问题(重点、难点) 太 空 探 测 先填空 1人造卫星的发射 要成为地球的人造卫星，发射速度必须达到 7.9 km/s，要成为太阳的人造卫 星，发射速度必须达到 11.2 km/s. 2发射卫星的火箭 (1)原理：利用燃料燃烧向后急速喷出气体产生的反作用力，使火箭向前射 出 (2)组成：主要有壳体和燃料两部分 (3)多级火箭：用几个火箭连接而成的火箭组合，一般为三级；火箭起飞时， 第一级火箭的发动
2、机“点火”，推动各级火箭一起前进，待燃料燃尽后，第二级 火箭开始工作，并自动脱掉第一级火箭的外壳；火箭进一步加速，以此类推，最 终达到所需要的速度 3人类航天之旅如下表所示： 时间 国家 活动内容 1957 年 10 月 苏联 发射第一颗人造地球卫星 1961年4月 苏联 第一艘载人宇宙飞船“东方 1 号”发射成功， 苏联宇航员 加加林第一次实现了人类踏入太空的梦想 1969年7月 美国 “阿波罗 11 号”登上月球，将两名宇航员送上了月球， 实现了人类在月球上漫步的梦想 1971年4月 苏联 发射“礼炮 1 号”空间站 1981年4月 美国 “哥伦比亚号”载人航天飞机试验成功 2003 年
3、10 月 中国 发射“神舟五号”载人飞船， 首次载人航天飞行取得圆满 成功 2007 年 10 月 中国 “嫦娥一号”探月卫星发射成功， 中国首次对月球进行探 测 2011年6月 中国 “嫦娥二号”探月卫星飞离月球，飞向 150 万千米的第 2 拉格朗日点，进行深空探测 2011年9月 中国 “天宫一号”目标飞行器成功发射，并于 2011 年 11 月 3 日与“神舟八号”飞船对接成功 4.空间探测器 1962 年美国的“水手 2 号”探测器第一次对金星进行了近距离的考察 1989 年美国的“伽俐略号”木星探测器发射成功 2003 年美国的“勇气号”与“机遇号”火星探测器分别发射成功 再判断
4、1美国发射的飞船最早将宇航员送上了月球() 2发射卫星时，火箭离开地球表面时的速度为 7.9 km/s.() 3中国发射的卫星已经能够对月球进行探测() 后思考 多级火箭当第一级的燃料燃尽后第一级与箭体脱离，第二级开始工作每一 级燃料燃尽后为什么要让它与箭体分离 【提示】 由牛顿第二定律可知，作用力一定的情况下，质量越小获得的加 速度越大，燃料烧尽的部分壳体与箭体分离，使箭体质量减小，因而产生更大的 加速度，最终卫星会达到较大的速度 合作探讨 北京时间 2010 年 4 月 23 日 7 点 52 分(美国东部时间 2010 年 4 月 22 日 19 点 52 分)，美国研制的人类首架太空战
5、机 X37B 成功发射升空，“阿特拉斯 5 号”火箭执行了此次发射任务结束太空之旅后，X37B 将进入自动驾驶模式 返回地球， 最后在加州范登堡空军基地或者附近备用基地爱德华兹空军基地 着陆 探讨 1：多大的速度才能使物体不再落回地面，而使其成为绕地球运动的一 颗“星”呢？ 【提示】 速度达到 7.9 km/s. 探讨 2：多大的速度才能使物体成为绕太阳运动的一颗“星” 【提示】 速度达到 11.2 km/s. 核心点击 1人造卫星 人造卫星要进入飞行轨道必须有足够大的速度 速度达到 7.9 km/s 可进入绕 地球飞行的轨道，成为人造地球卫星；速度达到 11.2 km/s 可成为太阳的“人造
6、 行星” 2三级火箭 (1)一级火箭最终速度达不到发射人造卫星所需要的速度，发射卫星要用多 级火箭 (2)三级火箭的工作过程(如图 3- 3- 1 所示)火箭起飞时，第一级火箭的发动机 “点火”，燃料燃尽后，第二级火箭开始工作，并自动脱掉第一级火箭的外壳， 以此类推 火箭发射卫星示意图 图 3- 3- 1 由于各级火箭的连接部位需大量附属设备，这些附属设备具有一定的质量， 并且级数越多， 连接部位的附属设备质量越大， 并且所需的技术要求也相当精密， 因此，火箭的级数并不是越多越好，一般用三级火箭 1若地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其实际绕行速率( ) A一定等于 7.9 km/s B一定小于
7、7.9 km/s C一定大于 7.9 km/s D介于 7.911.2 km/s 之间 【解析】 设地球的质量为 M，卫星的质量为 m，地球的半径为 R，卫星的 轨道半径为 r，速率为 v，地球的第一宇宙速度为 v1， 则有 GMm r2 mv 2 r ，得 v GM r ， 当 rR 时，vv1 GM R 7.9103m/s. 而实际中卫星的轨道 rR，则 v2r T ，D 错误 【答案】 AB 5. (多选)发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道 1，然后点火， 使其沿椭圆轨道 2 运动，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道 3.轨道 1、2 相 切于 Q 点，轨道 2、3 相切于 P
8、 点，如图 3- 3- 5 所示当卫星分别在 1、2、3 轨 道上正常运动时，以下说法正确的是( ) 图 3- 3- 5 A卫星在轨道 3 上的速率大于在轨道 1 上的速率 B卫星在轨道 3 上的角速度小于在轨道 1 上的角速度 C卫星在轨道 1 上经过 Q 点时的加速度大小大于它在轨道 2 上经过 Q 点 时的加速度大小 D 卫星在轨道 2 上经过 P 点时的加速度大小等于它在轨道 3 上经过 P 点时 的加速度大小 【解析】 由 GMm r2 mv 2 r ，得 v GM r ，因为 r3r1，所以 v3v1，A 错 误；由 GMm r2 mr2，得 GM r3 ，因为 r3r1，所以 3
9、1，B 正确；卫星 在轨道 1 上经过 Q 点时的加速度为地球引力产生的，在轨道 2 上经过 Q 点时， 也只有地球引力产生加速度，故两者大小应相等，C 错误；同理，卫星在轨道 2 上经过 P 点时的加速度大小等于它在轨道 3 上经过 P 点时的加速度大小，D 正 确 【答案】 BD 卫星变轨问题的分析技巧 (1)根据引力与需要的向心力的关系分析： 当卫星绕天体做匀速圆周运动时， 万有引力提供向心力， 由 GMm r2 mv 2 r ，得 v GM r ，由此可见轨道半径 r 越大，线速度 v 越小 当由于某原因速度 v 突然改变时，若速度 v 减小，则 Fmv 2 r ，卫星将做 近心运动，轨迹为椭圆；若速度 v 增大，则 Fmv 2 r ，卫星将做离心运动，轨迹 为椭圆，此时可用开普勒三定律分析其运动 (2)卫星到达椭圆轨道与圆轨道的切点时，卫星受到的万有引力相同，所以 加速度相同
