宇宙航行高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

第4節(jié)宇宙航行第七章

萬有引力與宇宙航行高中物理人教版（2019）必修第二冊牛頓的設(shè)想從高山上水平拋出物體，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)，速度如果足夠大，物體就不會再落回地面，它將繞地球運(yùn)動，成為人造地球衛(wèi)星。物體不落地，它將怎樣運(yùn)動？勻速圓周運(yùn)動！向心力由什么力提供？引力提供向心力！地球質(zhì)量為

M，地球半徑為

R，引力常量為

G，請求出地面上物體的繞行速度。R解：引力提供向心力：地面上的物體：r=R三個宇宙速度第一宇宙速度定義：物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動的速度。公式：地球的第一宇宙速度大小為

7.9km/sR如何計算月球的第一宇宙速度？引力提供向心力！R三個宇宙速度第一宇宙速度對第一宇宙速度的理解：①“最小發(fā)射速度”向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因為發(fā)射衛(wèi)星要克服地球?qū)λ囊?。近地軌道是人造衛(wèi)星的最低運(yùn)行軌道，而近地軌道的發(fā)射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。②“最大環(huán)繞速度”Rr

越大，v

越小三個宇宙速度第二宇宙速度理論研究指出，在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當(dāng)飛行器的速度等于或大于11.2km/s時，它就會克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把11.2km/s叫作第二宇宙速度。7.9km/s11.2km/s>v>7.9km/s三個宇宙速度第三宇宙速度達(dá)到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對它的引力。在地面附近發(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個速度叫作第三宇宙速度。7.9km/s11.2km/s>v>7.9km/s7.9km/s11.2km/s>v>7.9km/s11.2km/s16.7km/s2、第二宇宙速度：3、第三宇宙速度：1、第一宇宙速度：→人造衛(wèi)星v3=16.7km/sv2=11.2km/s

v1=7.9km/s11.2km/s>v>7.9km/s例題1.某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時間

t

后，物體以速率v

落回手中。已知該星球的半徑為R，求該星球上的第一宇宙速度。第一宇宙速度為衛(wèi)星在其表面附近做勻速圓周運(yùn)動的線速度衛(wèi)星的重力提供向心力，則：解：星球表面的重力加速度：該星球表面的第一宇宙速度為：3將各種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動都近似看成勻速圓周運(yùn)動，你能推出衛(wèi)星環(huán)繞速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的關(guān)系嗎？124萬有引力充當(dāng)向心力F引

=Fnr

越大，v

越小r

越大，T

越大r

越大，a

越?。?）離地面越高，向心加速度越_____

（2）離地面越高，線速度越_____（3）離地面越高，角速度越____（4）離地面越高，周期越_____小大小思考：對于繞地球運(yùn)動的人造衛(wèi)星高軌、低速、大周期小同一軌道，v、ω、T都相同例題2.探測器繞月球做勻速圓周運(yùn)動，變軌后在周期較小的軌道上仍做勻速圓周運(yùn)動，則變軌后與變軌前相比()A.軌道半徑變小B.向心加速度變小C.線速度變小D.角速度變小

A例題3.如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相同，且小于c的質(zhì)量，則（

）A.b所需向心力最大B.b、c

周期相等，且大于a周期C.b、c

向心加速度相等，且大于a的向心加速度D.

b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度BDacb地

球人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星——運(yùn)行規(guī)律3124高軌、低速、大周期人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星——運(yùn)行軌道赤道軌道ω其它軌道ω極地軌道ω人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星——運(yùn)行軌道所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓或橢圓軌道上三類人造地球衛(wèi)星軌道：①赤道軌道，衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方②極地軌道，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極上空③一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度。例題4.（多選）如圖所示的四種虛線軌跡，可能是人造地球衛(wèi)星軌道的是(

)

ACDA．

B． C．

D．

這個衛(wèi)星有什么特別之處？與地面相對靜止人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星——地球同步衛(wèi)星定義：相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星——地球同步衛(wèi)星既然它與地面相對靜止，請問它有哪些特點(diǎn)呢？人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星——地球同步衛(wèi)星特點(diǎn)：六個“一定”①周期一定②軌道半徑一定③速率一定④軌道平面一定在赤道平面⑤運(yùn)轉(zhuǎn)方向一定自西向東⑥向心加速度的大小一定例題5.地球同步衛(wèi)星是指相對于地面不動的人造地球衛(wèi)星,它(

)A.可以在地面上任一點(diǎn)的正上方,且離地心的距離可按需要選擇不同的值B.可以在地面上任一點(diǎn)的正上方,但離地心的距離是一定的C.只能在赤道的正上方但離地心的距離可按需要選擇不同的值D.只能在赤道的正上方,且離地心的距離是一定的D1.下圖是地球的三個宇宙速度示意圖，下列說法中錯誤的是（

）A．地球的第一宇宙速度大小與地球質(zhì)量有關(guān)B．第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的最小速度C．若物體的發(fā)射速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，則物體繞太陽運(yùn)行D．同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度一定小于地球的第一宇宙速度B2.如圖所示是在同一軌道平面上的三顆不同的人造地球衛(wèi)星，關(guān)于各物理量的關(guān)系，下列說法正確的是(

)A．vA<vB<vCB．FA>FB>FCC．ωA>ωB>ωCD．a(chǎn)A<aB<aCC3.電影《流浪地球2》中的“太空電梯”引起熱議。其原理如圖所示，通過纜繩將位于地球同步軌道的空間站一邊連接在地面的基座上，另一邊連接配重廂，整個“太空電梯”和地面保持相對靜止。關(guān)于“太空電梯”，下列說法正確的是（）A．地面基座可以在徐州修建 B．配重廂的線速度大于空間站的線速度C．纜繩對配重廂的作用力背離地心向外 D．空間站的線速度