第3章 第3节　飞向太空

1、.第三节飞向太空学 习 目 标知 识 脉 络1.知道火箭的原理及组成2理解人类遨游太空的历史3理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1人造卫星的发射要成为地球的人造卫星，发射速度必须到达7.9 km/s，要成为太阳的人造卫星，发射速度必须到达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，第二级火箭开场工作，并自动脱掉第一级

2、火箭的外壳；火箭进一步加速，以此类推，最终到达所需要的速度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2019年10月中国发射“神舟五号载人飞船，首次载人航天飞行获得圆满成功2019年10月中国“嫦娥一号探月卫星发射成功，中国首次对月球进展探测2019年6月中国“嫦娥二号探月

3、卫星飞离月球，飞向150万千米的第2拉格朗日点，进展深空探测2019年9月中国“天宫一号目的飞行器成功发射，并于2020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展了近间隔 的考察1989年美国的“伽俐略号木星探测器发射成功2019年美国的“勇气号与“机遇号火星探测器分别发射成功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，火箭分开地球外表时的速度为7.9 km/s.×3中国发射的卫星已经可以对月球进展探测多级火箭当第一级的燃料燃尽后第一级与箭体脱离，第二级开场工作每一级燃料燃尽后为什么要让它与箭体别离【提示】由牛顿第二定律

4、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别离，使箭体质量减小，因此产生更大的加速度，最终卫星会到达较大的速度北京时间2019年4月23日7点52分美国东部时间2019年4月22日19点52分，美国研制的人类首架太空战机X37B成功发射升空，“阿特拉斯5号火箭执行了此次发射任务完毕太空之旅后，X37B将进入自动驾驶形式返回地球，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讨论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】速度到达7.9 km/s.讨论2：多大的速度才能使物体成为绕太阳运动的一颗“星【提示】速度到

5、达11.2 km/s.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到达7.9 km/s可进入绕地球飞行的轨道，成为人造地球卫星；速度到达11.2 km/s可成为太阳的“人造行星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3­3­1所示火箭起飞时，第一级火箭的发动机“点火，燃料燃尽后，第二级火箭开场工作，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3­3­1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

6、术要求也相当精细，因此，火箭的级数并不是越多越好，一般用三级火箭1假设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/sB一定小于7.9 km/sC一定大于7.9 km/sD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，那么有Gm，得v，当rR时，vv17.9×103m/s.而实际中卫星的轨道r>R，那么v<v17.9×103 m/s.应选B.【答案】B2如图3­3­2所示，火箭内的实验平台上有质量为18 kg的测试仪器，火

7、箭从地面起飞后，以加速度a竖直匀加速上升，g取10 m/s2，试求：图3­3­21火箭刚启动时，测试仪器对实验平台的压力是多大；2火箭升至距地面的高度为地球半径的一半，即h时，测试仪器对实验平台的压力又是多大【解析】1火箭启动时，设仪器受平台的支持力为F，由牛顿第二定律得Fmgma代入数据得F270 N，由牛顿第三定律知，测试仪器对平台的压力是270 N；2设高h处的重力加速度为g，所以gg对仪器由牛顿第二定律得FmgmaFmga代入数据得F170 N由牛顿第三定律知，测试仪器对平台的压力是170 N.【答案】1270 N2170 N火箭通过喷出高速气体，使火箭与气体之间发

8、生互相作用获得升力而加速上升，由牛顿定律可求出相关物理量.卫星宇宙飞船的变轨问题讨论1：正常运动的卫星要使其轨道半径变大，应该怎么办？【提示】需开动发动机使卫星加速讨论2：正常运行的卫星要使轨道半径变小，应该怎么办？【提示】需开动发动机使卫星减速卫星宇宙飞船在运行过程中，中心天体对卫星宇宙飞船的万有引力充当向心力1当万有引力恰好提供向心力时，卫星宇宙飞船在原轨道上运动2假设卫星或宇宙飞船通过自身发动机加速后，所需向心力增大，万有引力小于所需要向心力，卫星宇宙飞船做远离中心天体的运动3假设卫星或宇宙飞船减速时，所需向心力变小，即万有引力大于所需要向心力时，卫星宇宙飞船做靠近中心天体的运动3201

9、6年3月30日4时22分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲运载火箭，将第22颗北斗导航卫星成功送入太空预定转移轨道，之后该卫星需从轨道转移到轨道，定点在同步轨道上如图3­3­3所示，关于该过程，以下说法正确的选项是图3­3­3A卫星需从轨道上的P点适当加速B卫星可以从轨道上除Q外的任意点适当加速C卫星需从轨道上的Q点适当加速D卫星需从轨道上的Q点适当减速【解析】卫星假设从轨道上的P点或除Q外的任意点加速，只能改变其椭圆轨道，不可能进入轨道，A、B错误；假设卫星从轨道上的Q点适当加速，当满足G时，可由轨道转移到轨道，C正确，D错误【答案】C4多项选择我

10、国将来将建立月球基地，并在绕月轨道上建造空间站，如图3­3­4所示，关闭发动机的航天飞机在月球引力作用下沿椭圆轨道向月球靠近，并将在椭圆的近月点B处与空间站对接空间站绕月运行的轨道半径为r，周期为T，万有引力常量为G，月球的半径为R.以下描绘或结论正确的选项是 【导学号：35390049】图3­3­4A航天飞机到达B处由椭圆轨道进入空间站轨道时必须减速B图中的航天飞机正在加速地飞向B处C月球的质量为MD月球的第一宇宙速度为v【解析】由椭圆轨道进入空间站轨道必须减速，A正确航天飞机由A飞向B是加速运动的，B正确月球质量M，C错误月球第一宇宙速度v>，

11、D错误【答案】AB5. 多项选择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点，如图3­3­5所示当卫星分别在1、2、3轨道上正常运动时，以下说法正确的选项是图3­3­5A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Gm，得v，因为r3r1，所以v3v1，A错误；由Gmr2，得，因为r3r1，所以31，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