第六章 5.宇宙航行

1、5宇宙航行1第一宇宙速度：表达式为_或_，大小为_，它是卫星最大的环绕速度，也是卫星最小的发射速度. (环绕速度：指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度)2第二宇宙速度：也叫脱离速度，大小为_，它表示当发射速度等于或大于此速度时，物体就会克服地球的引力，永远离开地球16.7 km/s3第三宇宙速度：也叫逃逸速度，大小为_，它表示当发射速度等于或大于此速度时，物体就会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外7.9 km/s11.2 km/s4通信卫星绕地球赤道运转，其周期与地球周期相同，这种卫星称为同步卫星从地面上看，此卫星像是悬在高空中静止不动有关同步卫星的叙述，正确的是()DA它的位置太高，不会

2、受地球引力的作用，所以能悬在高空静止B它受到太阳的引力恰好等于地球对它的引力C它受到月亮的引力恰好等于地球对它的引力D它受到地球的引力恰好等于它绕地球做匀速圆周运动的向心力解析：同步卫星在轨道内只受地球对它的万有引力作用，且用以提供它做圆周运动的向心力，D 对知识点1宇宙速度美国有部电影叫光速侠，是说一个叫 Daniel Light 的家伙在一次事故后，发现自己拥有了能以光速奔跑的能力根据所学物理知识分析，如果光速侠要以光速从纽约跑到洛杉矶救人，可能实现吗？ 图 651提示：不可能实现当人或物体以大于第一宇宙速度的速度在地表运动时，会脱离地表，到达外太空，即在地表运动的速度不能超过 7.9 k

3、m/s.1第一宇宙速度：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做第一宇宙速度设地球的质量为 M、半径为 r，则其大小为 v7.9 km/s，它是地球人造卫星的最小发射速度和最大环绕速度2第二宇宙速度：当发射物体的速度等于或大于 11.2 km/s 时，物体会挣脱地球的引力，不再绕地球运行，我们把这个速度叫做第二宇宙速度3第三宇宙速度：发射速度达到第二宇宙速度的物体虽然挣脱了地球引力的束缚，但还受到太阳引力的作用，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使发射速度等于或大于 16.7 km/s，这个速度叫做第三宇宙速度【例1】若取地球的第一宇宙速度为 8 km/s，某行星的质量是地球的

4、 6 倍，半径是地球的 1.5 倍，这行星的第一宇宙速度约为()A. 16 km/sB32 km/sC. 4 km/sD2 km/s答案：A【触类旁通】1.关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是()AA.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知识点2人造地球卫星探索宇宙的奥秘，奔向广阔的太空，是人类自古以来的梦想，人类是借助于火箭完成飞向太空的壮举的我国首个空间实验室“天宫一号”于 2011 年9 月29 日发射升空按计划与“神舟”八号、“神舟”九号和“神舟”十号进行无人和人工对接，实现我国航天器空间对接技术“神舟

5、”八号于 2011 年 11 月 1 日凌晨发射，这次发射的主要任务是与“天宫一号”对接图 652图 653讨论：苏联“神舟”五号杨利伟(1)1957 年 10 月 4 日，_发射了第一颗人造地球卫星(2)2003 年 10 月 15 日，我国的_宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把我国第一位航天员_送入太空，成为继苏联、美国后，第三个依靠自己的力量将宇航员送上太空的国家1人造地球卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力提供向心力，地球对卫星的万有引力指向地心而做匀速圆周运动的物体的向心力时刻指向它所做圆周运动的圆心因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合这样就存在

6、三类人造地球卫星轨道(如图 654 所示)：(1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面上，卫星始终处于赤道上方(2)极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空(3)一般轨道：卫星轨道和赤道成一定的角度图 6542人造地球卫星的最小周期：人造地球卫星的周期与轨道半径的关系为T2.由此可知，卫星的轨道半径 r 越大，周期 T 越大显然，卫星以第一宇宙速度在地球表面附近绕地球运动时的周期最小，最小周期约为 84.8 min.3人造地球卫星的运行速度和发射速度的区别：度指的是人造地球卫星在轨道上运行时的速度，其大小随轨道半径的增大而减小，所以卫星的运行速度 v7.9 km/s.但由于人造地球卫星

7、在发射过程中要克服地球引力做功，势能增大，所以将卫星发射到离地球越远的轨道上，在地面所需要的发射速度越大，卫星的最小发射速度为 7.9 km/s.4人造地球卫星的超重与失重：(1)发射和回收阶段：卫星发射加速上升的过程和卫星回收进入大气层减速下降的过程中，都具有向上的加速度，这时发生超重现象(2)沿圆轨道正常运行：卫星进入圆轨道正常运行以后，只受重力，向心加速度为 g，卫星及卫星上的任何物体都处于完全失重状态凡是应用重力原理制成的仪器(天平、水银气压计等)在卫星中都不能正常使用，凡是与重力有关的实验在卫星中都无法进行5地球同步卫星：(1)同步卫星：与地球同步转动，又称静止卫星(相对于地球表面静

8、止不动)或通信卫星(2)同步卫星的特点：周期 T、角速度与地球自转的周期和角速度相同，T24 h.轨道确定：因为、T 与地球自转的、T 相同，又在做匀速圆周运动，所以只能在赤道面上同地球自转同步(Rh)m 2 (Rh)，式中的如图 655 所示，假设卫星在轨道 B 跟着地球的自转同步地做匀速圆周运动，卫星运动的向心力由地球对它的引力 F引的一个分力 F1 提供，由于另一个分力 F2 的作用将使卫星靠向赤道；故只有在赤道上空，同步卫星才可能在稳定的轨道上运行，因此，所有的同步卫星只能在赤道的正上方，且在一定高度处因为GMm242TR 为地球半径，h 为卫星离地面的高度，经计算得 h3.6104

9、km.图 655【例2】(双选)下列关于地球同步卫星的说法，正确的是()A为避免通信卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上B通信卫星定点在地球赤道上空某处，所有通信卫星的周期都等于地球的自转周期C不同国家发射通信卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面上D不同通信卫星运行的线速度大小是相同的，加速度的大小也是相同的解析：通信卫星为同步卫星，地球同步卫星都在同一轨道上，且相对静止，A 错误，D 正确；同步卫星的运行周期与地球的自转周期一致，B 正确，C 错误答案：BD【例3】在天体演变的过程中，红巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星(电子被迫同原子核中的质子相结合而形成中子)，中

10、子星具有极高的密度若已知某中子星的密度为 1017kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期(引力常量 G6.671011Nm2/kg2)【触类旁通】2人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率()A一定等于 7.9 km/sBB等于或小于 7.9 km/sC一定大于 7.9 km/sD介于 7.9 km/s 和 11.2 km/s 之间解析：第一宇宙速度为 7.9 km/s，是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度3地球的半径为 R0，地球表面的重力加速度为 g，一个质量为 m 的人造卫星，在离地面高度为 hR0 的圆形轨道上绕地球运行，则()答案：A卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系【例4】人造地球卫星在运行中，由于受到稀薄大气的阻力作用，其运动轨道半径会逐渐减小，在此过程中，以下说法错误的是()A卫星的速率将增大B卫星的周期将增大C卫星的向心加速度将增大D卫星