宇宙航行（宇宙速度及卫星追击）导学案 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第页第七单元第4节宇宙航行：宇宙速度及卫星追击1．第一宇宙速度7.9km/s 环绕速度意义：它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度推导方法一：GMmR推导方法二：mg=mv2其他星球的第一宇宙速度算法同理最大环绕速度，最小发射速度2．第二宇宙速度11.2km/s 脱离速度（逃逸速度）意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度3.第三宇宙速度16.7km/s意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度三种速度的联系1．运行速度与发射速度（1）运行速度为卫星进入运行轨道后稳定飞行的速度若卫星做匀速圆周，满足高轨低速大周期若卫星做椭圆运动，满足近地点速率大，远地点速率小（2）发射速度为卫星离开地表时的速度，三个宇宙速度均指发射速度由于卫星发射过程要克服引力做功，故发射速度要大于运行速度轨道半径越大，卫星具有的机械能越大，发射越困难2．发射速度与轨道的关系 发射后不再提供动力v发射＜7.9km/s，卫星将落回地面v发射=7.9km/s，卫星将绕地表做匀速圆周运动7.9km/s＜v发射＜11.2km/s卫星绕地球做椭圆运动v发射=11.2km/s，卫星将绕太阳做匀速圆周运动11.2km/s＜v发射＜16.7km/s卫星绕太阳做椭圆运动v发射≥16.7km/s，卫星将飞到太阳系以外空间题型二：卫星追击相遇问题1．从相距最近（两星在中心天体的同侧且三星共线）到再次相距最近所需最短时间ωt=2．从相距最近（两星在中心天体的同侧且三星共线）到相距最远（两星在中心天体的两侧且三星共线）所需最短时间：ωt=1．发射地球同步卫星要经过三个阶段：先将卫星发射至近地圆轨道1，然后使其沿椭圆轨道2运行，最后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，如图所示。当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（） A．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度 B．卫星在轨道1上经过Q点时的速度等于它在轨道2上经过Q点时的速度大小 C．卫星在轨道3上受到的引力小于它在轨道1上受到的引力 D．卫星由2轨道变轨到3轨道在P点要加速2．如图所示，有A、B两个行星绕同一恒星O做圆周运动，旋转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星第一次相遇（即两行星距离最近），则（） A．经过时间t＝T2+T1，两行星将第二次相遇 B．经过时间t=T1 C．经过时间t=12•T D．经过时间t=T3．在地面附近发射飞行器，当速度为v时，飞行器会克服地球引力，永远离开地球，则（） A．v＝6.7km/s B．v＝7.9km/s C．7.9km/s＜v＜11.2km/s D．v≥11.2km/s4．2021年2月24日，“天问一号”探测器在成功实施第三次近火制动后，进入近火点280千米、远火点5.9万千米、周期2个火星日的火星停泊轨道，在这条轨道上稳定运行3个月后，于5月15日成功着陆火星。为了得到火星全球的地形、地貌数据，“天问一号”在近火点不变的情况下需要不断变轨，如图所示。关于“天问一号”，以下说法正确的是（） A．“天问一号”在近火点的运行速度大于在远火点的运行速度 B．“天问一号”在火星停泊轨道加速后着陆 C．“天问一号”环绕火星稳定运行时，轨道半长轴越大，运行周期越大 D．“天问一号”在不同轨道的近火点的加速度相同5．如图所示，在赤道发射场发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则（） A．该卫星在P点的速度大于11.2km/s B．卫星在轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9km/s C．卫星在Q点需要适当加速，才能够由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ D．卫星在轨道Ⅱ上经过Q点时加速度大于轨道Ⅰ经过Q点时的加速度6．如图所示为发射同步卫星的原理图，卫星先发射至近地轨道1做圆周运动，在A点点火进入椭圆转移轨道2，卫星运动至椭圆轨道的远地点B点火进入同步轨道3，卫星在轨道1上的线速度大小为v1，在椭圆轨道近地点的速度大小为v2，在远地点的速度大小为v3，在轨道3上的线速度大小为v4，则下列说法正确的是（） A．v3＞v2 B．v1＜v4 C．轨道1与轨道3的周期之比为v D．轨道1与轨道3的周期之比为v7．如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，不考虑变轨过程卫星的质量变化，下列说法正确的是（） A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同 B．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同 C．卫星在轨道2运动时的周期比轨道1大 D．卫星在轨道2的机械能比轨道1小8．假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4200km的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6400km，地球同步卫星距地面高度为36000km，宇宙飞船和地球同步卫星绕地球同向运动，每当二者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站，某时刻二者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为（） A．4次 B．6次 C．7次 D．8次9．科技日报北京2017年9月6日电，英国《自然•天文学》杂志发表的一篇论文称，某科学家在银河系中心附近的一团分子气体云中发现了一个黑洞。科学研究表明，当天体的逃逸速度（即第二宇宙速度，为第一宇宙速度的2倍）超过光速时，该天体就是黑洞。已知某天体与地球的质量之比为k。地球的半径为R，地球卫星的环绕速度（即第一宇宙速度）为v1，光速为c，则要使该天体成为黑洞，其半