宇宙航行+高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第七章万有引力与宇宙航行第1节行星的运动

如图所示，在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗?一、宇宙速度1.第一宇宙速度的推导一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力提供，即，则卫星在轨道上运行的线速度.有人说，第一宇宙速度也可用(式中g为重力加速度，R为地球半径)算出，你认为正确吗?对第一宇宙速度的理解(1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度．(2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度．一、第一宇宙速度：（环绕速度）（1）概念：是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的速度．（v＝7.9km/s）（2）推导（3）第一宇宙速度是最小的发射速度，最大的环绕速度二、第二宇宙速度（脱离速度）在地面附近发射飞行器，使之能够克服地球的引力，永远离开地球所需的最小发射速度，其大小为11.2km/ss.当发射速度7.9km/s<v0<11.2km/s时，物体绕地球运行的轨迹是椭圆，且在轨道不同点速度一般不同.三、第三宇宙速度（逃逸速度）在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度，其大小为16.7km/s大小.二、人造地球卫星1957年，10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。（斯普特尼克一号，下左图）1970年，4月24日，我国上第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。（上右图）钱学森——中国航天之父。人造地球卫星的运行轨道

地球的引力提供卫星圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面一定高度；②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直；③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。

人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率是下列的哪种情况：A.一定等于7.9km/sB.等于或小于7.9km/sC.一定大于7.9km/sD.介于7.9～11.2km/s注意：该速率是运行速度的大小，不是卫星的发射速度地球v1v2卫星的轨道半径r越大，做圆周运动的速度v就越小。例题2第一宇宙速度的物理意义A.是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度C.是在地面附近发射人造地球卫星的最小发射速度B.是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度总结：卫星高度约h=5.6R=3.6×107mv=3.1km/s卫星速度约hR1.定义：相对于地面静止的，跟地球自转同步的卫星，同步卫星也叫通讯卫星。①定周期，即运行周期等于地球自转周期（24h）；②定轨道平面,即运行平面在赤道平面内；③定高度，即离地面高度一定（h=3600km）；④定速度,即运行速度一定；

万有引力提供卫星做圆周运动的向心力2.特点：通讯卫星（地球同步卫星）梦想成真

1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人进入太空的梦想1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球我国的航天成就

1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功2010年10月1日嫦娥二号顺利发射2013年12月2日嫦娥三号探测器进入太空，当月14日成功软着陆于月球2003年10月15日，神舟五号，杨利伟2005年10月12日，神舟六号，费俊龙聂海胜2008年9月25日，神舟七号，翟志刚、刘伯明、景海鹏2011年11月1日，神舟八号顺利升空2012年6月16日，神州九号2013年6月11日，神舟十号，聂海胜、张晓光、王亚平2011年9月29日天宫一号发射升空2011年11月，天宫一号与神舟八号飞船成功对接2012年6月18日神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器自动交会对接2013年6月13日，神舟十号飞船与天宫一号顺利自动交会对接我国的航天成就2016年9月15日22时04分12秒，天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射。2016年10月19日凌晨，神州十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。航天员景海鹏、陈东进入天宫二号。2017年9月17日15时29分，地面发送指令，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室实施分离。2018年9月15日，天宫二号空间实验室已圆满完成2年在轨飞行和各项试验任务，天宫二号平台及装载的应用载荷功能正常、状态良好。为进一步发挥空间应用效益。2019年7月19日21时06分，天宫二号空间实验室受控离轨并再入大气层，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。天宫二号受控再入大气层，标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部任务圆满完成。2018年12月8日2时23分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙改二型运载火箭成功发射嫦娥四号探测器。2019年1月3日10时26分，在反推发动机和着陆缓冲机构的“保驾护航”下，一吨多重的“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区。2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭将“天问一号”探测器发射升空，飞行2000多秒后，成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之旅，迈出了中国自主开展行星探测的第一步。我国的航天成就内容小结三个宇宙速度1.第一宇宙速度v1=7.9km/s2.第二宇宙速度v2=11.2km/s3.第三宇宙速度v3=16.7km/s练一练1、如图所示，我国自主研发的北斗卫星导航系统由多颗卫星组成，包括分布于a类型轨道的同步轨道卫星、分布于b类型轨道的倾斜轨道卫星（与同步卫星轨道半径相同，轨道倾角55°）和分布于c类型轨道的中轨道卫星，中轨道卫星在3个互成120°的轨道面上做圆周运动。下列说法正确的是（）

A.a类型轨道上的卫星相对于地面静止且处于平衡状态B.a类型轨道上的卫星运行速率等于b类型轨道上卫星的运行速率C.b类型轨道上的卫星也与地球保持相对静止D.三类卫星相比，c类型轨道上的卫星的向心加速度最小B2、［多选］如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道，然后在P点经极短时间点火变速后进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为同步轨道上的Q点），到达远地点时再次经极短时间点火变速后，进入同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运