第4節(jié)宇宙航行第七章萬有引力與宇宙航行如圖所示，在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓設(shè)想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。你知道這個(gè)速度究竟有多大嗎？1.了解人造地球衛(wèi)星的最初構(gòu)想，能會推導(dǎo)第一宇宙速度。2.知道同步衛(wèi)星和其他衛(wèi)星的區(qū)別，能分析、解決人造地球衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的較簡單的問題。3.了解宇宙航行的歷程和進(jìn)展。知識點(diǎn)一：宇宙速度物體在地球附近繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽的作用可以忽略。只受到地球?qū)λ娜f有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供。用萬有引力定律就可求解。地球上的物體，發(fā)射的速度至少有多大才能離開地球進(jìn)行宇宙航行呢？例1：當(dāng)衛(wèi)星在地面附近繞地球運(yùn)行時(shí)，軌道半徑為r，地球的質(zhì)量為m地，物體的質(zhì)量為m。（1）請推導(dǎo)衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)v的表達(dá)式。（2）已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球質(zhì)量M=5.89×1024kg,地球半徑R=6400km＝6.4×106m，求衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)速度v的大小是多少？解：萬有引力提供物體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。近地衛(wèi)星在100?200km的高度飛行，遠(yuǎn)小于地球半徑（6400km），可以近似用地球半徑R代替衛(wèi)星到地心的距離r。由此解出1、第一宇宙速度（1）定義：物體在地球表面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫作第一宇宙速度。v=7.9km/s（2）人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與環(huán)繞速度①發(fā)射速度:指被發(fā)射物體離開地面時(shí)的速度。②環(huán)繞速度：指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度。①第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，發(fā)射速度低于它，衛(wèi)星將落回地面而不能繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。②第一宇宙速度也是衛(wèi)星剛好能在地球表面附近繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大環(huán)繞速度。③由知，衛(wèi)星軌道半徑為r越大，v環(huán)繞越小，但需要的發(fā)射速度v發(fā)射越大。（3）對第一宇宙速度的理解（4）第一宇宙速度意義第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，所以也稱為環(huán)繞速度。在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度等于7.9km/s，這一飛行器只能圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，還不能脫離地球引力的束縛，飛離地球?qū)崿F(xiàn)星際航行。7.9km/s第一宇宙速度思考與討論：

若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s，會出現(xiàn)什么情況？7.9km/s7.9km/s<v

<11.2km/s橢圓圓當(dāng)飛行器的發(fā)射速度等于或大于11.2km/s時(shí)，它就會克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。若衛(wèi)星的發(fā)射速度大于7.9km/s，繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡不再是圓，而是橢圓，發(fā)射速度越大，橢圓軌道越“扁”。2、認(rèn)識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(shí)，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（逃逸速度）。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(gè)速度叫作第三宇宙速度（脫離速度）。3、認(rèn)識第三宇宙速度數(shù)值意義第一宇宙速度___km/s(1)衛(wèi)星在地球表面附近繞地球做_____________的速度(2)人造衛(wèi)星的最小地面發(fā)射速度第二宇宙速度____km/s使衛(wèi)星掙脫_____引力束縛的最小地面發(fā)射速度第三宇宙速度____km/s使衛(wèi)星掙脫_____引力束縛的_____地面發(fā)射速度7.9勻速圓周運(yùn)動(dòng)11.2地球16.7太陽最小知識點(diǎn)二：人造地球衛(wèi)星衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力。因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合，其軌道可分為三類：1、人造衛(wèi)星軌道的分類(1)赤道軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道共面，衛(wèi)星始終處于赤道正上方。(3)任意軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道平面成某一角度。(2)極地軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道平面垂直，衛(wèi)星經(jīng)過兩極上空。2、人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行參量質(zhì)量為m的天體繞質(zhì)量為M的中心天體做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)：當(dāng)r增大時(shí)an減小v減小ω減小T增大3、人造地球衛(wèi)星的分類（1）近地衛(wèi)星：指衛(wèi)星軌道半徑近似等于地球半徑，即貼近地表。（2）同步衛(wèi)星的“六個(gè)一定”①軌道平面一定：赤道平面②周期與角速度一定：T=24h⑤運(yùn)轉(zhuǎn)方向一定:自西向東③軌道半徑一定:r=6.6R④速度大小一定:v=3.08km/s⑥向心加速度的大小一定:（3）同步衛(wèi)星的用途：主要用于通信，故也稱通信衛(wèi)星。3顆同步衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋,為了使同步衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3°左右才能放置一顆同步衛(wèi)星，也就是說，地球上空只能放下120顆同步衛(wèi)星。截止2012年，已發(fā)射100多顆。h=3.6××107mr=4.2××107mv=3.08km/sT=24hh=3.8××108mr≈3.8××108mv=1km/sT=27.3天h≈0r=6.4××106mv=7.9km/sT=84分鐘同步衛(wèi)星近地衛(wèi)星月球知識點(diǎn)三：載人航天與太空探索1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林進(jìn)入了東方一號載人飛船。實(shí)現(xiàn)了人類進(jìn)入太空的夢想。1969年7月16日9時(shí)32分，運(yùn)載阿波羅11號飛船的土星5號火箭在美國卡納維拉爾角點(diǎn)火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。7月20日下午10時(shí)56分，指揮長阿姆斯特朗踏上月面并說出了那句載入史冊的名言：“對個(gè)人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言，卻是巨大的飛躍。我國的航天成就1970年4月24日我國第一顆人造衛(wèi)星升空2007年10月24日嫦娥一號月球探測器發(fā)射成功2013年12月2日嫦娥三號探測器進(jìn)入太空2010年10月1日

嫦娥二號順利發(fā)射除了載人航天工程，我國還在許多方面進(jìn)行著太空探索。2013年6月，神舟十號分別完成與天宮一號空間站的手動(dòng)和自動(dòng)交會對接；2016年10月19日，神舟十一號完成與天宮二號空間站的自動(dòng)交會對接。2017年4月20日，我國又發(fā)射了貨運(yùn)飛船天舟一號，入軌后與天宮二號空間站進(jìn)行自動(dòng)交會對接、自主快速交會對接等3次交會對接及多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。2021年6月17日，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進(jìn)入天和核心艙，標(biāo)志著中國人首次進(jìn)入自己的空間站。1.若取地球的第一宇宙速度為8km/s，某行星質(zhì)量是地球的6倍，半徑是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度約為(

)A.16km/s B.32km/sC.4km/s D.2km/sA2.如圖所示，是同一軌道平面內(nèi)的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說法正確的是()A.線速度vA＜vB＜vCB.根據(jù)萬有引力定律，可知FA＞FB＞FCC.角速度ωA＞ωB＞ωCD.向心加速度aA＜aB＜aCC3.據(jù)人民日報(bào)客戶端1月3日的報(bào)道，上午10點(diǎn)26分，嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面，完成了人類航天史上的一項(xiàng)壯舉，實(shí)現(xiàn)了人類第一次在月背軟著陸，成為2019年太空領(lǐng)域的“開門紅”。關(guān)于月球，下列說法正確的是（）A．月球上地磁南極是地理的北極，和地球上相似；B．月球上的重力加速度約是地球上的6倍；C