人教版必修第二册课件宇宙航行

的第一宇宙速度约为地球第一宇宙速度的 32，火星探测器环绕火 星运行的最大速度为火星的第一宇宙速度，故 D 错误。
[答案] C
对“最小发射速度”和“最大环绕速度”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”：由 Gmr地2m＝mvr2，可得 v＝ Gmr 地， 轨道半径越小，线速度越大。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，线速度最大，所以近地卫星 的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。
3．太空探索的成果 1957 年 10 月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星。 1969 年 7 月，美国阿波罗 11 号登上月球。 2003 年 10 月，神舟五号发射升空，圆了中国人的飞天梦想。 2013 年 6 月，神舟十号与天宫一号空间站完成手动和自动交 会对接。 2016 年 10 月，_神__舟__十__一__号_和_天__宫__二__号__空间站自动交会对接。 2017 年 4 月，天__舟__一__号__成功发射并与天宫二号空间站自动交 会对接。
1．人造地球卫星
(1)动力学特点
一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其向
心力由地球对它的万有引力提供。
(2)速度和轨道＝ 越小，线速度_越__大_。
Gmr 地。可知，卫星的轨道半径
2．地球同步卫星 (1)位置：赤道上方高度约_3_6__0_0_0_k_m__处，相对地面_静__止__。 (2)周期：与地球自转周期_相__同__。
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
A．只有 a
24
10 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
3
m/s＝7.9×10 m/s。 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测6(十四)”
6.4×10 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
②万有引力近似等于星球表面的重力，由
mg＝mvR12，得
[明要点]
—
数值
意义
第一宇 宙速度
_7_.9_km/s
(1)卫星在地球表面附近绕地球做 _匀__速__圆__周__运__动__的速度 (2)人造卫星的最小地面发射速度
第二宇
使卫星挣脱_地__球__引力束缚的最小
_1_1_.2_km/s
宙速度
地面发射速度
第三宇
使卫星挣脱_太__阳__引力束缚的_最__小__
1
R “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
gR。
(2)推导 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)” “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)” “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
C．第一宇宙速度 v1 是人造地球卫星的最大发射速度，也是 最小环绕速度
D．在地球表面以速度 2v1 发射的卫星将会脱离太阳的束缚， 飞到太阳系之外
解析：设地球半径为 R，则地球的第一宇宙速度 v1＝ gR，对近 地卫星，有 GmR地2m＝mg，联立可得 m 地＝gvG14，A 正确；地球体积 V＝43πR3＝43πvg123，结合 m 地＝gvG14，可以估算出地球的平均密度 ρ ＝4π3Ggv2 12，B 错误；第一宇宙速度 v1 是人造地球卫星的最小发射 速度，也是最大的环绕速度，C 错误；第一宇宙速度 v1＝7.9 km/s， 第二宇宙速度 v2＝11.2 km/s，第三宇宙速度 v3＝16.7 km/s，在地 球表面以速度 2v1 发射的卫星，速度大于第二宇宙速度而小于第三 宇宙速度，此卫星成为绕太阳运动的卫星，D 错误。 答案：A
[例 1] 中国计划在 2020 年发射火星探测器，并在 10 年后实
现火星的采样返回。已知火星的质量约为地球的19，火星的半径约
为地球的12。下列关于火星探测器的说法正确的是
()
A．发射速度只要大于第一宇宙速度即可
B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以
C．发射速度应大于或等于第二宇宙速度，小于第三宇宙速度
B．只有 b
C．只有 c
D．b 和 c
解析：当发射的速度大于等于第二宇宙速度时，卫星会挣 脱地球的引力，不再绕地球飞行。当发射的速度大于等于 第三宇宙速度时，卫星会挣脱太阳的引力，飞出太阳系。 选项 D 正确。 答案：D
二、人造地球卫星 载人航天与太空探索 [微探究] 图甲为不同轨道上的人造地球卫星，图乙为我国的天宫二
1．第一宇宙速度 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
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Gm “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
地
(1)公式：v ＝ ，v ＝ “课时检测 素养评价”见“课时跟1踪检测(十四)”
_1_6_.7_km/s
宙速度
地面发射速度
[试小题]
1．判断正误。
(1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是 5.0 km/s。
(√)
(2)在地面上发射人造卫星的最小速度是 7.9 km/s。( √ )
(3)如果在地面发射卫星的速度大于 11.2 km/s，卫星会永远
离开地球。
(√)
(4)要发射一颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于
第 4 节 宇宙航行
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)” “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
1．了解人造地球卫星的最初构想，会推导第 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)” “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
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地球卫星的受力和运动情况，并解决涉及 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
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人造地球卫星运动的简单问题。 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
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一、宇宙速度 [微探究] 卫星发射和三个宇宙速度的示意图如图所示，思考下列问题：
(1)什么是第一宇宙速度？ (2)什么是第二、第三宇宙速度？
提示：(1)第一宇宙速度是卫星在地球附近绕地球做 匀速圆周运动的最大速度。
(2)第二宇宙速度是能够克服地球引力，永远离开地 球的速度；第三宇宙速度是能够挣脱太阳引力束缚，飞 到太阳系外的速度。
的是
()
解析：人造地球卫星靠地球的万有引力提供向心力而绕地球 做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力方向指向地心，所 以人造地球卫星做圆周运动的圆心是地心，否则不能做稳定 的圆周运动，故 A、C、D 正确，B 错误。 答案：ACD
三个宇宙速度的理解及应用
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
3．知道同步卫星和其他卫星的区别。 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)” “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
4．了解宇宙航行的历程和进展，会分析人造 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
4．发射速度与卫星的轨道关系 (1)当 7.9 km/s≤v 发< 11.2 km/s 时，卫星绕地球做椭圆运动。 (2)当 11.2 km/s≤v 发< 16.7 km/s 时，卫星绕太阳旋转，成为 太阳系一颗“小行星”，或绕其他行星旋转，成为其他行星的一 颗卫星。 (3)当 v 发≥16.7 km/s 时，卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳 系以外的空间中去。
“课时检测 ①万有引力提供向 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)” 心力，由
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)” “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
G
mR地2m＝
m
v12 R
得
v1＝
Gm地 R
＝
“课时检测
6.67×10 ×5.98× “课时检测
素 素养养评评价价””见见““－课课1时时1跟跟踪踪检检测测((十十四四))””
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
飞行器中能够克服地球的引力，永远离开地球的是 ( “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
)
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
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一宇宙速度。 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
2．知道三个宇宙速度的含义，了解发射速度 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)” “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
与环绕速度的区别和联系。 “课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
v1＝
gR＝ 9.8×6.4×106 m/s＝7.9×103 m/s。
第一宇宙速度公式 v1＝
GRm地和 v1＝ gR同样适用于
其他天体，其中 m 地、R、g 为对应天体的质量、天体半径、
天体表面的重力加速度。
(3)意义 ①第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度； ②第一宇宙速度是人造卫星做匀速圆周运动的最大速度，对
[对点训练]
1．2019 年 4 月 20 日 22 时 41 分，我国在西昌卫星发射中心用长
征三号乙运载火箭，成功发射第四十四颗北斗导航卫星。若
已知地球表面重力加速度为 g，引力常量为 G，地球的第一宇
宙速度为 v1，则 A．根据题给条件可以估算出地球的质量
()
B．据题给条件不能估算地球的平均密度
[试小题]
1．判断正误。
(1)人造地球卫星的最小运转半径是地球半径。
(√)
(2)人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由火箭推
力提供。
(×)
(3)卫星绕地球的轨道半径越大，运行速度越大。 ( × )
(4)地球同步卫星的角速度与地球自转的角速度相同。( √ )
2．[多选]如图所示的四种虚线轨迹，可能是人造地球卫星轨道
16.7 km/s。
(×)
2．如图所示，图中 v1、v2 和 v3 分别为第一宇宙速度、第二宇
宙速度和第三宇宙速度，三个飞行器 a、b、c 分别以第一宇
“课时检测 素养评价”见“课时跟踪检测(十四)”
“课时检测 “课时检测
素 素宙养养评评速价价””度见见““、课课时时第跟跟踪踪二检检测测宇((十十宙四四))””速度和第三宇宙速度从地面上发射，三个
号空间实验室。天宫二号的轨道高度大约是 393 km，同步卫星 的轨道高度大约是 3.6×104 km。思考下列问题：
(1)天宫二号和同步卫星的周期相比较哪个更大？ (2)天宫二号和同步卫星的运行速度、加速度哪个更大？ 提示：(1)同步卫星的周期更大。 (2)天宫二号的运行速度、加速度更大。
[明要点]
D．火星探测器环绕火星运行的最大速度约为第一宇宙速度的
2倍
[解析] 火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，还在太 阳系内，发射速度应大于或等于第二宇宙速度，小于第三宇宙速
度，故 A、B 错误，C 正确。由 Gmr中2m＝mvr2，得 v＝
Gmr中，
已知火星的质量约为地球的19，火星的半径约为地球的12，则火星
应的运行周期是人造卫星的最小周期，Tmin＝2π Rg ＝5 075 s ≈85 min。
2．第二宇宙速度 (1)大小：v2＝11.2 km/s。 (2)意义：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。 3．第三宇宙速度 (1)大小：v2＝16.7 km/s。 (2)意义：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。