4．宇宙航行 [学习任务] 1．知道宇宙速度的概念，区分三种宇宙速度，初步具有宇宙航行的运动观。 2．通过第一宇宙速度的推导过程，体会数学方法对物理学科的推动作用。 3．了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对未知世界的探索精神。 [问题初探] 问题1．第一宇宙速度绕哪个星体转动？ 问题2．第二宇宙速度绕哪个星体转动？ 问题3．第三宇宙速度离开了哪个星系？ [自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。 宇宙速度 1．第一宇宙速度 (1)物体绕地球速度推导：物体在地球附近绕地球的运动可视作匀速圆周运动，万有引力提供物体运动所需的向心力，有G ＝m，由此解出v＝(m地为地球的质量，r为物体做圆周运动的轨道半径)。 (2)数值：已知地球的质量，近似用地球半径R代替物体到地心的距离r，算出v＝＝7.9 km/s，这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。 2．第二宇宙速度 当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2 km/s 叫作第二宇宙速度。 3．第三宇宙速度 在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。 如图所示，当物体被抛出的速度足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星。 【问题】 (1)使物体变为卫星的最小发射速度是多少？ (2)不同星球的最小发射速度是否相同？ (3)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ 提示：(1)使物体变为卫星的最小发射速度是7.9 km/s。 (2)根据G ＝m，得v＝，可见第一宇宙速度由星球质量和半径决定，不同星球的最小发射速度不同。 (3)轨道越高，需要的发射速度越大。 1．宇宙速度 (1)三个宇宙速度v1、v2、v3 (2)宇宙速度均指发射速度，卫星的运行速度一定不大于其发射速度。 (3)第一宇宙速度的其他三种叫法：最小发射速度、最大环绕速度、近地绕行速度。 2．第一宇宙速度的推广 (1)任何一颗星球都有自己的第一宇宙速度，v＝或v＝，式中G 为引力常量，m星为中心星球的质量，g为中心星球表面的重力加速度，R为中心星球的半径。 (2)第一宇宙速度的值由中心星球决定。 3．对发射速度和环绕速度的理解 (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”：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G ＝m可得v＝，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度，即第一宇宙速度是最大环绕速度。 【微提醒】 在地面附近发射速度7.9 km/s
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