粤教版高中物理必修第二册第三章万有引力定律第四节宇宙速度与航天课件（56页）+学案（有解析）

第四节　宇宙速度与航天 【素养目标】　1.了解牛顿“平抛石头”思想， 学会基于证据大胆创新。知道三个宇宙速度的含义、大小，会计算第一宇宙速度，确立运动与相互作用观念。　2.了解不同类型人造卫星的轨道特点。理解人造卫星的运行规律，掌握同步卫星的特点。从人造卫星运行规律的探究中形成自己定量研究问题的意识和能力。　3.了解人类探索太空的历史、现状及其未来发展的方向。增强自身关心国内外科技发展现状与趋势的意识，培养自身促进社会可持续发展的责任心。 知识点一　宇宙速度 【情境导入】　牛顿曾提出过一个著名的理想实验：如图所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星。据此思考并讨论以下问题： (1)当速度较小时，物体做什么运动？逐渐增大抛出速度，观察落点的变化，当速度足够大时，物体还能落回到地球吗？物体将做什么运动？ (2)已知地球的质量为M，地球半径为R，引力常量为G，若物体紧贴地面飞行而不落回地面，其速度大小为多少？ (3)已知地球半径R＝6 400 km，地球表面的重力加速度g＝10 m/s2，则该物体环绕地球表面做圆周运动的速度多大？ 提示：(1)当抛出速度较小时，物体做平抛运动。当抛出速度非常大时，物体不能落回地球，物体绕地球做匀速圆周运动。 (2)物体紧贴地面飞行而不落回地面，围绕地球做匀速圆周运动，所需向心力由万有引力提供，有G＝m，解得v＝ 。 (3)当其紧贴地面飞行时r≈R，由mg＝m得v＝＝8 km/s。 【教材梳理】(阅读教材P67—P68完成下列填空) 1．第一宇宙速度：航天器在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度7.9_km/s称为第一宇宙速度，也叫环绕速度。 说明：如图，当发射速度大于7.9 km/s，而小于11.2 km/s时，航天器将沿环绕地球的椭圆轨道运动。 2．第二宇宙速度：若发射速度大于等于11.2 km/s，航天器就会挣脱地球的引力，不再绕地球运行，而是绕太阳运动或飞向其他行星。因此，人们将v＝11.2_km/s称为第二宇宙速度，又叫逃逸速度。 3．第三宇宙速度：如果要使航天器挣脱太阳的引力，飞出太阳系，其发射速度至少要达到v＝16.7_km/s。这一速度称为第三宇宙速度。 【师生互动】　以下太空探索实践中需要的发射速度是多少？ 提示：“嫦娥”奔月中卫星的发射速度应该大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度；“天问一号”的发射速度应该大于第二宇宙速度小于第三宇宙速度；无人外太阳系空间探测器的发射速度应该大于第三宇宙速度。 若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为(　　) A．16 km/s B．32 km/s C．4 km/s D．2 km/s 答案：A 解析：在地球上有G＝，在行星上有G＝，将v＝8 km/s，M′＝6M，R′＝1.5R代入解得v′＝16 km/s，A正确。 第一宇宙速度的两种求解方法 方法一： 由G＝得，v1＝＝ m/s≈7.9×103 m/s。 方法二： 由于物体受到的万有引力近似等于在地球表面的重力，即mg＝，得v1＝＝ m/s≈7.9×103 m/s。 拓展变式．已知某星球的半径为R，在该星球表面以初速度v0竖直向上抛出一个质量为m的物体(可看成质点)，物体经2t时间后落地，引力常量为G，则该星球的第一宇宙速度为(　　) A． 　 B．v0　 C． 　 D． 答案：C 解析：设该星球表面的重力加速度为g0，则有g0＝。该星球的第一宇宙速度为近地卫星的运行速度，根据重力提供向心力有mg0＝m，可得v＝＝ ，C正确。 理论研究表明，任一星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系为v2＝v1。已知某星球的半径为地球半径的一半，其表面的重力加速度大小为地球表面重力加速度的，地球的第一宇宙速度为7.9 km/s，忽略其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度约为(　　) A．2.8 km/s B．3.95 km ... ...