7.4 宇宙航行 ——2025-2026学年高一物理必修二（2019人教版）同步讲练（原卷版+解析版）

中小学教育资源及组卷应用平台 7.4宇宙航行 1.了解人造地球卫星的特点，明确三个字宙速度的含义及数值，会推导第一宇宙速度。了解宇宙航行的历程和进展。 2.会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决相关问题。 3.知道同步卫星的特点，理解发射速度与环绕速度的区别与联系。 知识点一：宇宙速度 第一宇宙速度（环绕速度） （1）大小：7.9km/s。 （2）意义：①卫星环绕地球表面运行的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的最大速度。②使卫星绕地球做匀速圆周运动的最小地面发射速度。 （3）推导过程： ①根据万有引力提供向心力，有，得 ②已知地球表面的重力加速度，则由万有引力和重力近似相等有，得 ①上述两种推导地球第一字宙速度的方法，对其他天体也适用; ②两种思路的本质是相同的，都是万有引力（或重力）提供向心力。 2．第二宇宙速度（脱离速度） （1）大小：11.2 km/s。 （2）意义：使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度。 （3）在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为v=11.2 km/s。 3．第三宇宙速度（逃逸速度） （1）大小：16.7km/s。 （2）意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度。 （3）在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，其大小为v=16.7km/s。 4.三个宇宙速度 数值 意义 说明 第一宇宙速度（环绕速度） 7.9km/s 物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度 7.9km/s是卫星在地面附近的最小发射速度，也是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，在地面上发射人造卫星的速度满足7.9km/s＜v＜11.2km/s时，卫星在椭圆轨道上绕地球运动（此时速度越大，椭圆的长轴越长） 第二宇宙速度（逃逸速度） 11.2km/s 物体挣脱地球引力的束缚，离开地球的最小发射速度 当11.2km/s≤v＜16.7km/s时，卫星脱离地球引力的束缚，成为太阳系的一颗“小行星” 第三宇宙速度（脱离速度） 16.7km/s 物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度 当v≥16.7km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间中去 当发射速度v与宇宙速度分别有如下关系时，被发射物体的运动情况如下： ①当v＜v1时，被发射物体最终将落回地面；②当v1≤v＜v2时，被发射物体将绕地球运动，成为地球卫星；③当v2≤v＜v3时，被发射物体将挣脱地球引力的束缚，不再绕地球运行，而是绕太阳运动或飞向其他行星； ④当v≥v3时，被发射物体将挣脱太阳引力的束缚，飞出太阳系。 知识点二：人造地球卫星 1、人造卫星的加速度、周期和轨道的关系 （1）向心力和向心加速度：向心力是由万有引力充当的，即F＝，再根据牛顿第二定律可得，随着轨道半径的增加，卫星的向心力和向心加速度都减小。 （2）线速度v：由得，随着轨道半径的增加，卫星的线速度减小。 （3）角速度ω：由得，随着轨道半径的增加，做匀速圆周运动的卫星的角速度减小。 （4）周期T：由得，随着轨道半径的增加，卫星的周期增大。 注意：上述讨论都是卫星做匀速圆周运动的情况，而非变轨时的情况。 2、卫星的各物理量随轨道半径的变化而变化的规律 3. 卫星的变轨与飞船的对接 （1）卫星的变轨问题 当万有引力恰好提供卫星所需的向心力，即时，卫星做匀速圆周运动;当卫星的速度大小发生变化时，所需的向心力也会发生变化，此时万有引力不再等于所需的向心力，卫星将做变轨运动，有以下两种情形： ①制动变轨：卫星的速率变小时，使得万有引力大于所需向心力，即，卫星做向心运动，轨道半径变小。所以要使卫星的轨道半径变小，需开动发动机使卫星做减速运动 ②加速变轨：卫星的速率变大时，使得万有引力 ... ...