5.宇宙航行 [学习目标] 1.知道三个宇宙速度的含义和数值，会计算第一宇宙速度．(重点) 2.掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．(重点) 3.理解近地卫星、同步卫星的区别．(难点) 4.掌握卫星的变轨问题．(难点) 一、人造地球卫星 1．人造地球卫星的发射及原理 (1)牛顿设想：如图甲所示，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． 甲 乙 (2)发射过程简介：如图乙所示，发射人造地球卫星，一般使用三级火箭，最后一级火箭脱离时，卫星的速度称为发射速度，使卫星进入地球轨道的过程也大致为三个阶段． 2．动力学特点 一般情况下可认为人造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． 3．卫星环绕地球运动的规律 由G＝m可得v＝. 二、宇宙速度 1．三种宇宙速度 数值 意义 第一宇 宙速度 7.9 km/s 卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度 第二宇 宙速度 11.2 km/s 使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度 第三宇 宙速度 16.7 km/s 使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度 2.梦想成真 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15日，我国航天员杨利伟踏入太空． 2010年10月1日，我国的“嫦娥二号”探月卫星发射成功． 2013年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功． 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)发射人造地球卫星需要足够大的速度． (√) (2)卫星绕地球运行不需要力的作用． (×) (3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大． (×) (4)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.(×) (5)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s.(√) 2．中国计划于2020年发射火星探测器，探测器发射升空后首先绕太阳转动一段时间再调整轨道飞向火星．火星探测器的发射速度( ) A．等于7.9 m/s B．大于16.7 m/s C．大于7.9 m/s且小于11.2 m/s D．大于11.2 m/s 且小于 16.7 m/s D [第一宇宙速度为7.9 km/s，第二宇宙速度为11.2 km/s，第三宇宙速度为16.7 km/s，由题意可知：火星探测器的发射速度大于11.2 km/s且小于16.7 km/s.故D正确．] 3．关于地球同步卫星的说法正确的是( ) A．所有地球同步卫星一定在赤道上空 B．不同的地球同步卫星，离地高度不同 C．不同的地球同步卫星的向心加速度大小不相等 D．所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等 A [地球同步卫星一定位于赤道上方，周期一定，离地面高度一定，向心加速度大小一定，所以A项正确，B、C项错误；由于F＝G，所以不同的卫星质量不同，其向心力也不同，D项错误．] 人造卫星和同步卫星问题 1.人造卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力．因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道．当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道．如图所示． 2．地球同步卫星 (1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星． (2)特点 ①确定的转动方向：和地球自转方向一致． ②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h. ③确定的角速度：等于地球自转的角速度． ④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合． ⑤确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)． ⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s)． 【例1】 (多选)如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判断正确 ... ...
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