高中物理（人教版）必修第二册讲义—宇宙航行
【学习目标】
1．通过阅读课本资料了解牛顿对人造卫星的猜想、外推的思路和思想，能写出第一宇宙速度的推导过程。 2．通过第一宇宙速度的推导总结，能说出人造地球卫星的原理及运行规律。3．通过阅读教材第三部分，能够介绍世界和我国航天事业的发展历史，感知人类探索宇宙的梦想，激发爱国热情，增强民族自信心和自豪感。
【学习重点】
第一宇宙速度的推导。
【学习难点】
知识梳理
一、宇宙速度
1.人造地球卫星
(1)牛顿的设想：如图所示，把物体水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。 化学泥浆(2)运动规律：一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动。
(3)向心力来源：人造地球卫星的向心力由地球对它的万有引力提供。
2．宇宙速度
宇宙速度数值/(km·s－1)物理意义
滤菌器是使人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度；也是人造卫星绕第一宇宙速度7.9(环绕速度)
地球运动的最大运行速度
第二宇宙速度11.2(脱离速度)是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度
第三宇宙速度16.7(逃逸速度)是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度
梦想成真
1957年10月苏联成功发射了第一颗人造卫星；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；2007年10月24日我国“嫦
娥一号”发射升空；
2008年9月27日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务；
2010年10月1日“嫦娥二号”发射升空。2011年9月29日“天宫一号”
发射升空。
2011年11月1日“神舟八号”发射升空。2011年11月3日“天宫一号”与“神
舟八号”对接成功。
2012年6月16日“神舟九号”发射升空，与在轨运行的“天宫一号”目标飞行器进行载人交会对接，航天员进入“天宫一号”工作和生活，开展相关空间的科学实验。
2013年6月11日“神舟十号”发射升空，并在6月13日与“天宫一号”交会对接；6月20日上午，中国载人航天史上的首堂太空授课开讲。
二、对第一宇宙速度的理解
1.第一宇宙速度
第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度，即近地卫星的环绕速度。
2.决定因素
由第一宇宙速度的计算式v ＝GM R 可以看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量M 和半径R ，与卫星无关。
3.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 Mm r 2＝m v 2r 可得v ＝GM r
，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。
三、人造卫星的运动规律
楼层呼叫器（一）设人造卫星的运行速度为v、角速度为ω、周期为T、向心加速度为a n、轨道半径为r，人造卫星做匀速圆周运动所需要的向心力由万有引力提供，即
G Mm
japanese tecther2r2＝m v2
r＝mrω
2＝m
4π2
T2
r＝ma n，可推导出：
v＝GM
r
ω＝GM
r3
T＝2πr3
GM
a n G M
互联网情报r2
⇒当r增大时
v减小
ω减小
T增大
喷淋除尘器a n减小
（二）地球同步卫星
1.定义
相对于地面静止的卫星，叫作地球同步卫星，又叫作通信卫星。
2.特点：同步卫星的六个“一定”
课堂训练
1．判断下列说法的正误．
(1)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9km/s.(√
)
(2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9km/s.(×)(3)我国向月球发射的“嫦娥二号”宇宙飞船在地面附近的发射速度要大于11.2km/s.
(×)
(4)在地面附近发射火星探测器的速度v 满足11.2km/s<v <16.7km/s.(√)
(5)由v ＝
GM r ，高轨道卫星运行速度小，故发射高轨道卫星比发射低轨道卫星更容易．
(×)
2．已知火星的半径为R ，火星的质量为m 火，引力常量为G ，则火星的第一宇宙
速度为．
答案Gm 火
R 重点突破
知识点一、三个宇宙速度1．第一宇宙速度
(1)两个表达式
思路一：万有引力提供向心力，由G Mm R 2＝m v 2R 得v ＝GM R .
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