第四节 宇宙速度与航天
学习目标：1.[物理观念]知道什么是第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。 2.[科学思维]会计算人造地球卫星的第一宇宙速度，理解卫星的运行规律及同步卫星的特点。 3.[科学态度与责任]了解人类遨游太空的历史。
一、宇宙速度 1．第一宇宙速度
(1)意义：航天器在 绕地球做匀速圆周运动的速度，也叫环绕速度。 (2)数值单位： km/s。 2．第二宇宙速度
(1)意义：航天器挣脱地球的引力，不再绕地球运行，而是绕 运动或飞向其他行星的发射速度，又叫逃逸速度。
(2)数值单位： km/s。 3．第三宇宙速度
(1)意义：航天器挣脱 的引力，飞出 的发射速度。 (2)数值单位： km/s。 二、人造卫星
1．意义：人造卫星是指环绕地球在宇宙空间轨道上运行的 。
2．同步卫星是指与 相对静止的卫星，它的轨道平面与 重合，并且位于赤道上空 的高度上。
三、遨游太空
人类航天之旅如下表所示 时间 1957年10月 1961年4月 国家 苏联 苏联 发射第一颗人造地球卫星 第一艘载人宇宙飞船“东方1号”发射成功，苏联宇航员加加林第一次实现了人类遨游太空的梦想 “阿波罗11号”登上月球，将两名宇航员送上了月球，实现了人类在月球上漫步的梦想 1
活动内容 1969年7月 美国
1970年4月 1971年4月 2003年10月 2007年10月 2016年9月 中国 苏联 中国 中国 中国 我国第一颗人造卫星——“东方红一号”发射成功 发射“礼炮1号”空间站 发射“神舟五号”载人飞船，首次载人航天飞行取得圆满成功 “嫦娥一号”探月卫星发射成功，中国首次对月球进行探测 “天宫二号”空间实验室发射成功
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s。
( )
(2)如果在地面发射卫星的速度大于11.2 km/s，卫星会永远离开地球。( ) (3)要发射一颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s。 ( ) (4)使火箭向前射出的力是它利用火药燃烧向后急速喷出的气体产生的作用力。( ) 2．某位同学设想了人造地球卫星轨道(卫星发动机关闭)，其中不可能的是( )
A B C D 3．若地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其实际绕行速率( ) A．一定等于7.9 km/s B．一定小于7.9 km/s C．一定大于7.9 km/s D．介于7.9～11.2 km/s之间
如图，把物体水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落到地面，它将绕地球运动，成为地球的人造卫星，是什么力使物体绕地球运动？ 第一宇宙速度 2
提示：万有引力。 1．第一宇宙速度的理解 (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，因为发射高轨道卫星要克服地球引力做的功多(后面学习)。近地圆轨道是人造卫星的最低运行轨道，而此时的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v2Mm
最小，由Gr2＝mr可得v＝
GMr，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。
2．卫星的运行速度和发射速度的区别 v2Mm
由Gr2＝mr得v＝GM
r，v指的是卫星在轨道上运行时的速度，其大小随轨道半径的
增大而减小，所以卫星的运行速度v≤7.9 km/s。但由于卫星在发射过程中要克服地球引力做功(后面学习)，所以将卫星发射到离地球越远的轨道上，在地面上所需要的发射速度越大，因而卫星的最小发射速度为7.9 km/s。
3．第一宇宙速度的求解方法
GMmmv2
(1)环绕法：r2＝r，其中r＝R，得v＝
GMR。
v2
(2)代换法：地球表面卫星受到的地球引力等于卫星在地面的重力，由mg＝mR得v＝gR。 【例1】 我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”。设该卫星的轨道是圆形的，11
且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的81，月球的半径约为地球半径的4，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为( )
A．0.4 km/s C．11 km/s
B．1.8 km/s D．36 km/s
思路点拨：(1)绕月卫星的最大速率即为月球的第一宇宙速度。 (2)由v＝
GMr推出月球第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比。
3
第3章 第4节 宇宙速度与航天—2020-2021学年新教材粤教版高中物理必修第二册讲义学案
