物理·必修2(人教版)
万有引力与航天
第五节 宇 宙 航 行
1．(双选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )
A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s， ( http: / / www.21cnjy.com )第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2.
B．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度
C．第二宇宙速度是地面附近使物体可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度
D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度
答案：CD
2．我国发射的“天宫一号”和“神舟八号”在 ( http: / / www.21cnjy.com )对接前，“天宫一号”的运行轨道高度为350 km，“神舟八号”的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则( )
A．“天宫一号”比“神舟八号”速度大
B．“天宫一号”比“神舟八号”周期长
C．“天宫一号”比“神舟八号”角速度大
D．“天宫一号”比“神舟八号”加速度大
解析：万有引力提供向心力，G＝ma＝m＝mω2r＝mr.可知，B正确．
答案：B
3．两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为TA∶TB＝1∶8则轨道半径之比和运动速率之比分别为( )
A．RA∶RB＝4∶1，vA∶vB＝1∶2
B．RA∶RB＝4∶1，vA∶vB＝2∶1
C．RA∶RB＝1∶4，vA∶vB＝1∶2
D．RA∶RB＝1∶4，vA∶vB＝2∶1
答案：D
4．(双选)下列关于地球同步卫星的说法正确的是( )
A．它的周期与地球自转同步，但高度和速度可以选择，高度增大，速度减小
B．它的周期、高度、速度都是一定的
C．我们国家发射的同步通讯卫星定点在北京上空
D．我国发射的同步通讯卫星也定点在赤道上空
答案：BD
一、单项选择题
1．宇宙飞船在半径为R1的轨道上运行，变轨后的半径为R2，R1＞R2，宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，则变轨后宇宙飞船的( )
A．线速度变小 B．角速度变小
C．周期变大 D．向心加速度变大
解析：根据G＝m＝mω2r＝m＝ma向得v＝ ，可知变轨后飞船的线速度变大，A错；角速度变大，B错；周期变小，C错；向心加速度变大，D正确．
答案：D
2．一人造地球卫星绕地球做 ( http: / / www.21cnjy.com )匀速圆周运动，假如该卫星变轨后做匀速圆周运动，速度减小为原来的1/2，不考虑卫星质量的变化，则变轨前后卫星的( )
A．向心加速度大小之比为41
B．角速度大小之比为21
C．周期之比为18
D．轨道半径之比为12
解析：由G＝m知，变轨前后半径之比为14，故D错．由G＝ma＝mω2r＝mr可知C正确．
答案：C
3．“嫦娥一号”月球探测器在环绕月球运 ( http: / / www.21cnjy.com )行过程中，设探测器运行的轨道半径为r，运行速率为v，当探测器在飞越月球上一些环形山中的质量密集区上空( )
A．r、v 都将略为减小
B．r、v都将保持不变
C．r将略为减小，v将略为增大
D．r将略为增大，v将略为减小
解析：当探测器在飞越月球上一些环形 ( http: / / www.21cnjy.com )山中的质量密集区上空时，受到的万有引力即向心力会变大，故探测器的轨道半径会减小，由v＝ 得出运行速率v将增大，故选C.
答案：C
4．已知某天体的第一宇宙速度为8 km/s，则在高度为该天体半径的3倍的轨道上宇宙飞船的运行速度为( )
A．2 km/s B．4 km/s
C．4 km/s D．2 km/s
解析：由G＝m得线速度v＝ ，第一宇宙速度v＝ ，故飞船的速度v′＝ ＝ ＝×8 km/s＝4 km/s，B正确．
答案：B
5．如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带．假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动．下列说法正确的是( )
A．太阳对各小行星的引力相同
B．各小行星绕太阳运动的周期均小于一年
C．小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值
D．小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值
解析：根据万有引力定律F＝G可知，由于各小行星的质量和到太阳的距离不同，万有引力不同，选项A错误；设太阳的质量为M，小行星的质量为m，由万有引力提供向心力，则G＝mr，则各小行星做匀速圆周运动的周期T＝2π ，因为各小行星的轨道半径r大于地球的轨道半径，所以各小行星绕太阳运动的周期均大于地球的周期一年，选项B错误；向心加速度a＝＝G，内侧小行星到太阳的距离小，向心加速度大，选项C正确；由G＝m得小行星的线速度v＝ ，小行星做圆周运动的轨道半径大于地球的公转轨道半径，线速度小于地球绕太阳公转的线速度，选项D错误．
答案：C
二、双项选择题
6．关于人造地球卫星，下列说法正确的是( )
A．运行的轨道半径越大，线速度也越大
B．其发射速度可以达到16.7 km/s
C．卫星绕地球做匀速圆周运动的速度不能大于7.9 km/s
D．卫星在降落过程中向下减速时处于超重状态
解析：由v＝ 知，卫星的轨道半径越大，线速 ( http: / / www.21cnjy.com )度越小，A错．人造地球卫星的发射速度在7.9 km/s到11.2 km/s之间，B错．卫星绕地球做匀速圆周运动的速度小于或等于7.9 km/s，C对．卫星向下减速时的加速度方向向上，处于超重状态，D对．
答案：CD
7．“探路者”号宇宙飞船在 ( http: / / www.21cnjy.com )宇宙深处飞行过程中，发现A、B两颗天体各有一颗靠近表面飞行的卫星，并测得两颗卫星的周期相等，以下判断错误的是( )
A．天体A、B表面的重力加速度与它们的半径成正比
B．两颗卫星的线速度一定相等
C．天体A、B的质量可能相等
D．天体A、B的密度一定相等
解析：由G＝mg得g＝ ( http: / / www.21cnjy.com )，天体A、B表面的重力加速度与它们的质量、半径均有关系，A错．两颗卫星的线速度各等于两天体的第一宇宙速度v＝，由于不知天体A、B的质量、半径关系，故不能确定两颗卫星靠近天体表面飞行的线速度是否相等，B错，C对．由G＝mr得天体的质量M＝，故天体的密度ρ＝＝，天体A、B的密度一定相等，D对．
答案：AB
8．已知地球质量为M，半径为R，自转周期为T，地球同步卫星质量为m，引力常量为G，有关同步卫星，下列表述正确的是( )
A．卫星距地面的高度为
B．卫星的运行速度小于第一宇宙速度
C．卫星运行时受到的向心力大小为G
D．卫星运行的向心加速度小于地球表面的重力加速度
解析：对同步卫星由万有引力提供向心力得 ( http: / / www.21cnjy.com )G＝m(R＋h)，所以h＝－R，故A错误；第一宇宙速度是最大的环绕速度，B正确；同步卫星运动的向心力由万有引力提供，应为F＝，C错误；同步卫星的向心加速度为a同＝，地球表面的重力加速度a表＝，知a表>a同，D正确．
答案：BD
三、非选择题
9．月球的质量约为地球质量的，半径约为地球半径的，地球上第一宇宙速度约为7.9 km/s，则月球上第一宇宙速度约为多少？
解析：对绕地球表面做匀速圆周运动的卫星 ( http: / / www.21cnjy.com )有＝，解得v＝；对绕月球表面做匀速圆周运动的卫星有＝，解得v′＝，由以上两式代入数据解得v′＝1.76 km/s
答案：1.76 km/s(共44张PPT)
物理·必修2（人教版）
第六章 万有引力与航天
第五节 宇 宙 航 行
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情 景
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“嫦娥三号”卫星是嫦娥绕月探月工程计划中嫦娥系列的第三颗人造绕月探月卫星．“嫦娥三号”要携带探测器在月球着陆，实现月面巡视、月夜生存等重大突破，开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成分等探测活动．根据中国探月工程三步走的规划，中国将在2013年前后进行首次月球软着陆探测和自动巡视勘察．
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1．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．
2．掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．
3．了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情．
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一、人造卫星
1．牛顿对人造卫星原理的描绘．
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大．可以想象，当初速度________时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗人造地球卫星．
2．人造卫星绕地球运行的动力学原因．
人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星做圆周运动的向心力由__________提供．
足够大
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二、宇宙速度
1．__________________________________的速度，叫做第一宇宙速度，也叫地面附近的环绕速度．
2．近地卫星的轨道半径为：r＝________，万有引力提供向心力，则有________＝________．从而第一宇宙速度为：v＝________＝________km/s.
3．第二宇宙速度的大小为______．如果在地面附近发射飞行器，发射速度7.9 km/s物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动
R
7.9
11.2 km/s
椭圆
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4．第三宇宙速度的大小为________，即若在地面附近发射一个物体，使物体能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，则必须使它的速度等于或大于第三宇宙速度．
16.7 km/s
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问题一 人造卫星的轨道有什么特点？卫星运行时有哪些规律？
1．卫星的轨道．
卫星绕地球运行的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道．
卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．
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卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运行的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心．卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度，如图所示．
2．运行规律．
根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式得
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名师提示：人造地球卫星的运动情况(线速度、角速度、周期等)是由其轨道半径r唯一决定的，与卫星自身的质量等因素无关．
在轨道半径、线速度、角速度和周期这四个物理量中，当一个量发生变化时，另外三个量会同时发生变化．
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问题二 怎样理解第一宇宙速度？怎样区分人造卫星的发射速度和绕行速度？
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A
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2．关于宇宙速度，下列说法正确的是( )
A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行的最小
发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
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题型1 人造卫星的v、ω、T与r的关系
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C
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名师归纳：卫星绕中心天体做匀速圆周运动时，其向心加速度a、线速度v、角速度ω、转速(每秒转的圈数)n和周期T都跟卫星的质量无关，但与中心天体的质量有关；不同的卫星绕同一中心天体做匀速圆周运动时，其轨道半径越大，则周期T也越大，但向心加速度a、线速度v、角速度ω和转速n越小．
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答案：
AC
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题型2 第一宇宙速度
知 识
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知 识
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答案：
B
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名师归纳：处理天体运动问题，就要明确天体表面重力加速度、第一宇宙速度及天体质量与半径的关系，熟练运用这些关系去解决问题．
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答案：
B
