7.4 宇宙航行（宇宙速度及卫星追击）导学案 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册
文档属性
| 名称 | 7.4 宇宙航行（宇宙速度及卫星追击）导学案 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 86.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-03-24 22:07:03 | ||
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文档简介
第七单元第4节宇宙航行：宇宙速度及卫星追击
1．第一宇宙速度 7.9km/s 环绕速度
意义：它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度
推导方法一：
推导方法二：
其他星球的第一宇宙速度算法同理
最大环绕速度，最小发射速度
2．第二宇宙速度 11.2km/s 脱离速度（逃逸速度）
意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度
3.第三宇宙速度 16.7km/s
意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度
三种速度的联系
1．运行速度与发射速度
（1）运行速度为卫星进入运行轨道后稳定飞行的速度
若卫星做匀速圆周，满足高轨低速大周期
若卫星做椭圆运动，满足近地点速率大，远地点速率小
（2）发射速度为卫星离开地表时的速度，三个宇宙速度均指发射速度
由于卫星发射过程要克服引力做功，故发射速度要大于运行速度
轨道半径越大，卫星具有的机械能越大，发射越困难
2．发射速度与轨道的关系 发射后不再提供动力
v发射＜7.9km/s，卫星将落回地面
v发射=7.9km/s，卫星将绕地表做匀速圆周运动
7.9km/s＜v发射＜11.2km/s卫星绕地球做椭圆运动
v发射=11.2km/s，卫星将绕太阳做匀速圆周运动
11.2km/s＜v发射＜16.7km/s卫星绕太阳做椭圆运动
v发射≥16.7km/s，卫星将飞到太阳系以外空间
题型二：卫星追击相遇问题
1．从相距最近（两星在中心天体的同侧且三星共线）到再次相距最近所需最短时间
2．从相距最近（两星在中心天体的同侧且三星共线）到相距最远（两星在中心天体的两侧且三星共线）所需最短时间：
1．发射地球同步卫星要经过三个阶段：先将卫星发射至近地圆轨道1，然后使其沿椭圆轨道2运行，最后将卫星送入同步圆轨道3．轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ）
A．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度
B．卫星在轨道1上经过Q点时的速度等于它在轨道2上经过Q点时的速度大小
C．卫星在轨道3上受到的引力小于它在轨道1上受到的引力
D．卫星由2轨道变轨到3轨道在P点要加速
2．如图所示，有A、B两个行星绕同一恒星O做圆周运动，旋转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星第一次相遇（即两行星距离最近），则（ ）
A．经过时间t＝T2+T1，两行星将第二次相遇
B．经过时间t，两行星将第二次相遇
C．经过时间t ，两行星第一次相距最远
D．经过时间t，两行星第一次相距最远
3．在地面附近发射飞行器，当速度为v时，飞行器会克服地球引力，永远离开地球，则（ ）
A．v＝6.7km/s B．v＝7.9km/s
C．7.9km/s＜v＜11.2km/s D．v≥11.2km/s
4．2021年2月24日，“天问一号”探测器在成功实施第三次近火制动后，进入近火点280千米、远火点5.9万千米、周期2个火星日的火星停泊轨道，在这条轨道上稳定运行3个月后，于5月15日成功着陆火星。为了得到火星全球的地形、地貌数据，“天问一号”在近火点不变的情况下需要不断变轨，如图所示。关于“天问一号”，以下说法正确的是（ ）
A．“天问一号”在近火点的运行速度大于在远火点的运行速度
B．“天问一号”在火星停泊轨道加速后着陆
C．“天问一号”环绕火星稳定运行时，轨道半长轴越大，运行周期越大
D．“天问一号”在不同轨道的近火点的加速度相同
5．如图所示，在赤道发射场发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则（ ）
A．该卫星在P点的速度大于11.2km/s
B．卫星在轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9km/s
C．卫星在Q点需要适当加速，才能够由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
D．卫星在轨道Ⅱ上经过Q点时加速度大于轨道Ⅰ经过Q点时的加速度
6．如图所示为发射同步卫星的原理图，卫星先发射至近地轨道1做圆周运动，在A点点火进入椭圆转移轨道2，卫星运动至椭圆轨道的远地点B点火进入同步轨道3，卫星在轨道1上的线速度大小为v1，在椭圆轨道近地点的速度大小为v2，在远地点的速度大小为v3，在轨道3上的线速度大小为v4，则下列说法正确的是（ ）
A．v3＞v2
B．v1＜v4
C．轨道1与轨道3的周期之比为
D．轨道1与轨道3的周期之比为
7．如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，不考虑变轨过程卫星的质量变化，下列说法正确的是（ ）
A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
B．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
C．卫星在轨道2运动时的周期比轨道1大
D．卫星在轨道2的机械能比轨道1小
8．假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4200km的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6400km，地球同步卫星距地面高度为36000km，宇宙飞船和地球同步卫星绕地球同向运动，每当二者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站，某时刻二者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为（ ）
A．4次 B．6次 C．7次 D．8次
9．科技日报北京2017年9月6日电，英国《自然 天文学》杂志发表的一篇论文称，某科学家在银河系中心附近的一团分子气体云中发现了一个黑洞。科学研究表明，当天体的逃逸速度（即第二宇宙速度，为第一宇宙速度的倍）超过光速时，该天体就是黑洞。已知某天体与地球的质量之比为k。地球的半径为R，地球卫星的环绕速度（即第一宇宙速度）为v1，光速为c，则要使该天体成为黑洞，其半径应小于（ ）
A． B． C． D．
10．已知地球质量为M，半径为R，地球表面的重力加速度为g，卫星环绕地球表面做匀速圆周运动的周期为T，万有引力常量为G，下列地球的第一宇宙速度的表达式中错误的是（ ）
A． B． C． D．
1．第一宇宙速度 7.9km/s 环绕速度
意义：它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度
推导方法一：
推导方法二：
其他星球的第一宇宙速度算法同理
最大环绕速度，最小发射速度
2．第二宇宙速度 11.2km/s 脱离速度（逃逸速度）
意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度
3.第三宇宙速度 16.7km/s
意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度
三种速度的联系
1．运行速度与发射速度
（1）运行速度为卫星进入运行轨道后稳定飞行的速度
若卫星做匀速圆周，满足高轨低速大周期
若卫星做椭圆运动，满足近地点速率大，远地点速率小
（2）发射速度为卫星离开地表时的速度，三个宇宙速度均指发射速度
由于卫星发射过程要克服引力做功，故发射速度要大于运行速度
轨道半径越大，卫星具有的机械能越大，发射越困难
2．发射速度与轨道的关系 发射后不再提供动力
v发射＜7.9km/s，卫星将落回地面
v发射=7.9km/s，卫星将绕地表做匀速圆周运动
7.9km/s＜v发射＜11.2km/s卫星绕地球做椭圆运动
v发射=11.2km/s，卫星将绕太阳做匀速圆周运动
11.2km/s＜v发射＜16.7km/s卫星绕太阳做椭圆运动
v发射≥16.7km/s，卫星将飞到太阳系以外空间
题型二：卫星追击相遇问题
1．从相距最近（两星在中心天体的同侧且三星共线）到再次相距最近所需最短时间
2．从相距最近（两星在中心天体的同侧且三星共线）到相距最远（两星在中心天体的两侧且三星共线）所需最短时间：
1．发射地球同步卫星要经过三个阶段：先将卫星发射至近地圆轨道1，然后使其沿椭圆轨道2运行，最后将卫星送入同步圆轨道3．轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示。当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ）
A．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度
B．卫星在轨道1上经过Q点时的速度等于它在轨道2上经过Q点时的速度大小
C．卫星在轨道3上受到的引力小于它在轨道1上受到的引力
D．卫星由2轨道变轨到3轨道在P点要加速
2．如图所示，有A、B两个行星绕同一恒星O做圆周运动，旋转方向相同，A行星的周期为T1，B行星的周期为T2，在某一时刻两行星第一次相遇（即两行星距离最近），则（ ）
A．经过时间t＝T2+T1，两行星将第二次相遇
B．经过时间t，两行星将第二次相遇
C．经过时间t ，两行星第一次相距最远
D．经过时间t，两行星第一次相距最远
3．在地面附近发射飞行器，当速度为v时，飞行器会克服地球引力，永远离开地球，则（ ）
A．v＝6.7km/s B．v＝7.9km/s
C．7.9km/s＜v＜11.2km/s D．v≥11.2km/s
4．2021年2月24日，“天问一号”探测器在成功实施第三次近火制动后，进入近火点280千米、远火点5.9万千米、周期2个火星日的火星停泊轨道，在这条轨道上稳定运行3个月后，于5月15日成功着陆火星。为了得到火星全球的地形、地貌数据，“天问一号”在近火点不变的情况下需要不断变轨，如图所示。关于“天问一号”，以下说法正确的是（ ）
A．“天问一号”在近火点的运行速度大于在远火点的运行速度
B．“天问一号”在火星停泊轨道加速后着陆
C．“天问一号”环绕火星稳定运行时，轨道半长轴越大，运行周期越大
D．“天问一号”在不同轨道的近火点的加速度相同
5．如图所示，在赤道发射场发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则（ ）
A．该卫星在P点的速度大于11.2km/s
B．卫星在轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9km/s
C．卫星在Q点需要适当加速，才能够由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ
D．卫星在轨道Ⅱ上经过Q点时加速度大于轨道Ⅰ经过Q点时的加速度
6．如图所示为发射同步卫星的原理图，卫星先发射至近地轨道1做圆周运动，在A点点火进入椭圆转移轨道2，卫星运动至椭圆轨道的远地点B点火进入同步轨道3，卫星在轨道1上的线速度大小为v1，在椭圆轨道近地点的速度大小为v2，在远地点的速度大小为v3，在轨道3上的线速度大小为v4，则下列说法正确的是（ ）
A．v3＞v2
B．v1＜v4
C．轨道1与轨道3的周期之比为
D．轨道1与轨道3的周期之比为
7．如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动，不考虑变轨过程卫星的质量变化，下列说法正确的是（ ）
A．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同
B．不论在轨道1还是在轨道2运行，卫星在P点的速度都相同
C．卫星在轨道2运动时的周期比轨道1大
D．卫星在轨道2的机械能比轨道1小
8．假设有一载人宇宙飞船在距地面高度为4200km的赤道上空绕地球做匀速圆周运动，地球半径约为6400km，地球同步卫星距地面高度为36000km，宇宙飞船和地球同步卫星绕地球同向运动，每当二者相距最近时，宇宙飞船就向同步卫星发射信号，然后再由同步卫星将信号发送到地面接收站，某时刻二者相距最远，从此刻开始，在一昼夜的时间内，接收站共接收到信号的次数为（ ）
A．4次 B．6次 C．7次 D．8次
9．科技日报北京2017年9月6日电，英国《自然 天文学》杂志发表的一篇论文称，某科学家在银河系中心附近的一团分子气体云中发现了一个黑洞。科学研究表明，当天体的逃逸速度（即第二宇宙速度，为第一宇宙速度的倍）超过光速时，该天体就是黑洞。已知某天体与地球的质量之比为k。地球的半径为R，地球卫星的环绕速度（即第一宇宙速度）为v1，光速为c，则要使该天体成为黑洞，其半径应小于（ ）
A． B． C． D．
10．已知地球质量为M，半径为R，地球表面的重力加速度为g，卫星环绕地球表面做匀速圆周运动的周期为T，万有引力常量为G，下列地球的第一宇宙速度的表达式中错误的是（ ）
A． B． C． D．