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6.5宇宙航行
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.
抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？
问题：
探究1： 第一宇宙速度的推导方法
对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g＝9.8 m/s2，则有如下两种方法：
讨论4： 这三个“宇宙速度”的物理意义是什么？
对三个宇宙速度的理解
7.9km/sV1——第一宇宙速度：卫星刚好能在地表附近作圆周运动最小发射速度(最大环绕速度)
V2 ——第二宇宙速度：卫星挣脱地球引力束缚最小发射速度
V3 ——第三宇宙速度：卫星挣脱太阳引力束缚最小发射速度
V1=7.9Km/s
第一宇宙速度
V2 =11.2Km/s
第二宇宙速度
V3 =16.7Km/s
第三宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度）:就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度V=7.9km/s，若 7.9km/s
2、第二宇宙速度（脱离速度）：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星克服地球的引力，永远离开地球。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的还受到太阳的引力。
3、第三宇宙速度（逃逸速度）：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。
练习
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
卫星在轨道上运行时，若卫星的轨道为圆形，则卫星受到的万有引力全部提供卫星做匀速圆周运动的向心力．
设卫星的轨道半径为r，线速度大小为v，角速度大小为ω，周期为T，向心加速度大小为a.
根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式得：
人造卫星的a 、v 、ω、 T 与r的关系
思考： 1、卫星离地面越高，其线速度是越大还是越小？ 2、为什么说第一宇宙速度是卫星最大环绕速度？
【典例1】 如图6－5－3所示，是同一轨道平面内的三颗人造地球卫星，下列说法正确的是 ( )．
图6－5－3
答案 C
1957年10月_____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______；
2003年10月15日我国航天员_______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18时59分57秒“嫦娥二号”卫星在西昌卫星发射中心发射成功．
了解：梦想成真
苏联
月球
杨利伟
2011年11月3日和14日，“神舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器两次成功对接．
2012年6月16日，“神舟九号”飞船及三名宇航员顺利升空．
归纳总结: (1)人造卫星运动问题的处理思路：
将人造卫星视为绕地球(或其他天体)做匀速圆周运动，所需向心力等于地球(或其他天体)对卫星的万有引力，即：
(2)人造卫星的轨道及特点
①人造卫星的轨道有：赤道轨道、极地轨道及其他轨道．如图6－5－4所示
②轨道特点
所有的轨道圆心都在地心．
图6－5－4
地球同步卫星有七个“一定”
(1)运行方向一定：同步卫星的运行方向与地球的自转方向一致．
(2)周期一定：运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h；
(3)角速度一定：等于地球自转角速度．
(4)轨道平面一定：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内；
(5)高度一定：离地面高度为36 000 km；
(6)速率一定：运转速率均为3.1×103 m/s；
(7)向心加速度的大小一定：均约为0.23 m/s2.
拓展视野： 同步卫星
同步卫星
同步卫星
近地卫星
月球
近地卫星、同步卫星、月球三者比较
能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
练习：
下列那种人造地球卫星周期可能存在（ ）
A、35min B、45minC、55minD、120min
思考 :
【典例2】 下面关于同步通信卫星的说法中，不正确的是
( )．
A．同步通信卫星和地球自转同步卫星的高度和速率都是确定的
B．同步通信卫星的高度、速度、周期中，有的能确定，有的不能确定，可以调节
C．我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min，比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低
D．同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小
答案 B
对于同步卫星、通信卫星、近地卫星、极地卫星等一些特殊卫星要注意加以理解、辨析．要注意同步卫星的特殊性，不管什么卫星在轨道上运行时，都是受到的万有引力全部提供向心力，产生向心加速度，因此卫星及卫星上任何物体都处于完全失重状态．
归纳提升：人造卫星的超重和失重
1、发射和回收阶段
发射
加速上升
超重
回收
减速下降
超重
2、沿圆轨道正常运行
只受重力
a = g
完全失重
与重力有关的现象全部消失
天平
弹簧秤测重力
液体压强计
练习:
如图6－5－2所示，宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中会完全失重，下列说法中正确的是 ( )．
A．宇航员仍受万有引力的作用
B．宇航员受力平衡
C．宇航员受万有引力和向心力
D．宇航员不受任何作用力
图6－5－2
解析 在绕地球做匀速圆周运动的空间站中，宇航员仍受万有引力作用，万有引力充当向心力，对支持物不再有压力，对悬挂物不再有拉力，处于完全失重状态，所以此时宇航员受且只受万有引力的作用．A项正确．
答案 A
一、宇宙速度
1．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，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．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，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．假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的 ( )．
答案 B
二、卫星的运动规律
3．绕地球运行的人造地球卫星的质量、速率、卫星与地面间距离三者之间的关系是 ( )．
A．质量越大，离地面越远，速率越小
B．质量越大，离地面越远，速率越大
C．与质量无关，离地面越近，速率越大
D．与质量无关，离地面越近，速率越小
答案 C
4．两颗人造卫星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
三、同步卫星
5．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
解析 同步卫星的轨道平面过地心，且相对地面静止，只能在赤道上空，它的高度一定，速率一定，周期一定，与地球自转同步，故选项B、D正确．
答案 BD
