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第七章 万有引力与宇宙航行
第4节 宇宙航行（1）
思考1：地球上的物体，怎样才能离开地球进行宇宙航行呢？
情境与思考
牛顿在1687 年出版的《自然哲 学的数学原理》中提出了设想
v
增大
思考2：以多大的速度发射，才能成为人造卫星？
情境与思考
F引
（已知：地球质量M=5.98×1024kg，地球半径R=6400km）
F引 = F向
黄金替换：????????=????????????
?
1. 第一宇宙速度：
在地面附近绕地球做匀速圆周运动
宇宙速度
低轨卫星发射速度小，在轨速度大；
高轨卫星发射速度大，在轨速度小。
思考3：发射高轨道卫星与发射近地卫星相比，哪个需要的发射速度大？
①最小发射速度
v1=7.9km/s
发射速度：
运行速度：
指被发射物体离开地面时的速度
指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
注意
1. 第一宇宙速度：
在地面附近绕地球做匀速圆周运动
宇宙速度
①最小发射速度
②匀速圆周的最大环绕速度
思考4：当卫星环绕速度大于v1=7.9km/s就可以脱离地球了吗？
v1=7.9km/s
发射速度：
运行速度：
指被发射物体离开地面时的速度
指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
注意
1. 第一宇宙速度：
在地面附近绕地球做匀速圆周运动
宇宙速度
①最小发射速度
②匀速圆周的最大环绕速度
2. 第二宇宙速度：
思考4：当卫星环绕速度大于v1=7.9km/s就可以脱离地球了吗？
v2=11.2km/s
v1=7.9km/s
克服地球引力，永远脱离地球
思考6：多大速度发射，物体可以脱离太阳？
v3=16.7km/s
3. 第三宇宙速度：
挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外
思考5：多大速度发射，物体可以脱离地球？
O
人造卫星的运动规律
思考1：卫星的环绕方式有很多种，以上三种都可能吗？
1
2
3
1. 轨道中心：
地心
（万有引力提供向心力）
不可能
人造卫星的运动规律
1. 轨道中心：
地心
（万有引力提供向心力）
2. 运动规律：
（1）
????????????????????=????????????????得：
?
????????????????????=????????????????得：
?
????=
?
????????????
?
（2）
????=
?
????????????????
?
（3）
????????????????????=????????????????????????????得：
?
????=
?
????????????????????????
?
思考2：发射速度越大，物体飞离越远，其运行速度如何？
二、人造卫星的运动规律
1. 轨道中心:
地心
2. 运动规律:
发射速度：
运行速度：
指被发射物体离开地面时的速度
指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
v1=7.9km/s
最小发射速度、
1. 第一宇宙速度:
最大运行速度
2. 第二宇宙速度:
v2=11.2km/s
3. 第三宇宙速度:
v3=16.7km/s
一、宇宙速度
注意
均为发射速度
运行速度
例1. 试求近地卫星的周期？
????=????????????????????????
?
?=????.????????×????????????????=????????.????????????????
?
我们能否发射一颗
周期为80min的卫星？
????=????????????????
?
????=????????????????????????
?
????=????????????
?
（其中R=6.37×????????????m，????=????.????????×????????????????）
?
各种各样的卫星……
同学们，下课！
第七章 万有引力与宇宙航行
第4节 宇宙航行（2）
宇宙速度
发射速度v
运动情况
第二宇宙速度
第一宇宙速度
第三宇宙速度
物体落回地面
物体在地面附近做匀速圆周运动
物体绕地球运转，运动轨迹是椭圆
物体绕太阳运动
物体飞出太阳系
v??
v?=?7.9km/s
?
7.9km/s??
11.2km/s?≤? v ??
v?≥?16.7km/s
?
同步卫星
1. 周期T=
24h
4. 特殊：静止卫星
赤道平面
2. 轨道半径r=
42000km（约6.6R地）
3. 全部固定：
T、
r、
ω、
v、
an
轨道平面：
近地卫星
h ≈ 0
r =
人造卫星变轨
4. (2021浙江9+1高中联盟高二下期中)2020年7月23日火星探测器“天问一号”在中国文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空。若探测器登陆火星前，除在P点通过发动机喷火改变轨道外，其余过程中仅受火星引力作用，经历从椭圆轨道Ⅰ→椭圆轨道Ⅱ→圆轨道Ⅲ的过程，如图所示。假设火星探测器“天问一号”变轨前后质量不变，则下列说法正确的是(　 　)
A. 发射速度大于16.7 km/s
B. 从P点由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ需要点火加速
C. 在轨道Ⅰ运行的周期小于在轨道Ⅱ运行的周期
D. 在轨道Ⅲ上经过P点和在轨道Ⅱ上经过P点受到的万有引力相同
我国航天器中的“系列”
1.“长征”系列
2.“神舟”系列
3.“嫦娥”系列与“玉兔”系列
4.“天舟”系列
5.“天宫”系列
我国航天器中的“系列”
1.“长征”系列
长征号运载火箭，神舟系列飞船靠长征运载火箭发射到预定轨道。
我国航天器中的“系列”
载人飞船。
2.“神舟”系列
2003年10月神舟5号
2021年4月神舟12号
我国航天器中的“系列”
嫦娥1号
玉兔号
3.“嫦娥”系列与“玉兔”系列
探月工程探测器。
我国航天器中的“系列”
天舟一号
天舟二号
天舟一号是中国首个货运飞船。
4.“天舟”系列
我国航天器中的“系列”
天宫二号
“天宫”是我国的空间实验室，是空间站的前期。空间站是一种可供多名航天员巡访、长期居住和工作的航天器。
5.“天宫”系列
人造卫星和航天技术的发展
9. (2021山东淄博高三三模)2021年5月15日，天问一号成功着陆于火星乌托邦平原，我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功，之后祝融号火星车开展巡视探测。若经探测，火星的自转周期为T，火星车在火星赤道处的重力为F1，在极地处的重力为F2，已知引力常量为G，火星可视为球体。则火星的平均密度可以表示为( )
A. ????????????????????(?????????????????)????　　　 　B. ????????????????????(?????????????????)????????
C. ????????????????????(?????????????????)????????　　　　 D. ????????????????????(?????????????????)????
?
4. (2021陕西西安长安一中质检)如图，三个天体a、b、c质量分别为m1、m2、M(M?m1，M?m2)。在c的万有引力作用下，a、b在同一平面内绕c沿逆时针方向做匀速圆周运动，它们的周期之比Ta∶Tb=1∶8，a、b的轨道半径分别为ra和rb。从图示位置开始，在b运动一周的过程中(　 　)
A. ra∶rb=1∶4
B. a、b距离最近的次数为8次
C. a、b距离最远的次数为9次
D. a、b、c共线的次数为16次
原理：地球的重力将物体拉向地面，但是如果将物体放在液体中，
浮力将会对它产生反方向的作用力。 浮力的大小等同于物
体排开液体的重力。
????????=????液????????
?
同学们，下课！

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