7.4宇宙航行（原卷版）.docx

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1、第4节宇宙航行【知识梳理】一、人造地球卫星1 .牛顿设想：如图所示，把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度足够大，物体就不再落回地面，成为人造卫星。2 .近地卫星的速度：由染詈得u=/竿。用地球半径R代替卫星到地心的距离r,可求得丫=7. 9km/so二、宇宙速度三、人造地球卫星载人航天与太空探索数值意义第一宇宙速度7.9km/s卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度11.2km/s使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度第三宇宙速度16.7km/s使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度1. 1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功。2.地球同步卫星

2、位于赤道上方高度约36000kni处，与地面相对静止，角速度和周期与地球的相同。3.2003年10月15日，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。4. 2013年6月，神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接。5.2016年10月19日，神舟H一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接。6. 2017年4月20日，我国又发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接及多项实验。【方法突破】一、人造地球卫星方法归纳1.卫星的轨道卫星绕地球运动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

3、勒第三定律。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动的向心力，而万有引力 指向地心，所以地心必须是卫星圆轨道的圆心。(4)三类人造地球卫星轨道：A.赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上方；B.极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空；C. 一般轨道：卫星轨道和赤道成一定角度。如图所示。特别提醒不管卫星沿一个什么样的轨道运动，地心一定处于卫星轨道所在的平面上。2 .人造卫星问题的分析思路(1)卫星的动力学规律由万有引力提供向心力(j=ma向=*=加2r=泻 卫星的各物理量随轨道半径变化的规律规 律规 律越 高 越 慢mg=G普，近地时

4、一 GM=gR脑 以3 .卫星中的超重与失重超重：发射时加速上升过程；返回大气层时减速降低过程。失重：卫星进入轨道后，卫星本身和其中的人、物都处于完全失重状态。卫星中失效的物理仪器：凡工作条件或原理与重力有关的仪器都不能使用。【例1】2020年6月23日，北斗三号全球卫星导航系统部署全面完成。北斗三号系统包括中圆地球轨道卫 星、地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星(卫星周期等于地球自转周期)，中圆地球轨道卫星离地面 的距离比地球静止轨道卫星离地面的距离小，其空间示意图如图所示。已知地球半径约为R=6400km,下列 说法正确的是()A.中圆地球轨道卫星的公转周期大于24小时B.倾斜地球同步轨

5、道卫星有可能在每天同一时刻经过北京上空C.地球静止轨道卫星的角速度比倾斜地球同步轨道卫星的角速度大D.中圆地球轨道卫星所受地球引力一定大于地球静止轨道卫星所受地球引力【针对训练1】北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS),建成后 的北斗卫星导航系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星。关于这些卫星，以下说法正确的是()5颗同步卫星的轨道半径不都相同A. 5颗同步卫星的运行轨道不一定在同一平面内C.导航系统所有卫星的运行速度一定小于第一宇宙速度D.导航系统所有卫星中，运行轨道半径越大的，周期越小二、第一宇宙速度的理解方法归纳.第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫

6、星近地环绕地球做匀速圆周运动必须具备的速度，即近地卫星的 环绕速度。1 .决定因素：由第一宇宙速度的计算式v=、愕可以看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇 宙速度的大小取决于中心天体的质量M和半径已 与卫星无关。2 .“最小发射速度如果发射速度低于第一宇宙速度，因为受到地球引力作用，发射出去的卫星就会再回 到地球上，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。3 .“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最小，由 华=，可 得丫=怦，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。4 .根据星球表面的重力加速度可计

7、算它的第一宇宙速度，依据是mg=,，第一宇宙速度u=4还。5 .根据星球的近地卫星的运动情况可计算它的第一宇宙速度，依据是聋=看,第一宇宙速度丫=伴。例2 2011年中俄将联合实施探测火星活动计划，由中国负责研制的萤火一号火星探测器将与俄罗斯研 制的福布斯土壤火星探测器一起由俄罗斯天顶运载火箭发射前往火星。已知火星的质量约为地球质量 的，火星的半径约为地球半径的;。下列关于火星探测器的说法正确的是（）9/A.发射速度只要大于第一宇宙速度即可B.发射速度只有达到第三宇宙速度才可以C.发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度D.火星探测器环绕火星运行的最大速度约为第一宇宙速度的【针对训练21星

8、球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为该星球的第二宇宙速度。星球的第二宇宙速度均与其第一宇宙速度匕的关系是为=0%；已知某星球的半径为，表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为()6三、地球同步卫星方法归纳1 .概念相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通信卫星。2 .特点周期一定：它的运动周期等于地球自转的周期T=24h。角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度。轨道一定：所有同步卫星的轨道半径都相同，即同步卫星都在同一轨道上随地球做匀速圆周运动，其轨 道离地面的高度约为3.59x104 km。(4)

9、环绕速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的，约为3.08km/s。(5)向心加速度大小一定：所有同步卫星由于到地心距离相同，所以，它们绕地球运动的向心加速度大小都 相同，约为0.23m/s2。特别提醒：(1)所有同步卫星的周期八 轨道半径八环绕速度V、角速度口及向心加速度q的大小均相同。所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆，它们都在同一轨道上运动且都相对静止。【例3】同步卫星相对地而静止不动，犹如悬挂在天空中，下列说法错误的是()A.同步卫星处于平衡状态B.同步卫星的角速度是不变的C.同步卫星的高度是一定的D.同步卫星的周期是不变的【针对训练3】若人造地球卫星绕地球

10、做匀速圆周运动，则下列说法正确的是(A.同步卫星可以定点在北京上空，相对地面静止不动B.同步卫星的向心加速度与赤道上物体随地球自转的加速度大小相等C.同步卫星离地面的高度和运行速度是一定的D.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的向心力越大【对点检测】一、随堂检测1 . 2021年12月9日，时隔8年之后，我国航天员再次进行太空，乒乓球浮力消失实验是其中的一个实验。 甲图是地面教室中的乒乓球浮在水面上，乙图是空间站中的乒乓球停在水中的任意位置，则乒乓球浮力消 失的原因是空间站中（ ）A.水处于完全失重状态B.水的密度变小了C.乒乓球的质量变大了 D.乒乓球的重力变大了.中国计划在2030年前

11、后实现航天员登月。如果航天员登月后做了一个小实验，用轻绳拉着小球在竖直 面内转动，绳长为3小球运动到最高点的速度为见时。小球恰能做完整的圆周运动。已知月球半径为R。 则月球的第一宇宙速度大小为（）a n R厂 区c 瓯voB. v0 C,4又%D3 .原计划的钺卫星通信系统是在距地球表面780 km的太空轨道上建立一个由77颗小卫星组成的星座。 这些小卫星均匀分布在覆盖全球的7条轨道上，每条轨道上有11颗卫星，由于这一方案的卫星排布像化学 元素钺原子的核外77个电子围绕原子核运动一样，所以称为钺星系统。后来改为由66颗卫星，分布在 6条轨道上，每条轨道上由11颗卫星组成，仍称它为钺星系统。作衣

12、星系统的66颗卫星，其运行轨道的 共同特点是（）A.以地轴为中心的圆形轨道B.以地心为中心的圆形轨道C.轨道平面必须处于赤道平面内D. 钺星运行轨道高于同步卫星轨道. 2015年3月30日21时52分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功将首颗新一代北 斗导航卫星发射升空，31日凌晨3时34分顺利进入倾斜同步轨道（如图所示，倾斜同步轨道与赤道平面有 一定的夹角），卫星在该轨道的周期与地球的自转周期相等。此次发射的亮点在于首次在运载火箭上增加了 一级独立飞行器，即远征一号上面级。远征一号上面级被形象地称为太空摆渡车，可在太空将一个或多个 航天器直接送入不同的轨道，而在此之前则是通过圆

13、一椭圆一圆的变轨过程实现。以下说法正确的是（ ）A.倾斜同步轨道半径应小于赤道同步轨道半径一级独立飞行器能增大卫星入轨的时间C.倾斜同步卫星加速度的大小等于赤道同步卫星加速度的大小D.倾斜同步卫星加速度的大小大于赤道同步卫星加速度的大小二、课后检测.甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半径是乙的3倍，下列应用公式进行的 推论正确的有（）A.由u = J认可知，甲的速度是乙的倍B.由可知，甲的向心加速度是乙的3倍MmIC.由尸二G 可知，甲的向心力是乙的x r93D.由卷=攵可知，甲的周期是乙的3g倍5 . 2021年11月8日神舟十三号航天员，顺利完成出窗任务。12月9日三

14、名航天员翟志刚、王亚平、叶光 富相互配合在中国自己的空间站完成了第二次太空。在空间站内所有物体都处于完全失重状态，航天员可 以站在空间站地面上，也可以自由悬停在空中任意位置。则下述说法正确的有（）A.航天员悬停在站内空中时，受重力和站内空气的浮力作用，二者是平衡力B.航天员悬停在站内空中时受重力就是合外力C.航天员站在站内地面对地面的压力大小等于他的重力大小D.航天员在空间站内的惯性大小与他在去空间站途中相同. 2021年5月15日，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，中国首次火星探 测任务着陆火星取得圆满成功。已知火星的质量约为地球的01倍，半径约为地球的05倍，地球表

15、面的重 力加速度大小为g,地球半径为R,探测器环绕火星速度为八则下列选项正确的是（）A.火星表面的重力加速度为0.4g.火星和地球的第一宇宙速度之比为百：1C.火星和地球的平均密度之比为5： 4D.探测器环绕火星运行周期为要15v3.卫星的星下点是指卫星的瞬时位置和地球中心的连线与地球表面的交点，可用地理经、纬度来表示， 对于位于星下点处的地面观察者来说，卫星就在天顶，如图所示，将“星下点的轨迹画在地图上便是星下 点轨迹图。已知某颗卫星的星下点轨迹图是一个点。地球自转的周期为T,地球半径为凡 地球表面的重力 加速度为g,卫星的运动可视为匀速圆周运动，则（）A.该卫星的角速度二手B.该卫星的线速

16、度占年C.该卫星的轨道半径片J处卑D.该卫星可能位于北京的正上方V 4/【提升训练】.北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统（CNSS）。系统中的卫星，既 有轨道高度约为几百千米的中轨卫星，也有地球同步卫星。已知地球质量为半径为凡自转周期为T, 地球表面重力加速度为g,万有引力常量为G。对于这两种卫星，下列说法正确的是（）A.同步卫星的运行线速度大于中轨卫星的运行线速度B.同步卫星的周期大于中轨卫星的周期c.同步卫星的轨道半径为厂=:您三V 4/D.同步卫星的轨道高度为/2 =）史注：-7?V 4/2020年7月23日，中国首个火星探测器天问一号在海南文昌卫星发射中心

17、发射升空。该探测器经过 几个月的长途跋涉于2021年除夕夜前后成功被火星捕获，然后进行多次变轨，开始在距火星表面高度为 的圆轨道上做匀速圆周运动，已于2021年5月22日着陆，开展巡视等任务。若已知火星的半径R、火星表面的重力加速度 万有引力常量G及高度/z的值，根据以上信息，可求出的物理量是（）A.火星的质量B. 天问一号探测器的质量天问一号探测器在此轨道上运行的线速度C. 天问一号探测器在此轨道上运行的周期2013年6月13日，神舟十号与天宫一号成功实现自动交会对接。假设对接成功后，组合体绕地球做匀 速圆周运动。已知引力常量为G,下列说法正确的是（）A.由组合体运行的周期和轨道半径可以求出地球的质量B.由组合体运行的周期可以求出地球的密度C.组合体的运行速度小于第一宇宙速度D.漂浮在天宫一号内的宇航员处于平衡状态10. 如图所示，吉林一号04星的工作轨道高度约为535km,比同步卫星轨道低很多，同步卫星的轨道又 低于月球的轨道。下列说法正确的是（）A.所有卫星在运行轨道上的线速度均与轨道半径成反比B. 吉林一号04星的发射速度一定不小于7.9km/sC.同步卫星绕地球运行的角速度比月球绕地球的角速度大D.吉林一号04星绕地球运行的周期比同步卫星的周期大