1、第5節 宇宙航行課前感知1.牛頓在思考萬有引力定律時就曾想過，從高山上水平拋出物體，速度一次比一次大，落地點 。如果速度足夠大，物體就 ，它將繞地球運動，成為 。 ，也叫 速度。第二宇宙速度大小為 ，也叫 速度。第三宇宙速度大小為 ，也叫 速度。1957年10月4日在 發射成功的，衛星質量為 kg，繞地球飛行一圈需要的時間為 。世界上第一艘載人飛船是1961年4月12日 發送成功，飛船繞地球一圈歷時 。世界上第一艘登月飛船是1969年7月16日9時32分在 發送成功， 進入月球軌道； 飛船在月球表面著陸； 宇航員登上月球。中國第一艘載人航天飛船在2003年10月15日9時在 發送成功的，飛船繞

2、地球 圈后，于 安全降落在 主著陸場。即講即練【典題例釋】【我行我秀】【例1】是否可以發射一顆這樣的人造衛星，使其圓軌道 ( ) A.與地球表面上某一緯度線(非赤道)是共面的同心圓 C與地球表面上赤道線是共面的同心圓，且衛星相對地球表面是靜止的 D.與地球表面上的赤道線是共面的同心圓，但衛星相對地球是運動的【思路分析】人造衛星飛行時，由于地球對衛星的引力作為它做圓周運動的向心力，而這個力的方向必定指向地心，故所有無動力的衛星其軌道圓的圓心一定要和地球的中心重合，故A是錯的。由于地球同時繞著地軸在自轉，所以衛星的軌道平面也不可能和經度線所決定的平面共面，所以B也是不對的。同步衛星必須在赤道線平面

3、內，距地面有確定的高度，低于或高于該高度的人造衛星也是可以在赤道平面內相對于地面運動。【答案】 CD【類題總結】(1)人造衛星的軌道一般有三種：赤道軌道，極地軌道，一般軌道。共同特點是軌道中心必須和地心重合。 (2)事實上大約三萬六千公里高空的赤道軌道上只有和地球自轉方向相同的衛星才能稱之為同步衛星，如果轉向正好與地球自轉方向相反，就不能稱其為地球同步衛星了。【例2】宇宙飛船和空間站在同一軌道上運動，若飛船想與前面的空間站對接，飛船為了追上軌道空間站，可采取的方法是( ) A.飛船加速直到追上空間站，完成對接 B.飛船從原軌道減速至一個較低軌道，再加速追上空間站完成對接D.無論飛船如何采取何種

4、措施，均不能與空間站對接【思路分析】由于宇宙飛船做圓周運動的向心力是地球對其施加的萬有引力，由牛頓第二定律有 ，得，圖7-5-1想追上同軌道上的空間站，直接加速會導致飛船軌道半徑增大，由上式知飛船在一個新軌道上運行的速度比空間站的速度小，無法對接，故A錯；飛船若先減速，它的軌道半徑減小，但速度增大了，故在低軌道上飛船可接近或超過空間站，如圖所示，當飛船運動到合適的位置后再加速，則其軌道半徑增大，同時速度減小，當剛好運動到空間站所在軌道時停止加速，則飛船的速度剛好等于空間站的速度，可完成對接；若飛船先加速到一個較高軌道，其速度小于空間站速度，此時空間站比飛船運動快，當二者相對運動一周后，使飛船減

5、速，軌道半徑減小又使飛船速度增大，仍可追上空間站，但這種方法易造成飛船與空間站碰撞，不是最好辦法，且空間站追飛船不合題意，綜上所述，方法應選B。【答案】B【類題總結】使飛船加速，飛船將遠離地球，軌道半徑增大，不僅發動機的功全部用于克服飛船遠離地球時萬有引力做功，而且飛船原來的動能一部分也要轉化為克服萬有引力做功，即轉化為飛船的重力勢能，故v減小；反之使飛船減速時，飛船軌道半徑減小，其動能反而增大，先減速可使飛船比空間站運動快，故可在適當位置再加速，使速度在飛船軌道半徑增大時減小，可追上空間站，先加速再減速時，空間站追飛船，雖也可對接，但不合題意。【例3】假設地球的質量不變，而地球的半徑增大到原

6、來的半徑的2倍，那么從地球發射人造衛星的第一宇宙速度的大小應為原來的 倍。【思路分析】因第一宇宙速度即為地球的近地衛星的線速度，此時衛星的軌道半徑近似地認為是地球的半徑，且地球對衛星的萬有引力充當向心力。故有公式成立，所以解得：,因此當M不變，R增加為2R時，減小為原來的倍。【答案】【類題總結】第一宇宙速度是衛星近地飛行的速度，其軌道半徑與地球的半徑相同。萬有引力提供其做圓周運動的向心力。×10-11N·m2/kg2)【思路分析】萬有引力提供向心力，根據牛頓第二定律有 從上式中消去飛行器質量m后可解得根據密度公式有：【答案】【類題總結】(1)要計算月球的平均密度，首先應求出

7、質量M。飛行器繞月球做勻速圓周運動的向心力是由月球對它的萬有引力提供的。1. 在軌道上運行的人造地球衛星，若衛星上的天線突然折斷，則天線將（ ）2(1).發射地球同步衛星時，先將衛星發射至近地圓軌道1，然后經點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛星送人同步橢圓軌道3。軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，如圖所示，則當衛星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是 ( )圖7-5-22(2). 同步衛星在赤道上空同步軌道上定位以后，由于受到太陽、月球及其他天體的引力作用影響，會產生漂移運動而偏離原來的位置，若偏離達到一定程度，就要發動衛星上的小發動機進行修正。如圖7一53

8、所示中A為離地面36000km的同步軌道，B和C為兩個已經偏離軌道但仍在赤道平面內運行的同步衛星，要使它們回到同步軌道上，應 ( )圖7-5-3 A開動B的小發動機向前噴氣，使B適當減速 B開動B的小發動機向后噴氣，使B適當加速 C開動C的小發動機向前噴氣，使C適當減速D開動C的小發動機向后噴氣，使C適當加速3(1).金星的半徑是地球的0.95倍，質量為地球的0.82倍。那么，（1）金星表面的自由落體加速度是多大？（2）金星的第一宇宙速度是多大？4已知萬有引力常量是G，地球半徑R，月球和地球之間的距離r，同步衛星距地面的高度h，月球繞地球的運轉周期T1，地球的自轉周期T2，地球表面的重力加速度

9、g。某同學根據以上條件，提出一種估算地球質量M的方法： 同步衛星繞地心作圓周運動，由得(1)請判斷上面的結果是否正確，并說明理由，如不正確，請給出正確的解法和結果。(2)請根據已知條件再提出兩種估算地球質量的方法并解得結果。超越課堂基礎鞏固1.關于地球的第一宇宙速度，下面說法中正確的是 ( )2.關于人造地球衛星及其中物體的超重、失重問題，下列說法中正確的是 ( )C.進入軌道時做勻速圓周運動，產生失重現象3.同步衛星是指相對于地面不動的人造地球衛星，則下面說法中正確的是 ( )A.它可以在地面上任一點的正上方，且離地心的距離可按需要選擇不同的數值B.它可以在地面上任一點的正上方，但離地心的距

10、離是一定的 C.它只能在赤道的正上方，但離地心的距離可按需要選擇不同的數值D.它只能在赤道的正上方，且離地心的距離是一定的4.關于繞地球做勻速圓周運動的人造地球衛星，以下判斷正確的是 ( )A.同一軌道上，質量大的衛星線速度大B.同一軌道上，質量大的衛星向心加速度大5.2003年8月29日，火星、地球和太陽處于三點一線，上演“火星沖日”的天象奇觀。這是6萬年來火星距地球最近的一次，與地球之間的距離只有5576萬公里，為人類研究火星提供了最佳時機。如圖所示為美國宇航局最新公布的“火星沖日”的虛擬圖，則有 ( )圖7-5-4A.2003年8月29日，火星的線速度大于地球的線速度B.2003年8月2

11、9日，火星的線速度小于地球的線速度C.2004年8月29日，火星又回到了該位置D.2004年8月29日，火星還沒有回到該位置圖7-5-56.如圖7 55所示的圓、b、c，其圓心均在地球的自轉軸線上，b、c的圓心與地心重合，對衛星環繞地球做勻速圓周運動而言 ( )“風云一號”“風云二號”氣象衛星的飛行軌道是不同的，“風云一號”是極地圓形軌道衛星，其軌道平面與赤道平面垂直，周期為了T1=12 h；“風云二號”是同步衛星，其軌道平面就是赤道平面，周期為丁T224 h；兩顆衛星相比 ( )A.“風云一號”離地面較高B.“風云一號”每個時刻可觀察到的地球表面范圍較大C.“風云一號”線速度較大“風云一號”

12、和“風云二號”正好同時在赤道上某個小島的上空，那么再過12小時，它們又將同時到達該 小島的上空“亞洲一號”地球同步通迅衛星的說法，正確的是 ( )A.若其質量加倍，則軌道半徑也要加倍B.它在北京上空運行，故可用于我國的電視廣播9.2001年3月23日“和平”號空間站完成了它的歷史使命，墜落在浩瀚的南太平洋。“和平”號空間站是 20世紀質量最大，壽命最長，載人最多，技術最先進的航天器，它在空間運行長達15年，下面有關“和平”號空間站墜落過程的說明正確的是 ( )A.“和平”號空間站進入較稠密大氣層時，將與空氣摩擦，空氣阻力大大增加B.“和平”號空間站在整個墜落過程中的運動軌跡是直線C.“和平”號

13、空間站在整個墜落過程中的運動軌跡是曲線D.“和平”號空間站在進入大氣層前，高度降低，速度變大10.地球上兩相距很遠的觀察者，都發現自己的正上方有一顆人造衛星，相對自己靜止不動，則這兩位觀察者的位置以及兩顆人造衛星到地球中心的距離可能是 ( )A.一人在南極，一人在北極，觀察不到此現象B.一人在南極，一人在北極，兩衛星到地球中心的距離可 以不等，但應成整數倍C.兩人都在赤道上，兩衛星到地球中心的距離一定相等D.兩人都在赤道上，兩衛星到地球中心的距離可以不等， 但應成整數倍11.某人造地球衛星因受高空稀薄空氣的阻力作用，繞地球運轉的軌跡會慢慢改變。每次測量中衛星的運動可近似看做圓周運動，某次測量衛

14、星的軌道半徑為r1，后來變為r2，r2<r1。以Ek1、Ek2：表示衛星在這兩個軌道上的動能，T1、T2表示衛星在這兩個軌道上繞地球運動的周期，則Ek1 Ek2，T1 T2。（填“”或“”)12一顆人造地球衛星在離地面高度等于地球半徑的圓形軌道上運行，其運行速度是地球第一宇宙速度的 倍。13.假設在半徑為R的某天體上發射一顆該天體的衛星，若它貼近該天體的表面做勻速圓周運動的運行周期T1，已知萬有引力常量為G，則該天體的密度為 。若這顆衛星距該天體表面的高度為h，測得在該處做圓周運動的周期為T2，則該天體的密度又可表示為 。能力提升14.應用題1989年10月18日，人類發射的“伽利略”號

15、木星探測器進入太空，行程37億千米于1995年12月7日到達木星附近，然后繞木星運轉并不斷發回拍攝到的照片，最后耗盡所有備用燃料墜入木星大氣層而銷毀(1)人類在地面上發射該探測器的速度應為（ ）7.9 km/s7.9 km/s而小于/s11.2 km/s而小于/s16.7 km/s(2)該探測器從1995年至2002年6年內繞木星運行了33圈，若引力常量已知，則由此數據( )15.探究題1987年，美國摩托羅拉公司的專家率先提出了一個方案：在距地球表面780km的太空軌道上建立一個由77顆小衛星組成的星座，每條軌道上分布有11顆衛星，這種衛星系統稱為銥衛星系統目前，有66顆銥衛星均勻分布在距離

16、地面784km的，6條不同軌道上，假設這些衛星繞地球做勻速圓周運動，則它們在運動中具有相同的( )16.開放題一顆人造地球衛星以速度v發射后，可繞地球做勻速圓周運動，若使發射速度變為，則該衛星可能( )繞地球做勻速圓周運動，周期變大 繞地球運動，軌道變為橢圓 不繞地球運動，成為繞太陽運動的人造衛星 掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙A BC D17.信息題2003年10月15日09時，我國的“神舟五號”載人飛船發射成功，其返回艙于2003年10月16日06時23分按計劃安全降落在內蒙古中部草原，對于宇航員所受到的重力G、支持力FN和萬有引力F，下面的判斷正確的是 ( )18.應用題星球上

17、的物體脫離星球引力所需要的最小速度稱為第二宇宙速度星球的第二宇宙速度與第一宇宙速度的關系是已知某星球的半徑為r，它表面的重力加速度為地球表面重力加速度g的1/6，不計其他星球的影響.則該星球的第二宇宙速度為 ( )A. B.C. C.19.綜合題生命是一種最為奇妙最富魅力的自然現象。關于生命的起源，歷史上曾經有過種種假說，有一種“宇宙胚種說”認為，造成化學反應并導致生命產生的有機物，是與地球碰撞的彗星帶來的。盡管諸如此類的觀點仍是一些需要進一步證明的問題，但通過隕石、彗星、星際物質以及其他行星上的有機分子的探索與研究，了解這些有機分子形成與發展的規律，都將為地球上生命的起源的研究提供更多資料。

18、(1)自然界中，生物與非生物存在諸多區別：作為生物，必須具備的最基本特征是 。(2)蛋白質是生命的基礎物質，下列關于蛋白質的說法正確的是 ( ) A.蛋白質的種類很多，它們都能溶于水 C.蛋白質溶液中加入濃鹽酸，顏色變黃 D.蛋白質溶液中加入飽和硫酸銨溶液，蛋白質將變性(3)為了探測某行星表面有無生命現象，向該行星發射一顆探測衛星，衛星繞行星做勻速圓周運動的半徑為R，衛星質量為，該行星質量為，引力常量為。則衛星所受向心力F向= ；衛星繞行星做圓周運動的線速度v= 。20.應用題晴天的晚上，人能看見衛星的條件是衛星被太陽照射且在人的視野之內一個可看成漫反射體的人造地球衛星的圓形軌道與赤道共面，衛

19、星自西向東運動，春分期間太陽垂直射向赤道，赤道上某處的人在日落后8h在西邊的地平線附近恰能看到它，之后極快地變暗而看不到了已知地球的半徑R地106m，地面上的重力加速度為10m/s2，試估算：(保留兩個有效數字)(1)衛星軌道離地面的高度；(2)衛星的速度大小21.應用題人們認為某些白矮星（密度較大的恒量）每秒大約自轉一周（萬有引力恒量，地球半徑約為.(1)為使其表面上的物體能夠被吸引住而不致由于快速轉動被“甩”掉，它的密度至少為多少?(2)假設某白矮星密度約為此值，且其半徑等于地球半徑，則它的第一宇宙速度約為多少?思維拓展22.應用題北京時間2905年10月12日9時整，搭乘兩名航天員費俊龍

20、和聶海勝的中國第二艘載人飛船“神舟六號”，在甘肅省酒泉衛星發射中心由長征二號F運載火箭發射升空航空航天是一個集物理、化學、生物、天文、地學、工程、氣象等多學科的綜合性工程請解答：(1)地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g/s2，若使航天飛船在無推動力作用的情況下在離地入h=140km的圓軌道上繞地球運行，則飛行速度應為 。(2)吊在降落傘下的載人航天飛船返回艙下落速度仍達14m/s。為了實現軟著陸，在返回艙離地面約時啟動5個反推力小火箭，若返回艙重8t，則每支火箭的平均推力約為多大 。23.信息題載人航天是人類駕駛和乘坐載人航天器，在太空中從事各種 的往返飛行活動，其目的在于突破地球

21、大氣的屏障和克服地球引力，把人類的活動范圍從陸地、海洋和大氣層擴展到太空。根據飛行和工作方式的不同，載人航天器可分為載人飛船、載人空間站和航天飛機三類。航天飛機既可作為載人飛船和空間站進行載人航天活動，又是一種重復使用的運載器。(1)2003年10月15日，我國發射了“神州五號”載人航天飛船，次日載人艙著陸，取得圓滿成功，載人艙在將要著陸之前，由于空氣阻力作用有一段勻速下落過程。若空氣阻力與速度的平方成正比，比例系數為k，載人艙的質量為m，則此過程中載人艙的速度為 。(2)在這次飛行中，返回艙里除了各種儀器、設備，還搭載了一些紀念器和一些農作物種子。據專家介紹， 已成為當今世界上創造生物新品種

22、的一個極為活躍的領域。經過宇宙太空 的作用，生物種子在 方面均會受到不同程度的影響，往往形成一些令人驚喜的新品種。(3)航天飛船關閉發動機后正在太空飛行，如果科學家要在其中進行實驗，下列哪些操作不能正常進行 ( )24.信息題2003年10月15日，我國成功發射的航天飛船“神舟”五號，繞地球飛行14圈后安全返回地面，這一科技成就預示我國航天技術取得最新突破據報道飛船質量約為10t，繞地球一周的時間約為90min已知地球的質量M6X1024kg-11N·m2·kg-2，地球半徑R=6400km，設飛船繞地球做勻速圓周運動，由以上提供的信息，解答下列問題：(1)“神舟”五號離地

23、面的高度為多少km?(2)“神舟”五號繞地球飛行的速度是多少?(3)載人艙在將要著陸之前，由于空氣阻力作用有一段勻速下落過程，若空氣阻力與速度平方成正比，比例系數為k，載人艙的質量為m，則此勻速下落過程中載人艙的速度多大?25.趣味題美國東部時間2001年9月11日上午8時50分和9時整，紐約世界貿易中心兩座摩天大樓被恐怖分子劫持的兩架大型民航客機先后撞擊后起火，并相繼坍塌，舉世為之震驚“9.11恐怖事件發生后，美國為了找到本·拉登的藏身地點，使用了先進的偵察衛星據報道：美國將多顆最先進的KH11、KH12“鎖眼”系列照相偵察衛星調集到中亞地區上空，“鎖眼”系列照相偵察衛星繞地球沿橢

24、圓軌道運動，近地點265km(指衛星與地面的最近距離)，遠地點650 km(指衛星距地面的最遠距離)，重量13.618.2t，這些照相偵察衛星上裝有先進的CCD數字照相機，能夠分辨出地面接受站及指揮中心，由開普勒定律知：如果衛星繞地球做圓周運動的圓軌道半徑跟橢圓軌道半長軸相等，那么衛星沿橢圓軌道運動周期相同請你由上述數據估算這些“鎖眼”系列偵察衛星繞地球運動的周期，要求取一位有效數字，地球半徑R6400km，取g10m/S2第五節宇宙航行【課前感知】：1.也就一次比一次遠；不再落回地面；人造地球衛星2.km/s；環繞；/s；脫離； /s；逃逸3.蘇聯；83.6；96min；蘇聯；108min；

25、美國；7月20日4時17分；阿姆斯特朗；中國；發行14；10月16日23分；內蒙古；中國；325萬公里；10月17日4時33分；內蒙古；【我行我秀】：1.C. 【思路分析】：折斷的天線由于慣性而具有衛星原來的速度，在地球引力作用下繼續在原軌道上運行。2.（1）B、D 【思路分析】：由得因為r3>r1， 所以由得因為r3>r1，所以3<1衛星在軌道1上經Q點時的加速度為地球引力產生的加速度，而在軌道2上經過Q點時，也有地球引力產生加速度，故應相等，同理，衛星在軌道2上經P點時的加速度等于它在軌道3上經過P點時的加速度。2.（2）A、D 【思路分析】當衛星速度突然變大時，由于萬有

26、引力不足以提供向心力，衛星將做離心運動而使運行半徑變大，在離心運動過程中衛星克服引力做功，動能變小速度變小，當在半徑較大的軌道上萬有引力又恰好等于向心力時，由，可知，衛星就能在新的半徑較大的軌道上以較小速度做勻速圓周運動.反之，當衛星速度突然變小時，將由于萬有引力大于向心力使衛星做向心運動而半徑變小，最后在半徑較小軌道上以較大速度做勻速圓周運動而。因此題中兩衛星軌道修正辦法是使B減速，而使C加速。故A、D兩項正確。3.【思路分析】：根據萬有引力產生重力以及重力提供星體做圓周運動的向心力求解。【答案】：（1）由于萬有引力產生重力，設金星和地球的半徑、質量及星球表面的自由落體的落體的加速度分別為r

27、1、m1、g1、r2、m2、g2。分別對金星和地球列兩個方程：Gmm1/= mg1 Gmm2/= mg2 ÷式得：2。(2)重力提供星體做圓周運動的向心力。設星體的質量為m，分別對金星和地球列兩個方程mg1=m/r1mg2=m/r2由上兩式得： 4.【思路分析】考查天體運動學知識以及運算能力。【答案】（1）上面結果是錯誤的，地球的半徑R在計算過程中不能忽略。正確的解法和結果：=（R+h）得M=（2）方法一：對月球繞地球作圓周運動，由=r得方法二：在地面重力近似等于萬有引力，由=mg得。【超越課堂】1.BC 【思路分析】：衛星繞地球做圓周運動的向心力是地球對衛星的引力，則 =m ,所以

28、，隨著衛星軌道半徑的增大，其線速度減小，當其軌道半徑最小為地球半徑時，線速度最大，這一線速度正是第一宇宙速度。A選項錯，B選項對。 如果不計空氣阻力，在地面附近以第一宇宙速度平拋一物體，該物體恰能繞地球做勻速圓周運動，成為地球的衛星，而若以小于第一宇宙速度是發射衛星的最小速度，選項C對，D錯。2.ABC 【思路分析】：超、失重是一種表象，是從重力和彈力的大小關系而定義的。當向上加速時超重，向下減速（a方向向上）時也超重，故A、B正確。衛星做勻速圓周運動時，萬有引力完全提供向心力，衛星及其內部的物體都處于完全失重狀態，故C正確。失重的原因是重力（或萬有引力）使物體產生了加速度，故D錯。3.D 4

29、.C 5.BD 【思路分析】：火星和地球繞太陽做勻速圓周運動=m ,所以軌道半徑較大的火星線速度小，B正確；火星軌道半徑大，線速度小，火星運動的周期較大，所以一年后地球回到該位置，而火星則還沒有回到，D正確。8.D【思路分析】從 =m ,軌道半徑與衛星質量無關。同步衛星的軌道平面必須與赤道平面重合，即在赤道上空運行，不能在北京上空運行，其運行速度小于第一宇宙速度。所謂“同步”就是衛星保持與地面赤道上某一點相對靜止，所以同步衛星的角速度與地球自轉角速度相同。9.ACD 【思路分析】由F引=F向得則高度降低，運動軌道半徑減小，速度變大，進入大氣層，空間站所受空氣阻力大大增加，將沿著曲線墜落，不可能沿直線進。11.<, > 【思路分析】：衛星在圓軌道上做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力，由牛頓第二定律有 =m ，EK=由=mr T= 由知，EK,由知，T r2<r1,EK1<EK2,T2<T1。12.倍 【思路分析】由G得v星= ，而第一宇宙速度為近地軌道衛星的線速度，故衛星的速度是第一宇宙速度的倍。13 . 【思路分析】：設衛星