關于宇宙速度，下列說法正確的是(　　)A．第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小發(fā)射速度B．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度C．第二宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時的最大速度D．第三宇宙速度是發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度【答案】A　
【解析】第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度，A正確、B錯誤；第二宇宙速度是在地面上發(fā)射物體，使之成為繞太陽運動或繞其他行星運動的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，C錯誤；第三宇宙速度是在地面上發(fā)射物體，使之飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小發(fā)射速度，D錯誤．
1．________年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功．2．________年4月24日，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號”發(fā)射成功．為我國航天事業(yè)作出特殊貢獻的科學家__________被譽為“中國航天之父”．3．地球同步衛(wèi)星：(1)位于________上方，高度約為_________km.(2)相對地面________，周期與__________周期相同．
1．1961年4月12日，蘇聯(lián)宇航員________乘坐“東方1號”載人飛船首次成功進入太空．2．1969年7月美國“阿波羅11號”登上________．3．2003年10月15日我國航天員________踏入太空．4．2013年6月，“神舟十號”分別完成與“天宮一號”的手動和自動交會________．
1．發(fā)射速度指衛(wèi)星直接從地面發(fā)射后離開地面時的速度，相當于在地面上用一門威力強大的大炮將衛(wèi)星轟出炮口時的速度，衛(wèi)星離開炮口后，不再對衛(wèi)星提供動力．現(xiàn)實中并非這樣發(fā)射衛(wèi)星，而是由火箭推送經(jīng)過長時間的加速，最終送入預定軌道并運行工作．
2．軌道速度(運行速度)
例1　恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為中子星．中子星的半徑較小，一般在7～20 km，但它的密度大得驚人．若某中子星的半徑為10 km，密度為1.2×1017 kg/m3，那么該中子星的第一宇宙速度約為(　　)A．7.9 km/s　　B．16.7 km/sC．2.9×104 km/s　　D．5.8×104 km/s【答案】D　
變式1　一航天員在某一星球上以速度v0豎直上拋一物體，經(jīng)t秒后物體落回手中．已知該星球半徑為R，使物體不再落回星球表面，物體水平拋出時的速度至少為(　　)【答案】A　
設衛(wèi)星的軌道半徑為r，線速度大小為v，角速度大小為ω，周期為T，向心加速度大小為a.
例2　如圖所示，設行星繞太陽的運動是勻速圓周運動，金星自身的半徑是火星的n倍，質(zhì)量為火星的k倍，不考慮行星自轉的影響，則(　　)
C．金星繞太陽運動的加速度比火星小D．金星繞太陽運動的周期比火星大【答案】B　
變式2　“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)由地球同步衛(wèi)星、中軌道衛(wèi)星和傾斜同步衛(wèi)星組成．下列說法正確的是(　　)A．地球同步衛(wèi)星的運行速度大于7.9 km/sB．地球同步衛(wèi)星的線速度比靜止在赤道上物體的小C．中軌道衛(wèi)星的周期大于24 hD．中軌道衛(wèi)星的向心加速度比地球同步衛(wèi)星的大【答案】D　
物理與科學技術——航天器的變軌與對接當衛(wèi)星由于某種原因，速度突然改變時(開啟或關閉發(fā)動機或空氣阻力作用)，萬有引力就不再等于向心力大小，衛(wèi)星將做變軌運動．
3．綜上所述，當衛(wèi)星航天器需要變軌到更大半徑的軌道時需要加速，但到達預定的軌道后的運行速度比原運行速度則更小了，反之變軌到更小半徑的軌道，則需要減速，但到達軌道后運行速度比原速度更大了．4．從能量的角度來講，外力做功加速的目的是克服萬有引力做功，從而獲得更大的重力勢能，而并非轉化為衛(wèi)星的功能．相反，減速之后，軌道半徑變小，衛(wèi)星將部分勢能轉化成了動能，從而獲得了更大的速度．
例3　(多選)如圖所示，在發(fā)射地球同步衛(wèi)星的過程中，衛(wèi)星首先進入橢圓軌道Ⅰ，然后在Q點通過改變衛(wèi)星速度，讓衛(wèi)星進入地球同步軌道Ⅱ，則(　　)A．該衛(wèi)星的發(fā)射速度必定大于11.2 km/sB．衛(wèi)星在軌道Ⅱ上的運行速度大于7.9 km/sC．在橢圓軌道上，衛(wèi)星在P點的速度大于在Q點的速度D．衛(wèi)星在Q點通過加速實現(xiàn)由軌道Ⅰ進入軌道Ⅱ【答案】CD　
【解析】11.2 km/s是衛(wèi)星脫離地球引力束縛的發(fā)射速度，而同步衛(wèi)星仍然繞地球運動，故A錯誤；7.9 km/s(第一宇宙速度)是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度，也是衛(wèi)星做圓周運動最大的環(huán)繞速度，同步衛(wèi)星運動的線速度一定小于第一宇宙速度，故B錯誤；橢圓軌道Ⅰ上，P是近地點，故衛(wèi)星在P點的速度大于在Q點的速度，衛(wèi)星在軌道Ⅰ上的Q點做向心運動，只有加速后才能沿軌道Ⅱ運動，故C、D正確．
1．關于地球的第一宇宙速度，下列說法正確的是(　　)A．第一宇宙速度又叫環(huán)繞速度B．第一宇宙速度又叫脫離速度C．第一宇宙速度跟地球的質(zhì)量無關D．第一宇宙速度跟地球的半徑無關【答案】A　
2．關于地球同步衛(wèi)星，下列表述正確的是(　　)A．衛(wèi)星運行時可能經(jīng)過重慶的正上方B．衛(wèi)星的運行速度大于第一宇宙速度C．衛(wèi)星距離地面的高度大于月球離地面的高度D．衛(wèi)星運行的向心加速度小于地球表面的重力加速度【答案】D　
3．(多選)已知地球半徑為R，質(zhì)量為M，自轉角速度為ω，地面重力加速度為g，引力常量為G，地球同步衛(wèi)星的運行速度為v，則第一宇宙速度的值可表示為(　　)【答案】ABC　
4．(多選)我國發(fā)射的“嫦娥五號”探月衛(wèi)星，執(zhí)行月面取樣并返回任務．“嫦娥五號”從月球返回地球的過程可以簡單分成四步，如圖所示，第一步將“嫦娥五號”發(fā)射至月球表面附近的環(huán)月圓軌道Ⅰ，第二步在環(huán)月軌道的A處進行變軌，進入月地轉移軌道Ⅱ，第三步當接近地球表面附近時，又一次變軌，從B點進入繞地圓軌道Ⅲ，第四步再次變軌道后降落至地面．下列說法正確的是(　　)
A．將“嫦娥五號”發(fā)射至軌道Ⅰ時，所需的發(fā)射速度為7.9 km/sB．“嫦娥五號”從環(huán)月軌道Ⅰ進入月地轉移軌道Ⅱ時需要加速C．“嫦娥五號”從A點沿月地轉移軌道Ⅱ到達B點的過程中其速率先減小后增大D．“嫦娥五號”在第四步變軌時需要加速【答案】BC　
【解析】7.9 km/s是地球的第一宇宙速度，也是將衛(wèi)星從地面發(fā)射到近地圓軌道的最小發(fā)射速度，而月球的第一宇宙速度比地球的小得多，故將衛(wèi)星發(fā)射到近月軌道Ⅰ上的發(fā)射速度比7.9 km/s小得多，A錯誤；“嫦娥五號”從環(huán)月軌道Ⅰ進入月地轉移軌道Ⅱ時做離心運動，因此需要加速，B正確；“嫦娥五號”從A點沿月地轉移軌道Ⅱ到達B點的過程中，開始時月球的引力大于地球的引力，“嫦娥五號”做減速運動，當?shù)厍虻囊Υ笥谠虑虻囊r，“嫦娥五號”開始做加速運動，C正確；“嫦娥五號”在第四步變軌時做近心運動，因此需要減速，D錯誤．
5．2020年6月23日，“北斗三號”全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)部署全面完成．“北斗三號”系統(tǒng)包括中圓地球軌道衛(wèi)星、地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星(衛(wèi)星周期等于地球自轉周期)，中圓地球軌道衛(wèi)星離地面的距離比地球靜止軌道衛(wèi)星離地面的距離小，其空間示意圖如圖所示．已知地球半徑約為R＝6 400 km，下列說法正確的是(　　)
A．中圓地球軌道衛(wèi)星的公轉周期大于24小時B．傾斜地球同步軌道衛(wèi)星有可能在每天同一時刻經(jīng)過北京上空C．地球靜止軌道衛(wèi)星的角速度比傾斜地球同步軌道衛(wèi)星的角速度大D．中圓地球軌道衛(wèi)星所受地球引力一定大于地球靜止軌道衛(wèi)星所受地球引力【答案】B　

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第四節(jié) 宇宙速度與航天

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