第三宇宙速度推导及应用论文
对宇宙速度推导方法的研究
对宇宙速度推导方法的研究在物理学中，宇宙速度是指宇宙中物质运动的最原始速度。
它也是宇宙中最基本参数之一，它可以衡量宇宙中各种物质的运动状态，是宇宙现象研究的基础数据。
宇宙速度的测量源自当代物理学家的研究，其中包括宇宙的大小和形状、时间的测量、空间的重力和紧缩。
因此，将宇宙速度推导出来是一个重要的问题，使物理学家能够更好地研究宇宙现象。
宇宙速度的研究，有两种方法：一种是直接测量宇宙速度，另一种是利用天文观测数据推导出宇宙速度。
首先，直接测量宇宙速度的方法是利用宇宙观测仪器，如卫星、电磁技术、星等，对宇宙中的星体、尘埃等进行测量，结合实验数据，推导出宇宙速度。
然而，由于宇宙的规模十分巨大，许多物质的运动状态难以测量，这就限制了这种方法的应用范围，使得它不能够有效地推导出宇宙速度。
其次，利用天文观测数据推导宇宙速度的方法是，首先，通过天文仪器，勘测宇宙中各种星体的恒星坐标、旋转轨道、物质运动状态等参数，然后，将这些参数纳入宇宙力学模型中，进一步推导出宇宙恒星系统中物质运动的初始速度和受力情况，进而推导出宇宙速度。
大多数物理学家都认为，宇宙速度测量的核心问题是宇宙物理学模型的应用，而实际的宇宙物理学模型，又以质能守恒定律、量子力学、重力和暗能量模型为基础，以及一系列天文现象的实验数据。
因此，要准确推导出宇宙速度，需要物理学家对宇宙物理学模型的灵活应用，结合大量的实验数据，才能得出准确的宇宙速度结果。
宇宙速度的推导是一个复杂的问题，同时，它也是近几年物理学界的热门研究话题。
在过去的几十年中，随着计算机技术的发展，天文观测仪器的完善，物理学家也大大拓展了宇宙物理学模型，搭建了一个可以用于推导宇宙速度的框架。
例如，利用黑洞演化理论，物理学家发现了在宇宙膨胀过程中产生的暗能量，并利用它们和重力场建立质量-能量对称，以实现宇宙速度的推导。
另外，还有一些天文实验数据，如三年调查被认为是宇宙速度的重要参考资料，为推导出更准确的宇宙速度提供了重要的线索。
第三宇宙速度公式
第三宇宙速度公式第三宇宙速度是指使得物体能够脱离地球或其他行星引力而进入宇宙空间所需要的最低速度。
在科学和太空探索中，这个速度非常重要，因为它决定了人类是否能够进入宇宙空间，并且对于发射卫星和载人航天任务来说也至关重要。
计算第三宇宙速度的公式是根据牛顿第二定律和万有引力定律推导而来的。
根据这两个定律，物体在遭受引力作用下，它的加速度将与物体质量成反比，与引力大小成正比。
这个加速度又可以用速度的导数来表示。
因此，我们可以得到下面这个公式：a=GM/r^2其中，a表示物体的加速度，G是万有引力常数，M是地球或其他行星的质量，r是物体与地球或行星的距离。
这个公式告诉我们，物体加速度的大小取决于行星的质量和距离行星的距离。
为了计算第三宇宙速度，我们需要先假设一个速度v，然后计算物体所受到的引力和离心力之间的平衡情况。
离心力是指物体因为沿着曲线运动而产生的一种力，它与物体的质量和速度平方成正比。
这个离心力可以用下面的公式表示：F=m*v^2/r其中，F表示离心力，m表示物体的质量，v表示物体的速度，r表示物体与行星的距离。
当物体处于离心力和引力之间达到平衡时，物体就能够保持在它当前的轨道上运行。
为了计算第三宇宙速度，我们需要找到在这个平衡点上的速度，也就是找到这个速度使得引力和离心力之间能够达到平衡。
当离心力和引力之间平衡的时候，我们可以将它们相等，得到下面的等式：m*v^2/r=GM*m/r^2通过化简这个等式，我们可以得到计算第三宇宙速度的公式：v = sqrt(GM / r)在这个公式中，v表示第三宇宙速度，G是万有引力常数，M是地球或其他行星的质量，r是物体与地球或其他行星的距离。
这个公式告诉我们，为了使物体能够脱离地球或其他行星的引力而进入宇宙空间，它所需的最低速度应该等于sqrt(GM / r)。
如果物体的速度小于这个值，它将会受到引力的束缚，并被地球或其他行星重新吸引回来。
只有速度大于等于这个值，物体才能克服引力的束缚，进入宇宙空间。
关于第三宇宙速度
关于宇宙速度的进一步研究小时候，由于对天文学的爱好，有关宇宙的任何事物都能引起我的兴趣，尤其是那些数据。
因此我很早就把三个宇宙速度（分别为7.9千米/秒、11.2千米/秒、16.7千米/秒）背得滚瓜烂熟。
后来，我对太阳和地球的性质有所了解，于是心生疑惑：第一宇宙速度和第二宇宙速度有什么区别？太阳引力比地球要大得多，为什么第三宇宙速度并不是很大？这些疑问多年来一直缠绕在我的心中。
但由于物理知识的缺乏，我始终无法对此作出解释。
进入高中后，我又学了一些力学知识，对圆周运动、能量守衡、开普勒定律等知识点略知一二。
于是，我就开始对这些宇宙速度进行研究。
在这里，由于第一宇宙速度我在以前做过的大作业中已经详细研究过，所以下面我就从第二宇宙速度开始分析。
一、第二宇宙速度第二宇宙速度即航天器脱离地球的速度。
其实，对我们而言，计算第二宇宙速度并不是什么难事，不过，相对第一宇宙速度，它所需要的知识更多，至少，用简单的圆周运动是无法解决的。
下面我就给出一种比较通俗的解法。
先证明一个很重要的结论：对于椭圆轨道的物体而言，有E＝1/2·mv2-GMm/r＝-GMm/2a ①（即物体所具有的能量）其中v是物体运行的速度，M是被环绕星体的质量，m是物体的质量，r是物体与力心的距离，a是轨道的长半轴，1/2·mv2是物体的动能，-GMm/r是物体的势能。
证明如下：物体的椭圆轨道与它的长半轴交于X1与X2，由开普勒第一定律可知，被环绕星体在该椭圆的一个焦点上，设该点为F1。
令X1F1＝r1，X2F1＝r2，则由能量守衡可知E＝1/2·mv12-GMm/r1＝1/2·mv22-GMm/r2②，由开普勒第二定律可知v1r1＝v2r2 ③，另外，我们知道r1+r2＝2a ④，于是，我们列出了3个方程。
解②③④三个方程，就得到E＝-GMm/2a。
当然，我只对特殊的两点进行了讨论，但能量是守衡的，于是①式就被证明了。
第三宇宙速度推导过程的参考系选择问题
Vol.49 No.12Dec.2020此i f教学参考教法学法第三宇宙速度推导过程的参考系选择问题竺斌(浙江省湖州中学浙江湖州313000)文章编号：l〇〇2-218X(2020)12-0029-02 中图分类号：G632. 4 文献标识码：B 摘要：两个相互作用的物体组成的孤立系统，若质量相差悬殊，大质量物体的速度变化非常小，一般可以忽略速度的变化。
若选择相对质心做匀速运动的物体为参考系，大质量物体的动能变化不能忽略，一般可以选择大质量物体为参考系就可以不考虑其动能的变化。
第三宇宙速度的推导过程，需要分两个过程进行，两个过程分别选择大质量的太阳和地球为参考系进行计算。
关键词：参考系；第三宇宙速度；动量守恒；机械能守恒从地球表面发射航天器，飞出太阳系时所需要的 最小速度，就叫作第三宇宙速度（^)。
这一速度相对地心参考系的数值为16.7 k m/s。
需要注意的是，这是选择航天器入轨速度与地球公转速度切线方向一致时计算出的^值；如果方向不一致，所需速度就 要大于16. 7 k m/s。
一、两种解法第三宇宙速度的推导分两个运动过程。
过程一：在地心参考系下，航天器在地球引力作用下，被发射 后获得速度M(第三宇宙速度）至运动到地球公转轨 道附近离地球无限远。
过程二：在太阳参考系下，航 天器从地球公转轨道附近离地球无限远的位置至脱离太阳引力束缚离太阳无限远。
解法1设太阳质量为M.,，地球质量为地，航天 器质量为M，太阳和地球的距离为,地球半径为尺，地球绕太阳公转的速度W=29. 8 k m/s,引力常量 为G。
过程一：在地心参考系下，令w11.2 k m/s，地球上沿地球公转速度方向的发射速度为％!，根据机械能守恒有G M e mR-m v\‘①解得 2过程二：在太阳参考系下.航天器在地球公转轨道附近离地球无限远的位置速度为A，地球公转速度 为。
航天器从地球公转轨道附近至刚好脱离太阳引力束缚太阳无限远的过程，根据机械能守恒有带人数据计算可得〜=7^T T i=42-2 km/s所以 巧一m,=12. 4 km/s=a/t；i2+T i]|2=\/\2.42+11. 22k m/s=16. 7 km/s 解法2选择太阳参考系，设航天器发射时相对太阳的速度为〜要脱离太阳引力束缚，运动到距离太阳无限远时速度刚好为0。
第三宇宙速度推导
第三宇宙速度的推导
物体如果进一步挣脱太阳引力的束缚，则需要更多的能量，挣脱太阳系而飞向太阳系以外的宇宙空间去，必须具有的最小速度叫做第三宇宙速度。
第三宇宙速度V 3=16.7km/s 。
推导方法如下。
地球以约30km/s 的速度绕太阳运动，地球上的物体也随着地球以这个速度绕太阳运动。
正像物体挣脱地球引力所需的最小速度等于它绕地球运动的速度的2倍那样，物体脱离太阳引力的束缚所需的速度应等于它绕太阳运动的速度的2倍，即s km s km /4.42/302=⨯。
由于人造天体已有绕太阳运动的速度30km/s ，所以只要使它沿地球运动轨道方向增加12.4km/s 的速度就行。
但要物体获得这个速度，首先必须使它挣脱地球引力的作用。
因此，除了给予物体以
22
1mv 的动能外（其中m 表示人造成天体的质量，v 表示增加的速度12.4km/s ），还需给予它222
1mv (v 2表示第二宇宙速度)的动能，即2222121mv mv + 用V 3表示第三宇宙速度（以地球为参考系），则人造天体应具有的动能等于
2222
121mv mv +时，才能满足上述条件，则 222232
12121mv mv mv += 2
2223v v v +=
所以 s km v v v /7.162
223=+=。
第三宇宙速度计算
第三宇宙速度计算第三宇宙速度计算是指在太空探索中，为了使航天器能够脱离地球引力，需要达到的最低速度。
本文将介绍第三宇宙速度的计算方法及其在航天领域的重要性。
一、第三宇宙速度的概念第三宇宙速度，也称为逃逸速度，是指在克服地球引力的作用下，使得航天器能够离开地球轨道进入宇宙空间所需达到的最小速度。
它是航天任务中的重要参数，决定了航天器是否能够成功进入太空。
二、第三宇宙速度的计算方法第三宇宙速度的计算需要考虑地球引力和航天器的质量。
根据万有引力定律，地球引力与物体质量和距离的平方成反比。
其计算公式如下：F =G * (M * m) / r^2其中，F为地球引力的大小，G为万有引力常数，M为地球的质量，m为航天器的质量，r为地球表面到航天器的距离。
为了使航天器脱离地球引力，需要使其动能大于或等于地球引力势能，即：(1/2) * m * v^2 >= G * (M * m) / r其中，v为航天器的速度。
解方程可得：v >= sqrt(2 * G * M / r)这个速度就是第三宇宙速度。
三、第三宇宙速度的数值地球的质量M约为5.97 × 10^24千克，万有引力常数G约为6.67 × 10^-11 N·m^2/kg^2。
地球半径约为6371千米。
代入公式计算可得，第三宇宙速度的数值约为11.2千米/秒。
也就是说，航天器需要达到每秒11.2千米的速度，才能够克服地球引力进入太空。
四、第三宇宙速度的应用第三宇宙速度的概念和计算方法在航天领域具有重要的应用价值。
首先，它是航天任务设计中的关键参数之一，决定了发射火箭所需的最小速度。
其次，第三宇宙速度的计算结果也能够评估航天器的性能和能力，为航天任务的成功与否提供了重要依据。
此外，第三宇宙速度的概念也拓展了人类对宇宙探索的视野，为太空探索提供了基础理论和技术支持。
总结：第三宇宙速度是航天领域中的重要概念，指航天器为脱离地球引力所需达到的最低速度。
三个宇宙速度的推导
第二宇宙速度是航天器脱离地球引力的关键，只有达到或超过 这个速度，航天器才能摆脱地球的束缚，飞向太阳系外。
第三宇宙速度
定义
第三宇宙速度是指航天器摆 脱太阳系引力束缚所需的最 小速度，也被称为逃逸速度
。
计算公式
第三宇宙速度的计算公式为 v3=√(2GM/r)，其中 G 是万 有引力常数，M 是太阳质量， r 是航天器与太阳中心的距离。
地球观测卫星
第一宇宙速度有助于地球观测卫 星获取高精度的地理信息和气象 数据，因为低轨道卫星具有更高 的分辨率和更快的图像更新频率。
04
三个宇宙速度的物理意 义
第二宇宙速度的物理意义
1 2
第二宇宙速度（逃逸速度）
指航天器能够完全摆脱地球引力束缚，飞离地球 所需的最小初始速度。
计算公式
第二宇宙速度 = sqrt(2 * 地球质量 * 地球半径 * 重力加速度常数)
3
物理意义
第二宇宙速度是航天器离开地球引力场，进入更 广阔宇宙空间的重要条件。
第三宇宙速度的物理意义
01
第三宇宙速度（逃 逸速度）
指航天器能够完全摆脱太阳系引 力束缚，飞出太阳系所需的最小 初始速度。
计算公式
02
03
物理意义
第三宇宙速度 = sqrt(2 * 太阳质 量 * 地球公转半径 * 重力加速度 常数)
第一宇宙速度推导
总结词
第一宇宙速度是物体绕地球做匀速圆周运动 所需的最小速度，其推导基于牛顿第二定律 、万有引力定律和向心力公式。
详细描述
第一宇宙速度，也称为环绕速度，是物体绕 地球做匀速圆周运动所需的最小速度。根据 牛顿第二定律、万有引力定律和向心力公式， 当物体以一定的初速度v0在平行于地心方向 上持续加速时，其受到的地球引力将提供物 体做匀速圆周运动的向心力，直到达到环绕 速度v环绕时，物体将保持匀速圆周运动。环 绕速度v环绕可以通过以下公式计算：v环绕 = sqrt(GM/r)，其中G为万有引力常数，M为
第三宇宙速度的推导及应用
第三宇宙速度的推导及应用方案下，第三宇宙速度的值存在很多可能性。
从第三宇宙速度的定义出发，引入一种新的理念，导出第三宇宙速度的新数值，得到了不同的第三宇宙速度。
在这些第三宇宙速度的新值中，有比16.7km／还要小的值，也有比16.7km／大的值。
说明目前我们还没有找到计算第三宇宙速度的一个最佳方案，现在普遍认为的第三宇宙速度16.7km／显然是有待进一步讨论和修改的。
下面再浅谈一下宇宙速度在航天事业上的应用，第三宇宙速度是从地球表面发射航天器（航天器按是否载人可分为无人航天器和载人航天器），飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度，是作为摆脱太阳系引力场束缚而飞往恒星际空间的恒星际飞行器所必须具有的速度。
其运行轨道为双曲线，所以也称双曲线速度。
宇宙速度的数值与所发射的人造天体入轨点离地面的高度有关。
当离地面高度为零而又不计空气阻力时，第三宇宙速度为每秒16.7千米。
其实当物体在达到11．2千米/秒的运动速度时就能摆脱地球引力的束缚。
在摆脱地球束缚的过程中，在地球引力的作用下它并不是直线飞离地球，而是按抛物线飞行。
脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行。
若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系，物体的运动速度必须达到16.7千米/秒。
那时将按双曲线轨迹飞离地球，而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳。
然而，人类的航天，并不是一味地要逃离地球。
特别是当前的应用航天器，需要绕地球飞行，即让航天器作圆周运动。
众所周知，必须始终有一个力作用在航天器上。
其大小等于该航天器运行线速度的平方乘以其质量再除以公转半径，即F=mv^2/R。
在这里，正好可以利用地球的引力。
因为地球对物体的引力，正好与物体作曲线运动的离心力方向相反。
那么，如何才能使要发射的航天器达到所需要的宇宙速度呢？必须要用运载火箭。
火箭是人类冲破地球引力飞向太空的工具。
火箭里装着不用空气就能点燃的燃料。
燃料燃烧时喷出气体，气体的反作用力可以使火箭向前推进。
关于三个宇宙速度的推导
三个宇宙速度的推导教材对第一宇宙速度做了具体推导，对第二、三宇宙速度没有进行推导，为使学生正确理解宇宙速度，认识它们的关系，拓宽知识，现对三个宇宙速度分析如下。
第一宇宙速度物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫第一宇宙速度，又叫环绕速度，第一宇宙速度是最小的发射速度，其数值是7.9km/s．方法1：若地球质量M约为6×10kg，地球平均半径为6400km，人造卫星的半径约为地球半径即近地卫星，则其运动速度是多少？（G=6.67×10N·m/kg）对人造卫星，由万有引力提供向心力得：解得：，代入数据得v=7.9km/s方法2：根据，由地球表面的重力加速度和地球的半径算出：=7.9km/s。
第二宇宙速度取无穷远处引力势能为零,物体距地心距离为r时的引力势能为，式中G是引力常量，M是地球的质量,m是物体的质量．不计空气阻力，物体和地球组成的系统机械能守恒，可得：，解得：代入数据得可见11.2km/s是物体脱离地球的最小发射速度。
当物体的速度等于或大于11.2km/s，它就会离开地球，我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度，又叫脱离速度。
第三宇宙速度在地面附近发射一个物体，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫做第三宇宙速度，又叫逃逸速度。
太阳质量为M0，太阳中心到地球中心的距离为R0，类似于第二宇宙速度计算可有：，将M0=2.0×10kg，R0=1.5×10m代入得v＝42.2km/s 由于地球绕太阳公转的速度为所以相对地球只要:＝42.2-29.8=12.4km/s发射，但考虑到地球引力存在，必须克服地球引力做功，所以：，而。
式中v是第二宇宙速度，将此代入上式，解得第三宇宙速度：v=16.7km/s 三个宇宙速度都是相对于地心的，且从（1）、（2）两式可知，第二宇宙速度等于第一宇宙速度的倍。
第三宇宙速度推导
第三宇宙速度推导问题提出：当我们增加从地球表面发射抛体的速度，并使之能脱离太阳引力的束缚而飞出太阳系，这个速度成为第三宇宙速度，用3v 来表示。
显然，要使抛体脱离太阳系的束缚，必须先脱离地球引力的束缚，然后再脱离太阳引力的束缚。
这就是说，抛体脱离地球引力后还要具有足够大的动能实现飞出太阳系的目的。
模型建立：首先讨论抛体脱离地球引力场的情形。
我们把地球和抛体作为一个系统，并取地球为参考系，设从地球表面发射一个速度为3v 的抛体，其动能为2/23mv ，引力势能为E E R m Gm /-。
当抛体脱离地球引力的束缚后，它相对地球的速度为'v 。
按机械能守恒定律，有2'232121mv R m m G mv E E =-（1） 为求'v ，取太阳系为参考系，此抛体距太阳的距离为S R ，相对太阳的速度为'3v ，地球相对太阳的速度为E v ，抛体相对于地球的速度为'v ，则由相对运动公式，有 E v v v +=''3如'v 与E v方向相同，则抛体相对太阳的速度最大，有E v v v +=''3（2）此后，抛体在太阳的引力下飞行，其引力势能为S S R m Gm /-，动能为2/2'3mv ，其中，S m 为太阳的质量，故抛体要脱离太阳引力作用，其机械能至少是0212'3=-SS R m m G mv （3） 有2/1'3)2(SS R Gm v =（4） 把式(4)代入(2)，有E SS E v R Gm v v v -=-=2/1'3')2(（5）如设地球绕太阳的运动轨迹近似为一圆，那么由于抛体与地球的运动方向相同，且都只受太阳引力的作用，故可以认为此时抛体至太阳的距离为S R ，即是地球轨道圆的半径。
于是由牛顿第二定律，有SE E S S E R v m R m m G 22= 即得2/1)(SS E R m Gv = 把上式代入式(5)，可得， 2/1'))(12(SS R m Gv -=模型求解： 查得kg 1099.130⨯=S m ，m 1050.111⨯=S R ，得1's km 3.12-⋅=v 。
对宇宙速度推导方法的研究
对宇宙速度推导方法的研究宇宙速度:第一宇宙速度，第二宇宙速度，第三宇宙速度，第四宇宙速度，第五宇宙速度一、 第一宇宙速度1 、 方法一设地球半径为E R ，质量为E m ，在地面上有一质量为m 的抛体，以速度v 射出并且绕地球作圆周运动，则v 可称为第一宇宙环绕速度。
当抛体环绕地球作圆周运动时，由地球对抛出物体的引力提供抛体作圆周运动的向心力即 22E E E mm v G m R R =v =由代换公式 22E E E E mm mg G gR Gm R ==7.9()km v s===2 、 方法二仍设地球半径为E R ，质量为E m ，在地面上有一质量为m 的抛体，以初速度1v 竖直向 上发射，到达距地面高度为h 时，以速度v 绕地球作匀速率圆周运动，把抛体与地球作为一个系统，由于只有保守内力作用在这个系统上，系统的机械能守恒。
有 2211122E E E E Gmm Gmm E mv mv R R h =-=-+ 22122E E E EGm Gm v v R h R =-++ 而()22E E E Gmm v m R h R h =++ （向心力=万有引力）1v =由代换公式 E E gR Gm =1v = 对于地球表面附近的人造地球卫星，有 ()17.9E kmR hv s==方法二中若E R h 也得出方法一中的结果，说明方法一是在忽略h 的条件下推出的。
3 、 方法三设从高山上水平抛出一个物体，要想使这个抛体不落回地面，必使物体运动轨迹的弯曲程度与地球表面的弯曲程度相同，即至少使物体绕地球运转的轨迹与地球表面相似，且二者为同心圆，这样物体就不会落回地面了．如图1所示为地球的部分断面，现在把物体从山顶上A 点以水平速度抛射出去，如果没有地球的引力作用则1s 后物体将到达B 点，如图2，但由于地球的引力，物体在1s 时实际到达位置C ．设地球为均匀球体，其表面重力加速度为g ，故由自由落体运动可知21 4.92BC gt m =≈．倘若物体到达C 点时距地面的高度与A 点处距地面的高度相同，则物体就会沿着与地 图1 球同心的圆做圆周运动而不再落回地面上．图1中t AB v =，6370AD km =。
高中物理试讲稿《三种宇宙速度》
高中物理《三种宇宙速度》试讲稿1、题目：三种宇宙速度2、内容：设地球的质量为M，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞行器的速度为v，它到地心的距离为r，飞行器运动所需的向心力是由万有引力提供的，所以由此解释，近地卫星在100-200km的高度飞行，与地球半径6400km相比，完全可以说是在“地球附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星对地心的距离r，把数据代入上式后，可以算出3、这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度（first cosmetic velocity）在地面附近发射飞行器，如果发射速度大于7.9 km/s,而小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
当物体的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。
达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
在地面附近发射一个物体，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外,必须使它的速度等于或大于16.7 km/s,这个速度叫做第三宇宙速度。
3、基本要求：（1）试讲时间10分钟（2）适当板书（3）要有提问互动环节（4）试讲过程中注意生活生活实际4、基本要求：（1）你是如何激发学生的学习兴趣的？（2）你认为学生在学习这节课的时候难点是什么，怎么突破？二、考题解析环节一：新课导入先播放一段有关卫星发射的视频，并让同学们仔细观察发射过程。
在视频播完之后，提出问题，卫星是如何通过火箭发射到太空中去的，需要多大的速度?学生会给出各种答案，此时引导学生思考人造卫星能够围绕地球旋转的条件是什么。
学生根据前面学习的圆周运动以及万有引力规律可能会提出万有引力提出向心力的推论。
此时表扬学生的态度，并引出下一个问题，具体的发射速度是多大?环节二：新课讲授(一)第一宇宙速度的推导引导学生建立模型，将地球视为球体，人造卫星在围绕地心的圆形轨道上做匀速圆周运动。
此时要明确指出卫星的轨道高度和地球的半径长度，并且告诉学生，近地卫星的轨道高度相比地球的半径是可以忽略不计的，可以认为是将已知条件带入后，可以算出速度的大小为7.9km/s。
三个宇宙速度的理论推导
三个宇宙速度的理论推导（大庆师范大学物理与电气信息工程系，10级物理学一班，黄忠宇，201001071475）摘要：宇宙速度是指物体达到11.2千米/秒的运动速度时能摆脱地球引力束缚的一种速度。
在摆脱地球束缚的过程中，在地球引力的作用下它并不是直线飞离地球，而是按抛物线飞行。
脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行。
若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系，物体的运动速度必须达到16.7千米/秒。
那时将按双曲线轨迹飞离地球，而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳。
关键词：地球引力束缚，环绕速度，逃逸速度，时空作者简介：黄忠宇（1990-），男，广西桂平人，黑龙江省大庆师范学院物理与电气信息工程系学生0引言第一宇宙速度（又称环绕速度）：是指物体紧贴地球表面作圆周运动的速度(也是人造地球卫星的最小发射速度)。
大小为7.9km/s ——计算方法是V=√(gR)，即是 V= sqrt(gR) (g是重力加速度，R是星球半径)第二宇宙速度（又称脱离速度）：是指物体完全摆脱地球引力束缚，飞离地球的所需要的最小初始速度。
大小为11.2km/s第三宇宙速度（又称逃逸速度）：是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。
其大小为16.7km/s。
环绕速度和逃逸速度也可应用于其他天体。
例如计算火星的环绕速度和逃逸速度，只需要把公式中的M,R,g换成火星的质量、半径、表面重力加速度即可。
第四宇宙速度1第一宇宙速度理论推导在地面上向远处发射炮弹，炮弹速度越高飞行距离越远，当炮弹的速度达到“7.9千米/秒”时，炮弹不再落回地面（不考虑大气作用），而环绕地球作圆周飞行，这就是第一宇宙速度。
第一宇宙速度第一宇宙速度也是人造卫星在地面附近绕地球做“匀速圆周运动”所必须具有的速度。
但是随着高度的增加，地球引力下降，环绕地球飞行所需要的飞行速度也降低，所有航天器都是在距地面很高的大气层外飞行，所以它们的飞行速度都比第一宇宙速度低。
第三宇宙速度的推导
第三宇宙速度的推导引言：在天文学中，第三宇宙速度是指一个物体需要具备的最低速度，以克服引力的作用，从一天体的吸引范围内逃离。
它是一个重要的概念，有助于我们理解宇宙中天体的运动行为和星系的形成。
本文将详细介绍第三宇宙速度的推导过程。
一、引力的概念和公式在推导第三宇宙速度之前，我们首先需要了解引力的概念和基本公式。
根据万有引力定律，两个物体之间的引力大小与它们的质量和距离的平方成正比，与它们之间的相对位置有关。
数学表达式如下：F =G * (m1 * m2) / r^2其中，F代表引力的大小，m1和m2代表两个物体的质量，r代表它们之间的距离，G代表万有引力常数。
二、第三宇宙速度的定义在天体运动中，我们经常涉及到对象从一个主星体的引力范围内逃离的情况。
第三宇宙速度就是指一个物体需要具备的最低速度，以克服主星体的引力，从其引力范围内逃离。
也可以理解为，物体在主星体引力作用下的动能等于它的势能，即动能与引力势能相等。
三、第三宇宙速度的推导过程为了推导第三宇宙速度，我们以一个天体绕主星体的运动为例。
假设这个天体的质量为m，主星体的质量为M，初始距离为r0。
在离开主星体的过程中，天体的速度从初始速度v0逐渐增大。
首先，我们可以根据万有引力定律求得离心力Fc：Fc = G * (m * M) / r^2然后，我们可以根据离心力Fc求得切向加速度a：Fc = m * a将离心力代入上式得：G * (m * M) / r^2 = m * a化简可以得到：a = G * M / r^2接下来，我们可以根据切向加速度a求得切向速度v：由于a = v^2 / r，我们可以得到：v = sqrt(G * M / r)当天体的速度达到v时，它将能够克服主星体的引力，从其引力范围内逃离。
这个速度就是第三宇宙速度。
四、总结通过以上推导过程，我们得到了第三宇宙速度的推导公式：v = sqrt(G * M / r)其中，v为第三宇宙速度，G为万有引力常数，M为主星体的质量，r为天体离主星体的距离。
探索宇宙相对速度
宇宙速度的原理
定义：牛顿第三定律指出，作用力 和反作用力总是大小相等、方向相 反、作用在同一条直线上。
实例：火箭发射时，火箭向下喷射 燃料，产生向上的反作用力，使火 箭升空。
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原理应用：在宇宙速度中，当一个物 体加速或减速时，会产生一个与之相 反方向的力，使其他物体产生相应的 加速度或减速度。
空间折叠技术：空间折叠技术理论上 可以实现瞬间传送，这将极大提升宇 宙速度，缩短星际间的旅行时间。
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虫洞技术：理论物理学中的虫洞技术， 如果得以实现，将为宇宙速度带来革 命性的提升，实现跨越星系的快速旅 行。
人工智能与航天器自主控制：人工智 能的发展有助于提高航天器的自主控 制能力，使航天器能够更精确地执行 任务，提高宇宙速度的可靠性。
宇宙速度是衡量航天器性能的重要指标，能够推动人类更深入地探索宇宙 宇宙速度的提升有助于缩短航天器到达目标星球的时间，提高探索效率 宇宙速度可以帮助人类实现更远距离的探索，扩大人类的视野和认知范围 宇宙速度的突破有助于解决太空资源开发、太空旅游等现实问题，推动太空经济的发展
宇宙速度的未来展 望
宇宙速度的探索与 发现
恒星运动：宇宙中恒星的运动速度和方向各不相同，对宇宙速度的探索和发现具 有重要意义。
宇宙速度的探索：科学家通过观测和研究恒星运动，不断探索和发现宇宙速度的 规律和特点，为人类认识宇宙提供了重要依据。
恒星运动与宇宙速度的关系：恒星运动的速度和方向与宇宙速度之间存在密切关 系，恒星运动的变化可能影响宇宙速度的分布和变化。
宇宙相对速度
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目录
宇宙速度的定义
《三种宇宙速度》答辩
《三种宇宙速度》答辩（实用版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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第二和第三宇宙速度的分析与计算
第二和第三宇宙速度的分析与计算
沈岩;王卫林
【期刊名称】《信阳师范学院学报：自然科学版》
【年(卷),期】2001(14)4
【摘要】本文分析了第二、第三宇宙速度计算中存在的问题 ,导出绝热近似下第三宇宙速度的数值为 1 3 .6km/ s.
【总页数】2页(P391-392)
【关键词】抛射体;引力;分析;计算;第二宇宙速度;第三宇宙数度;理论力学
【作者】沈岩;王卫林
【作者单位】信阳师范学院物理系;江西宜春学院物理系
【正文语种】中文
【中图分类】O313.2;O314
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第三宇宙速度的推导及应用
【摘要】在高中物理的学习中我们只了解了第三宇宙速度的值，但关于第三宇宙速度的导出教科书上并没有具体去分析。
本文在通过对广大文献研究的基础上，系统地整理了关于第三宇宙速度的推导及在航天事业上的应用价值，以便于其他人借鉴。
【关键词】第三宇宙速度；新理念；推导；新数据；航天器；应用
辞海上关于第三宇宙速度是这样定义的：脱离太阳系飞向星际空间必须具有的速度是16.7km/s，称为“第三宇宙速度”。
剖析它的含义就是说从地球上发射一枚飞船，要使它先脱离地球的引力，其后再脱离太阳引力所需要的，不考虑空气阻力等影响情形下，理论上的最低速率。
根据这一理念，现行的教材上，在推导第三宇宙速度时只考虑了飞船，地球和太阳三个对象，得到的第三宇宙速度是16.7km／s。
从地球起飞的航天器飞行速度达到16.7千米/秒时，就可以摆脱太阳引力的束缚，脱离太阳系进入更广袤的宇宙空间。
这个从地球起飞脱离太阳系的最低飞行速度就是第三宇宙速度。
在教学中我们常提到第一宇宙速度与第二宇宙速度的推导，而很少提到对第三宇宙速度的推导，甚至从教这么多年也没认真思考过这样的问题，现用一种方法将推导过程叙述如下：
从第二宇宙速度的推导出发，假设在地球上将一颗质量为m的卫星发射到绕太阳运动的轨道需要的最小发射速度为v；此时卫星绕太阳运动可认为是不受地球引力，距离地球无穷远；认为无穷远处
是引力势能0势面，并且发射速度是最小速度，则卫星刚好可以到达无穷远处。
由动能定理得： (mv)/2-gmm/r*dr =0
由微积分dr=r得
解得v=√(2gm/r)
这个值正好是第一宇宙速度的√2倍。
物体要进一步挣脱太阳的引力束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去所必须具有的最小速度，叫第三宇宙速度，也叫逃逸速度．根据推导第二宇宙速度的道理可知，物体为了挣脱太阳的引力飞出太阳系，就必须具有速度v′＝，式中m日＝2×1030 kg，r日地＝1.49×1011 m，所以v′＝42.2 km/s ，物体是由地面出发的，地球围绕太阳公转的线速度v线＝29.8 km/s，如果物体顺着地球运动的轨道切向飞出的话，便可借助于地球的公转线速度，因而只需δv＝v′－v线＝42.2-29.8＝12.4 km/s就行了。
但是，设飞船作为质点，并设它是以第三宇宙速度发射出，则其动能为：1/2mv，这个动能应包含两部分，即脱离地球引力所需的动能和脱离太阳系引力所需的动能。
物体要飞出太阳系，需要克服太阳系的引力，首先要挣脱地球引力的束缚才行。
故物体在地面上应该具有的动能为 mv32＝ mv22＋ m(δv)2，故v3＝16.7 km/s。
以上推导第三宇宙速度的值过于理想化，事实上第三宇宙速度的值是多样化的，中学教材的16.7km／s并不是唯一值，也不是最佳速值，在不同的理念和方案下，第三宇宙速度的值存在很多可能性。
从第三宇宙速度的定义出发，引入一种新的理念，导出第三宇宙速度的新数值，得到了不同的第三宇宙速度。
在这些第三宇宙速度的新值中，有比16.7km／s还要小的值，也有比16.7km／s大的值。
说明目前我们还没有找到计算第三宇宙速度的一个最佳方案，现在普遍认为的第三宇宙速度16.7km／s显然是有待进一步讨论和修改的。
下面再浅谈一下宇宙速度在航天事业上的应用，第三宇宙速度是从地球表面发射航天器（航天器按是否载人可分为无人航天器和载人航天器），飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小速度，是作为摆脱太阳系引力场束缚而飞往恒星际空间的恒星际飞行器所必须具有的速度。
其运行轨道为双曲线，所以也称双曲线速度。
宇宙速度的数值与所发射的人造天体入轨点离地面的高度有关。
当离地面高度为零而又不计空气阻力时，第三宇宙速度为每秒16.7
千米。
其实当物体在达到11．2千米/秒的运动速度时就能摆脱地球引力的束缚。
在摆脱地球束缚的过程中，在地球引力的作用下它并不是直线飞离地球，而是按抛物线飞行。
脱离地球引力后在太阳引力作用下绕太阳运行。
若要摆脱太阳引力的束缚飞出太阳系，物体的运动速度必须达到16.7千米/秒。
那时将按双曲线轨迹飞离地球，而相对太阳来说它将沿抛物线飞离太阳。
然而，人类的航天活动，并不是一味地要逃离地球。
特别是当前的应用航天器，需要绕地球飞行，即让航天器作圆周运动。
众所周知，必须始终有一个力作用在航天器上。
其大小等于该航天器运行线速度的平方乘以其质
量再除以公转半径，即f=mv/r。
在这里，正好可以利用地球的引力。
因为地球对物体的引力，正好与物体作曲线运动的离心力方向相反。
那么，如何才能使要发射的航天器达到所需要的宇宙速度呢？必须要用运载火箭。
火箭是人类冲破地球引力飞向太空的工具。
火箭里装着不用空气就能点燃的燃料。
燃料燃烧时喷出气体，气体的反作用力可以使火箭向前推进。
火箭是在飞行过程中不断加速的，所以加速度不过大，可以保证人和仪器的安全。
这种用燃料作动力的火箭，在没有空气的宇宙空间也能飞行。
运载航天器的火箭应是多级火箭。
多级火箭一般由三级组成。
三级火箭在燃完燃料后脱落，接着下一级火箭点燃。
这样，火箭就可以不停地加速前进，把航天器送入预定轨道。
随着我国“神舟六号”载人航天飞行的成功发射，越来越多的人们对航天技术产生了浓厚的兴趣。
航天技术是二十世纪五十年代快速发展起来的研究和开发、利用太空的高新技术。
航天技术的核心是各种航天飞行器的设计、制造、发射和应用。
而讨论上述各种航天飞行器发射过程中普遍涉及的一个重要的物理内容——就是宇
宙速度及其计算。
本文就第三宇宙速度的推导及误差分析和在了解了宇宙速度后
在航天上的应用发表了一点自己的体会。
其实还有一个目的是希望在注重素质教育的今天，本文能对学生的探究及分析问题能力的培养有点启发。
教学的重点，是如何去提高学生的创新能力，培养和提高学生各种能力的同时，让学生学会深入地去挖掘，对学生来讲
能提高自己的分析能力和解题能力，使学生能积极参与教师的教学活动，从而提高学生的学习主动性和积极性，有利于学生创造性的发挥和施展，培养深入分析和解决问题的能力。
参考文献：
[1] 俞达仁.杭州师范大学学报(自然科学版).《第三宇宙速度新数值导出》
[2]西安通信大学物理教研室.大学物理.清华大学出版社，2004(7)
[3]张启仁.经典力学.科学出版社，2002(1)。