对第三宇宙速度的再解释*

徐继芳

(徐州市第三十六中学 江苏 徐州 221000)

对第三宇宙速度的再解释*

徐继芳

(徐州市第三十六中学 江苏 徐州 221000)

宇宙速度对中学生来说是比较抽象的概念，特别是对于第三宇宙速度，很多学生学习后对这个概念还是很模糊.从太阳对天体的万有引力提供天体运动所需的向心力入手，通过具体的分析与计算，得出第三宇宙速度的大小.

第三宇宙速度 万有引力 向心力

在人教版高中《物理·必修2》第六章第5节“宇宙航行”一节中，对第三宇宙速度是这样解释的：“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.”在学到这一节内容时，有学生提出这样的疑问：为什么发射卫星达到第三宇宙速度就可以脱离太阳的束缚，而地球绕太阳的公转速度比这还大，却没有脱离太阳的束缚，而是围绕着太阳运转呢？下面是笔者对此作出的解释.

用r表示日地间的平均距离，Ms表示太阳质量，m表示地球质量，v表示地球绕着太阳的公转速度，将地球绕着太阳的运动近似看作是匀速圆周运动，由万有引力提供天体运动所需的向心力得

将太阳的质量Ms=2.0×1030kg，日地平均距离r=1.5×1011m，万有引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，代入速度的表达式得

v≈29.8 km/s

以太阳为参照物，当飞行物(设质量为m′)的发射速度为v′时，它将脱离太阳的束缚.忽略空气阻力以及其他星球引力的影响，应用机械能守恒定律得

取无穷远处为势能零点，得到

所以

Δv=v′-v=12.4 km/s

其中v2为以地球为参照物的第二宇宙速度11.2 km/s.所以第三宇宙速度

教材上所说的第三宇宙速度是以地球为参照物，且发射方向与地球的公转方向相同的速度，而地球的公转速度29.8 km/s是以太阳为参照物的.

1 人民教育出版社.普通高中课程标准实验教科书 物理·必修2．北京：人民教育出版社，2010.44

2 钟锡华，周岳明．力学．北京：北京大学出版社，2000.81～83

2017-05-09)

**江苏省教育科学“十三五”立项课题“聚焦课堂细节的高中教学微创新研究”的阶段性研究成果之一，项目编号：D/2016/02/141

徐继芳(1979- ),女，中教一级，主要从事中学物理教学.