高中物理 第6章 第5节宇宙航行课件 新人教版必修2
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人教版高中物理必修二6.5 宇宙航行 课件 (共27张PPT)
（3）速率、角速度、加速度一定
（4）高度一定: 在赤道上空 （5）轨道平面一定：与地球赤道平面共面
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
例3.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ACD ） A.它的运行速度小于7.9km/s B.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合 D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
C.c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上
的c D.a卫星由于某原因，轨道半径 缓慢减小，其线速度将增大
3.根据观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星
的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度V与该 层到土星中心的距离R之间的关系。下列判断正确的是 （ AD ） A.若V与R成正比，则环为连续物
R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是( D ) A.周期之比T1∶T2=3∶1 B.线速度之比v1∶v2=3∶1 C.向心力之比F1∶F2=1∶9
D.向心加速度之比a1∶a2=1∶9
2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动 的3颗卫星，下列说法正确的是（ D ） A.b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度 B.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
例1.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是 （ BC ）
A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
三、人造卫星的超重和失重
1.发射和回收阶段 发射 回收 2.沿圆轨道正常运行 只受重力 a = g 完全失重 加速上升 减速下降 超重 超重
人教版高中物理必修二 第六章第5节 宇宙航行 (共39张)PPT课件
为r，求该卫星运行速度v。
近地卫星的运行速度是多大呢？
已 知 ： G 6 .6 7 1 0 1 1 N m 2 /k g 2 R6.37106m M5.891024kg
v m/s GM R
6.6710115.891024 6.4106
7.9km/s
2020/10/1
14
近地卫星的运行速度是多大呢？
2020/10/1
32
课堂小结：
33
练习：
34
35
2.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ACD） A.它的运行速度小于7.9km/s B.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合 D.每一个地球同步卫星离地面的高度是一样的
36
37
38
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
40
设卫星离地面高度为h
由 GM 地 m卫 (R 地 h)2
m卫
(
2
T
)2
(R
地
h)h
3
解得h
GM 地T 2
4 2
R地
3.6 104 km
5.6R地
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
2020/10/1
30
2020/10/1
31
为了卫星之间不互相干扰，大约3° 左右才能放置1颗，这样地球的同步卫 星只能有120颗。可见，空间位置也是 一种资源。
10
2020年10月1日星期四
我国在1970年4月20日 发射了第一颗人造地球 卫星
2003年10月15日，神州五号 载人宇宙飞船发射升空
11
近地卫星的运行速度是多大呢？
已 知 ： G 6 .6 7 1 0 1 1 N m 2 /k g 2 R6.37106m M5.891024kg
v m/s GM R
6.6710115.891024 6.4106
7.9km/s
2020/10/1
14
近地卫星的运行速度是多大呢？
2020/10/1
32
课堂小结：
33
练习：
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2.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ACD） A.它的运行速度小于7.9km/s B.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合 D.每一个地球同步卫星离地面的高度是一样的
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
40
设卫星离地面高度为h
由 GM 地 m卫 (R 地 h)2
m卫
(
2
T
)2
(R
地
h)h
3
解得h
GM 地T 2
4 2
R地
3.6 104 km
5.6R地
地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？
2020/10/1
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为了卫星之间不互相干扰，大约3° 左右才能放置1颗，这样地球的同步卫 星只能有120颗。可见，空间位置也是 一种资源。
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2020年10月1日星期四
我国在1970年4月20日 发射了第一颗人造地球 卫星
2003年10月15日，神州五号 载人宇宙飞船发射升空
11
人教版高中物理必修二 第六章第5节 宇宙航行 课件(共21张PPT)
课堂总结
1、第一宇宙速度v1=7.9km/s，是人造卫
星的最小发射速度，最大环绕速度；
2、卫星绕地球做匀速圆周运动： 轨道半径越大，线速度越小，角
速度越小，周期越大，向心加速度越小
预学检测
1、是谁为人类迈向太空提供 了科学思想？
“火箭之父”－ 齐奥尔科夫斯 基
预学检测
2. 世1界957上年第10月一4颗日，人苏造联地发球射卫星 第是一哪颗个人国造家地球发卫射星的。？
预学检测 1969年7月20日，阿波罗11号
3. 最先将人登类上送月上球了的月球是。哪国人？
预学检测
4. 中国载人航天工程是哪一年 正式启动的？
预学检测
5. 中国第一个被送入太空的航 天员是谁？
预学检测
知识准备： 1、万有引力定律 2、匀速圆周运动向心力表达式 3、圆周运动线速度、角速度、周期、
半径关系式
学习目标
• 理解第一宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速 度。
• 掌握人造卫星的运行规律 • 了解第二宇宙速度和第三宇宙速度的含义
课堂探究
当堂检测
2、我国发射了一颗探月卫星“嫦娥1号”。
设该卫星轨道是圆形的，且贴近月球表面。
已知月球的质量约为地球质量的1/81，月
球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第
一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星
绕月运行的速率约为（ ）
A.0.4 km/s
B.1.8 km/s
C.11 km/s
D.36 km/s
探究一：第一宇宙速度
牛顿的设想
英国科学家牛顿 (1643-1727)
课堂探究
探究一：第一宇宙速度
小结：1、第一宇宙速度v1=7.9km/s
人教版高中物理必修2第六章 第五节 宇宙航行课件.ppt
►变式应用
1．(多选)设地球的半径为 R，质量为 m 的卫星在距离地面高为
2R 处做匀速圆周运动，地面的重力加速度为 g，则(AC)
A．卫星的线速度为
gR 3
B．卫星的角速度为
g 8R
C．卫星做圆周运动所需的向心力为R g
题型 2 第一宇宙速度
例 2 我国已发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”．设
►变式应用
2．假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来的半径的 2
倍．那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的(B)
A. 2倍
B. 1 倍 2
C.12倍
D．2 倍
解析：因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度，此时卫星 的轨道半径可近似的认为是地球的半径，且地球对卫星的万有引力充 当向心力．故公式GRM2m＝mRv2成立，所以解得：v＝ GRM.因此， 当 M 不变，R 增加到 2R 时，v 减小到原来的 1 倍．即正确的选项
来的
2 2
问题二 近地卫星、同步卫星和赤道上随地球自转的物体三种匀 速圆周运动有何异同？
1．轨道半径：近地卫星与赤道上物体的轨道半径相同，同步卫 星的轨道半径较大，r 同>r 近＝r 物．
2．运行周期：同步卫星与赤道上的物体的运行周期相同．由 T ＝2π GrM3 可知，近地卫星的周期要小于同步卫星的周期，T 近<T 同＝T 物．
该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面．已知月球的质量约为地球
质量的811，月球的半径约为地球半径的14，地球上的第一宇宙速度约
为 7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为( )
A．0.4 km/s
B．1.8 km/s
C．11 km/s
新人教版高中物理必修二第六章第五节宇宙航行课件 (共51张PPT)
4．梦想成真． 1957 年 10 月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星． 1969 年 7 月，美国“阿波罗 11 号”登上月球． 2003 年 10 月 15 日，我国航天员杨利伟踏入太空． 2010 年 10 月 1 日，我国的“嫦娥二号”探月卫星发 射成功． 2013 年 6 月 11 日，我国的“神舟十号”飞船发射成 功．
结合选项 C 知选项 D 错误．本题正确选项为 A、B、 C.
答案：ABC
2．(多选)三颗人造地球卫星 A、B、C 绕地球做匀速 圆周运动，如图所示，已知 mA＝mB＜mC，则对于三颗卫 星，正确的是( )
A．运行线速度关系为 vA＞vB＝vC B．运行周期关系为 TA＜TB＝TC
C．向心力大小关系为 FA＝FB＜FC D．半径与周期关系为RT2A3A＝RT2B3B＝RT2C3C 解析：由 GMr2m＝mvr2得 v＝ GrM，所以 vA＞vB＝
1.第一宇宙速度的理解. 2.人造卫星的线速度、角 速度、周期与半径的关 系.
知识点 宇宙航行
提炼知识 1．牛顿的“卫星设想”． 如图所示，当物体的初速度足够大时， 它将会围绕地球旋转而不再落回地面，成为 一颗绕地球转动的人造卫星．
2．原理． 一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周 运动，向心力由地球对它的万有引力提供，即 GMr2m＝_m_v_r2，
1．人造卫星的 an、v、ω、T 由地球的质量 M 和卫星 的轨道半径 r 决定，当 r 确定后，卫星的 an、v、ω、T 便 确定了，与卫星的质量、形状等因素无关，当人造卫星的 轨道半径 r 发生变化时，其 an、v、ω、T 都会随之改变．
2．在处理人造卫星的 an、v、ω、T 与半径 r 的关系 问题时，常用公式“gR2＝GM”来替换出地球的质量 M， 会使问题解决起来更方便．
人教版高中物理必修二 第六章第5节 宇宙航行 课件(共15张PPT)
练习3. .有两颗人造地球卫星，它们 的质量之比为1：2，运动的半径大小 之比为1：2，则它们的运动周期之比 为_____、 _；它们的轨道线速度之比为
______
练习4、已知地球半径为r，地球
表面附近的重力加速度为g，不
考虑地球自转的影响．若卫星绕
地球做匀速圆周运动，运行轨道
距地面高度为h，求卫星运行周 期T．
复习：1.万有引力定律内容以及公式 2.匀速圆周运动向心力公式 3.宇宙航行——黄金代换
卫星围绕着地球在做匀速圆 周运动，已知地球的质量为M, 引力常量为G,卫星轨道半径 为r,求卫星的线速度。
试分析卫星线速度随轨道 半径的变化关系？
1.环绕天体的线速度vFra bibliotek（1）环绕天体（如卫星，行星）的线速度，
试分析行星周期随轨道半 径的变化关系？
3.环绕天体的角速度T
（1）环绕天体（如卫星，行星）的角速度，
由G
Mm r2
m(
2
T
)2
r可得
2
r3 GM
由黄金代换gR2 GM可得T 2 r3
GM
（2）环绕天体的角速度 T随轨道半径 的增大而增大
思考： 如果不经过计算，能直接说出a、b 、c的线速度、 角速度、周期的大小关系吗？
、
练习1.嫦娥二号”绕月探测器在半径
R1为的轨道上运行,变轨后半径为R2
探测器环绕月球做圆周运动,且R1>R2 则变轨后、 探测器的( )
A、线速度变小 B、角速度变小 C、周期变大 D、向心加速度变大
练习2.人造卫星以地心为圆心做匀速 圆周运动，下列说法正确的是（ ）：
、
A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
人教版高中物理必修二 第六章第5节 宇宙航行 课件(共36张PPT)
运行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地 球做匀速圆周运动的线速度．当卫星“贴着” 地面运行时，运行速度等于发射速度．
关系：
1、发射速度总是≥运行速度。
2、发射速度越大，运行速度越小。
3、 第一宇宙速度是发射卫星的 最小发射速度，是卫星绕地球运 行时的最大运行速度。
三、第二宇宙速度（脱离速度）
1、定义： 在地面上发射物体，使之能
由公式可知：天体质量越大，半 径越小，第一宇宙速度越大。
看条件回答问题：在地球 表面处发射一个物体，则：
1、当V发＜7.9km/s时，物体将？ 2、当V发=7.9km/s时，物体将？ 3、当7.9km/s＜V发＜11.2km/s时，物体将？
4、当11.2km/s≤V发＜16.7km/s时，物体将？
够摆脱地球引力的束缚，成为绕 太阳运动的人造行星所必须具备 的最小发射速度。
2、大小： V2 11.2km/ s
四、第三宇宙速度（逃逸速度）
1、定义：
在地面上发射物体，使之能 够摆脱太阳引力的束缚，飞到太 阳系以外的宇宙空间中去所必须 具备的最小发射速度。
V 2、大小： 3
16.7km/
s
答案: 8.9m/s2； 7.3m/s
强化训练 训练2：中国紫金山天文台将1965年9月
20日发现的第2752号小行星命名为“吴 健雄星”,其直径2R2=32 km。如果该小 行星的密度与地球的密度相同,则对该小 行星而言,第一宇宙速度为多少? (已知地球半径为R1=6 400 km,地球的 第一宇宙速度v=8 km/s)
火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈， 历时108分，然后重返大气层，安全降落在地 面，铸就了人类进入太空的丰碑。
■1969年7月20日，阿波罗11号将人类第一次
关系：
1、发射速度总是≥运行速度。
2、发射速度越大，运行速度越小。
3、 第一宇宙速度是发射卫星的 最小发射速度，是卫星绕地球运 行时的最大运行速度。
三、第二宇宙速度（脱离速度）
1、定义： 在地面上发射物体，使之能
由公式可知：天体质量越大，半 径越小，第一宇宙速度越大。
看条件回答问题：在地球 表面处发射一个物体，则：
1、当V发＜7.9km/s时，物体将？ 2、当V发=7.9km/s时，物体将？ 3、当7.9km/s＜V发＜11.2km/s时，物体将？
4、当11.2km/s≤V发＜16.7km/s时，物体将？
够摆脱地球引力的束缚，成为绕 太阳运动的人造行星所必须具备 的最小发射速度。
2、大小： V2 11.2km/ s
四、第三宇宙速度（逃逸速度）
1、定义：
在地面上发射物体，使之能 够摆脱太阳引力的束缚，飞到太 阳系以外的宇宙空间中去所必须 具备的最小发射速度。
V 2、大小： 3
16.7km/
s
答案: 8.9m/s2； 7.3m/s
强化训练 训练2：中国紫金山天文台将1965年9月
20日发现的第2752号小行星命名为“吴 健雄星”,其直径2R2=32 km。如果该小 行星的密度与地球的密度相同,则对该小 行星而言,第一宇宙速度为多少? (已知地球半径为R1=6 400 km,地球的 第一宇宙速度v=8 km/s)
火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈， 历时108分，然后重返大气层，安全降落在地 面，铸就了人类进入太空的丰碑。
■1969年7月20日，阿波罗11号将人类第一次
高中物理第六章万有引力与航天第5节宇宙航行课件新人教版必修2
( ×)
(1)通常情况下，人造卫星总是向东发射的，为什么？ 提示：由于地球的自转由西向东，如果我们顺着地球自转的 方向，即向东发射卫星，就可以充分利用地球自转的惯性， 节省发射所需要的能量。
(2)“天宫一号”目标飞行器在距地面 355 km 的轨道上做圆周运 动，它的线速度比 7.9 km/s 大还是小？ 提示：第一宇宙速度7.9 km/s是卫星(包括飞船)在地面上空 做圆周运动飞行时的最大速度，是卫星紧贴地球表面飞行时 的速度。“天宫一号”飞行器距离地面355 km，轨道半径大于 地球半径，运行速度小于7.9 km/s。
2．地球同步卫星 (1)定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星。 (2)六个“一定”。 ①同步卫星的运行方向与地球自转方向一致。 ②同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，T＝24 h。 ③同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。
④同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即所有的同步卫星都 在赤道的正上方。
⑤同步卫星的高度固定不变。
由GMr2m＝mr2Tπ2 知 r＝ 3 G4MπT2 2。 由于 T 一定，故 r 一定，而 r＝R＋h，
3 h 为同步卫星离地面的高度，h＝
G4MπT2 2－R。又因 GM＝gR2，
代入数据 T＝24 h＝86 400 s，g 取 9.8 m/s2，R＝6.38×106 m，
A．卫星在轨道 3 上的速率大于在轨道 1 上的速率
B．卫星在轨道 3 上的角速度大于在轨 道 1 上的角速度
C．卫星在轨道 1 上经过 Q 点时的加速
度大于它在轨道 2 上经过 Q 点时的加速度 D．卫星在轨道 2 上经过 P 点时的加速度等于它在轨道 3 上经
过 P 点时的加速度
[解析] 由 GMr2m＝mvr2＝mrω2 得，v＝ Gቤተ መጻሕፍቲ ባይዱM，ω＝ GrM3 ，由 于 r1<r3，所以 v1>v3，ω1>ω3，A、B 错；轨道 1 上的 Q 点与轨道 2 上的 Q 点是同一点，到地心的距离相同，根据万有引力定律及牛顿
人教版高一物理必修2第章六第5节宇宙航行课件
二、宇宙速度
1.卫星环绕地球运转的动力学方程是什么？
2.人造卫星绕地球运转时速度究竟有多大呢？
答案
1.动力学方程：F引=F心
2.由于卫星运动所需的向r
v GM r
可见：卫星轨道半径越大即离地心越远，它的运行速度越小。
对于靠近地面运行的卫星，即近地卫星 (方法1）可认为轨道半径近似等于地球半径R
第一宇宙速度（环绕速度）：
是人造卫星近地环绕地球做匀速 圆周运动必须具有的速度，是人造卫 星的最小发射速度，最大环绕速度。
V=7.9km/s
对第一宇宙速度的理解：
卫星绕地球运行的轨道最低时为近地卫星， 此时卫星的轨道半径近似等于地球半径R，由速 度公式可知，此时卫星运行速度最大，所以又
叫最大环绕速度。
3.若抛出速度足够大，物体飞行的距离也很大，由于地是一个圆 球体，故物体不会再落回地面，由于此时物体已具有速度，且地 球对它的引力提供绕地运行的向心力，所以物体将要绕地运行。
牛顿设想卫星发射原理 1.如果在地面上抛出一个物体时速度足够大，
那么它将不再落回地面，而成为一个绕地 球运转的卫星。
2.发射速度越大，人造卫星的运转轨道越 大，即离地面越远。
5.宇宙航行
一、人造卫星
问题
1 .在地面上抛出的物体为什么要落回地面？
2.月球也要受到地球引力的作用，为什么月球不会落到地面上 来？ 3.若抛出物体的水平速度足够大，物体将会怎样？
结论
1.在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终
要落回地面。 2.月球绕地球沿近似圆轨道运动，月球受到的地球引力用来提供 绕地运转的向心力，故月球不会落到地球上。
发射卫星时，发射的轨道越高，需克服地球引 力做功越多，所以发射近地卫星时，克服地球引 力做功最少，所需的发射速度也就最小，所以第
高中物理人教版必修二第六章6.5宇宙航行(共13张PPT)
F引
（1） 当v增加时，FN减小 （2） 当FN减小到零，此时汽车恰好脱离地球 表面绕地球圆周运动，成为地球的一颗卫星 ， 卫星以近地轨道绕地球做匀速圆周运动。
请同学们计算：已知地球半径R=6400km，地球质量 M=6.0×1024kg ，地球表面的重力加速度g=9.8m/s2， G=6.67×10-11N·m2／kg2 ，此时汽车的速度是多少？
F引
1.当 V=7.9km/s时, 恰能成为一颗卫星 ，以近地圆形轨道绕地球飞行； （所需的向心力） （所受的指向圆心的合外力）
Mm G 2 R
v2 m R
Mm v2 G 2 m R R
v
F引
2.当 V<7.9km/s, 所受引力大于所需向心力，做向心运动，最终落回 地面。
Mm v2 G 2 m R R
保持不变，
Mm v12 1.当速度增加时，所需向心力增加， G R 2 m R
引力不足以提供向心力，做离心运动，轨道半径增大。
Mm v22 2.当速度减小时，所需向心力减小， G R 2 m R
所受引力大于所需向心力做向心运动，轨道半径减小。
试 同步地球卫星的发射 Mm mv GM 比 做圆周运动，G ，故V L L L 较 Mm mv 做圆周运动， G , v5 V1、 R R V2、 故V GM R v4 V4、 Mm mv A L 离心运动 , G ， V5 B R R 的 V GM F引 R v3 大 V1>V5, v1 小 V >V ， Mm mv GM 2 4 v2 做向心运动, 故G L L ,V L
2. 飞船在A点点火变轨的瞬间，做近心运动应减 速，速度减小， 3. 椭圆轨道Ⅱ的近月点B线速度大，
6-5宇宙航行-高中物理课件(人教版必修2)
物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢?
二、宇宙速度
人造卫星的发射原理
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动 基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供
G Mm r2
m v2 r
v
GM
r
请同学们计算：已知地球半径 R = 6400 km，地球质量 M = 6.0×1024 kg，卫星在 地面附近环绕（r=R）地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？
6、卫星运动的向心加速度、线速度、角速度和周期：
a (1)由
G M m=ma
r2
得： ＝
GM r2
(2)由
G
Mm r2
=m
v2 r
得：ｖ＝
GM r
(3)由
G
M m =mω2r r2
得：ω＝
GM r3
(4)由 G
M
m
２π =m(
2
)r
r2
T
得：Ｔ＝
4π2r3
GM
r R h （R为地球的半径，h为卫星距地面的高度）
v
GM 7.9 km/s
R
如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度 g，如何求宇宙 第一速度 v ？
由
Mm
v2
G
R2
m R
和 gR2 GM
则 v gR 9.8 6.4 106 m s 7.9 103 m s 7.9 km s
由此可见，v = 7.9 km/s，这就是物体在地 面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最 小发射速度，称为第一宇宙速度。
（5）当发射速度大于7.9km/s 时： ① 若7.9km/s<V发<11.2km/s,但环绕速度V运<7.9km/s ，卫星仍绕地球运行，但
二、宇宙速度
人造卫星的发射原理
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动 基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供
G Mm r2
m v2 r
v
GM
r
请同学们计算：已知地球半径 R = 6400 km，地球质量 M = 6.0×1024 kg，卫星在 地面附近环绕（r=R）地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？
6、卫星运动的向心加速度、线速度、角速度和周期：
a (1)由
G M m=ma
r2
得： ＝
GM r2
(2)由
G
Mm r2
=m
v2 r
得：ｖ＝
GM r
(3)由
G
M m =mω2r r2
得：ω＝
GM r3
(4)由 G
M
m
２π =m(
2
)r
r2
T
得：Ｔ＝
4π2r3
GM
r R h （R为地球的半径，h为卫星距地面的高度）
v
GM 7.9 km/s
R
如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度 g，如何求宇宙 第一速度 v ？
由
Mm
v2
G
R2
m R
和 gR2 GM
则 v gR 9.8 6.4 106 m s 7.9 103 m s 7.9 km s
由此可见，v = 7.9 km/s，这就是物体在地 面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最 小发射速度，称为第一宇宙速度。
（5）当发射速度大于7.9km/s 时： ① 若7.9km/s<V发<11.2km/s,但环绕速度V运<7.9km/s ，卫星仍绕地球运行，但
新人教版高中物理必修二第六章第五节《宇宙航行》课件
1981年9月20日
1988年9月7日 中国发射一颗试验性气象卫星“风云一 号”。这是中国自行研制和发射的第一 颗极地轨道气象卫星。 1988年12月25日 中国科学院海南探空火箭发射场成功地 发射了一枚“织女一号”火箭，至此， 中国低纬度区第一次火箭探空试验圆满 结束。这次为期两周的试验共发射了四
Mm v G 2 m r r
11
2
GM 6.67 10 5.89 10 v m/s 7.9km/s 6 r 6.37 10
24
方法二：
已知重力加速度为g=9.8m/s2地球的半径为R=6.37 *106m 由于卫星在地球附近环绕时，卫星做圆周运动的向心力 可看作由重力提供 根据牛顿第二定律得
神舟一号 1999年11月20日 第一次 测试飞行，成功实现天地往返。
神舟二号 2001年01月09日 第一艘 正样无人飞船。飞行试验的主要目 的是对工程各系统从发射到运行、 返回、留轨的全过程进行考核， 检 验各技术方案的正确性与匹配性， 取得与载人飞行有关的科学数据和 实验数据。
• 神舟四号 2002年12月29日 无人状 态下全面考核的一次飞行试验，主 要目的是确保宇航员绝对安全， 进一步完善和考核火箭、飞船、测 控系统的可靠性。 • 神舟五号 2003年10月15日 首次载 人飞行，承载的宇航员是杨利伟， 成功围绕地球十四圈。 • 神舟六号 2005年10月12日 首次进 行多人多天的航天飞行，承载的宇
r v
ω T a
“全部固定” T=1天=86400秒 h=36000Km V=3.07Km/s
当堂小测
1、据某报报道，某国发射了一颗线速度为9Km/s的人造 地球卫星，请你用学过的知识判断这则新闻的真伪。
高中物理必修二人教版6.5宇宙航行(28张PPT)
下列说法正确的是（ B ）
A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
2.(多选)关于地球的第一宇宙速度，下面说
法中正确的是（ BC ）
A.它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行 速度 C.它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速 度 D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度
嫦
娥
奔
外
月
国 人
的
飞
天
梦
问题： 地面上的物体，怎样才能离开地球呢
300多年前，牛顿提出设想
设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在 圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那 么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速 度v为多少？
Mm v2
G
r2
m r
v GM r
近地卫星的速度是多少呢？
（如何求？）
4. R、v、ω、T、an
__“__全__部__固___定__”__
为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗， 这样地球的同步卫星只能有120颗。
近地卫星、同步卫星、月球月三球者比较
同 步 卫 星 h=3.6×107m
v=3km/s T=24h
h=3.8×108m
v=1km/s T=27天
v1
GM R
6.6710115.891024 6.37106
m
/
s
7.9km
/
s
6.5 宇 宙 航 行 一、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
（１）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低 于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；
A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
2.(多选)关于地球的第一宇宙速度，下面说
法中正确的是（ BC ）
A.它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行 速度 C.它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速 度 D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度
嫦
娥
奔
外
月
国 人
的
飞
天
梦
问题： 地面上的物体，怎样才能离开地球呢
300多年前，牛顿提出设想
设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在 圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那 么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速 度v为多少？
Mm v2
G
r2
m r
v GM r
近地卫星的速度是多少呢？
（如何求？）
4. R、v、ω、T、an
__“__全__部__固___定__”__
为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗， 这样地球的同步卫星只能有120颗。
近地卫星、同步卫星、月球月三球者比较
同 步 卫 星 h=3.6×107m
v=3km/s T=24h
h=3.8×108m
v=1km/s T=27天
v1
GM R
6.6710115.891024 6.37106
m
/
s
7.9km
/
s
6.5 宇 宙 航 行 一、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
（１）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低 于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；
人教版高中物理必修二第六章第五节宇宙航行(共26张PPT)
(2)水平射程：x＝v0t＝v0 g ，由 v0、h、g 共同决定．
06
解决天体（卫星）运动的基本思路：
1、地面（或某星球表面）的物体的重力近似等于万有引力
mg
G
mM R2
2、环绕天体所需的向心力由中心天体对环绕天体的万有引力提供
F引 Fn
G
Mm r2
man
2
m r
m 2r
m( 2 )2 r
（本环节由教师引导，学生自主完成）
环绕速度：环绕速度指卫 星在进入运行轨道后绕地 球做圆周运动的线速度。
1.关于地球的第一宇宙速度，下面说法正确的是 ( ) A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D．它与地球的质量无关
环环节节四四：：学学以以致致用用，，归跟纳踪拓训展练 2.若地球的第一宇宙速度是8km/s，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的
1、谁为人类迈向太空提供科学思想？ 2、第一颗人造地球卫星何时何地发射成功？ 3、第一艘载人飞船何时何地发射成功？ 4、人类何时登上月球的？ 5、据你所知简单说一下我国的航天事业成就。
环环节节五五：：阅阅读读材材料料，，拓拓展展视视野野
第一颗人造卫星
1957年10月4日前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星— —人造地球卫星1号，它开创了人类历史的新纪元，标志着人类 离开地球开始走向宇宙。
课标分析
课标解读，挖掘本节课的物理学科核心素养
01
物理 观念
02
科学 思维
03
科学 探究
04
科学态度 与责任
能从物理学 的视角正确描述 和解释人造地球 卫星的运行规律， 具备清晰的物理 观念。
06
解决天体（卫星）运动的基本思路：
1、地面（或某星球表面）的物体的重力近似等于万有引力
mg
G
mM R2
2、环绕天体所需的向心力由中心天体对环绕天体的万有引力提供
F引 Fn
G
Mm r2
man
2
m r
m 2r
m( 2 )2 r
（本环节由教师引导，学生自主完成）
环绕速度：环绕速度指卫 星在进入运行轨道后绕地 球做圆周运动的线速度。
1.关于地球的第一宇宙速度，下面说法正确的是 ( ) A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D．它与地球的质量无关
环环节节四四：：学学以以致致用用，，归跟纳踪拓训展练 2.若地球的第一宇宙速度是8km/s，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的
1、谁为人类迈向太空提供科学思想？ 2、第一颗人造地球卫星何时何地发射成功？ 3、第一艘载人飞船何时何地发射成功？ 4、人类何时登上月球的？ 5、据你所知简单说一下我国的航天事业成就。
环环节节五五：：阅阅读读材材料料，，拓拓展展视视野野
第一颗人造卫星
1957年10月4日前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星— —人造地球卫星1号，它开创了人类历史的新纪元，标志着人类 离开地球开始走向宇宙。
课标分析
课标解读，挖掘本节课的物理学科核心素养
01
物理 观念
02
科学 思维
03
科学 探究
04
科学态度 与责任
能从物理学 的视角正确描述 和解释人造地球 卫星的运行规律， 具备清晰的物理 观念。
高中物理 第六章 万有引力与航天 第五节 宇宙航行课件 新人教版必修2.pptx
6
第五节 宇宙航行 3、卫星的种类： 卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导 航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫 星、科学研究卫星、预警卫星和测地 卫星等种类。
7
问题探究： (1）教材在推导卫星的运动速度的时候， 选取的卫星轨道的形状是什么？卫星的所 有轨道都是这种形状吗？ (2）人造卫星做圆周运动时向心力从何而 来？卫星环绕地球运转的动力学方程是什 么？ (3）请关闭书本后推导出卫星做圆周运动 的速度表达式？
我国第一颗人造卫星“东方红一号” 3
一、宇宙速度 问题探究： 1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？ 2、月球也要受到地球引力的作用，为什么 月亮不会落到地面上来？ 3、平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如 何变化？速度达到一定值后，物体还能否落回地 面？若不能，此速度必须满足什么条件？若此速 度再增大，又会出现什么现象？ 4、什么叫人造地球卫星？轨道平面、种类？
动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度。
v2=11.2km/s (脱离速度)
→人造行星
3、第三宇宙速度：人造卫星挣脱太阳引力的
束缚，飞到太阳系以外的宇宙 V3=16.7km/s
中去时，所必须具有的
V2=11.2km/s
速度叫第三宇宙速度。
（逃逸速度）
v3 16.7km / s
→人造恒星
地球 V1=7.9km/s 11.2km/s>v>7.9km/1s5
13
一、宇宙速度 1、第一宇宙速度：人造卫星在地面附近 绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速 度叫第一宇宙速度。 （环绕速度）
v1=7.9km/s 人造卫星
法一：v1
GM 7.9km / s R
法二：v1 gR 7.9km / s
V1=7.9km/s
第五节 宇宙航行 3、卫星的种类： 卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导 航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫 星、科学研究卫星、预警卫星和测地 卫星等种类。
7
问题探究： (1）教材在推导卫星的运动速度的时候， 选取的卫星轨道的形状是什么？卫星的所 有轨道都是这种形状吗？ (2）人造卫星做圆周运动时向心力从何而 来？卫星环绕地球运转的动力学方程是什 么？ (3）请关闭书本后推导出卫星做圆周运动 的速度表达式？
我国第一颗人造卫星“东方红一号” 3
一、宇宙速度 问题探究： 1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？ 2、月球也要受到地球引力的作用，为什么 月亮不会落到地面上来？ 3、平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如 何变化？速度达到一定值后，物体还能否落回地 面？若不能，此速度必须满足什么条件？若此速 度再增大，又会出现什么现象？ 4、什么叫人造地球卫星？轨道平面、种类？
动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度。
v2=11.2km/s (脱离速度)
→人造行星
3、第三宇宙速度：人造卫星挣脱太阳引力的
束缚，飞到太阳系以外的宇宙 V3=16.7km/s
中去时，所必须具有的
V2=11.2km/s
速度叫第三宇宙速度。
（逃逸速度）
v3 16.7km / s
→人造恒星
地球 V1=7.9km/s 11.2km/s>v>7.9km/1s5
13
一、宇宙速度 1、第一宇宙速度：人造卫星在地面附近 绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速 度叫第一宇宙速度。 （环绕速度）
v1=7.9km/s 人造卫星
法一：v1
GM 7.9km / s R
法二：v1 gR 7.9km / s
V1=7.9km/s
人教版高中物理必修二第六章第五节《宇宙航行》公开课教学课件共26张PPT
1998年5月2日 中国自行研制生产的“长二丙”改进 型运载火箭在太原卫星发射中心发射
神舟一号 1999年11月20日 第一次 测试飞行，成功实现天地往返。
神舟二号 2001年01月09日 第一艘 正样无人飞船。飞行试验的主要目 的是对工程各系统从发射到运行、 返回、留轨的全过程进行考核， 检 验各技术方案的正确性与匹配性， 取得与载人飞行有关的科学数据和 实验数据。
（卫星挣脱太阳引力束缚飞到太阳系以外的星系的 最小发射速度）
二：卫星运动规律
1、推导
卫星绕地球的运行线速度v 、周期 T、角 速度ω、向心加速度a与卫星轨道半径r的 关系.（已知：地球质量M,卫星的质量为m 卫星距地心距离为r,引力常量G ）
2：结论
（1）卫星轨道半径越大 周期越大、线速度越小、
神舟八号 2011年11月01日 由改进型 “长征二号”F遥八火箭顺利发射升空 。2011年11月3日凌晨，与组合天宫一 号成功实施首次交会对接任务，成为 中国空间实验室的一部分。
神舟九号 2012年6月16日下午 首次载 人交会对接任务3名航天员进入太空， 景海鹏、刘旺和刘洋（中国首位女航 天员）。6月18日下午，神舟九号成功
一个人最完美和最强 烈的情感来自面对不 解之迷！
让我们为祖国的强 盛而骄傲！
宇宙航行
物理必修二第六章第五节
教学目标
（1）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度 （2）卫星运动规律 （3）卫星稳定运动的条件 （4）同步卫星
教学重点、难点
（1）第一宇宙速度的推导 （2）人造卫星运行速度与卫星发射速度的区别
一：三种宇宙速度
1、实验
v0 V
2、牛顿的设想
英国科学家牛顿 在1687年出版的《自然哲学的数 (1643-1727) 学原理》中，牛顿设想抛出速度 足够大时，物体就不会落回地面。
神舟一号 1999年11月20日 第一次 测试飞行，成功实现天地往返。
神舟二号 2001年01月09日 第一艘 正样无人飞船。飞行试验的主要目 的是对工程各系统从发射到运行、 返回、留轨的全过程进行考核， 检 验各技术方案的正确性与匹配性， 取得与载人飞行有关的科学数据和 实验数据。
（卫星挣脱太阳引力束缚飞到太阳系以外的星系的 最小发射速度）
二：卫星运动规律
1、推导
卫星绕地球的运行线速度v 、周期 T、角 速度ω、向心加速度a与卫星轨道半径r的 关系.（已知：地球质量M,卫星的质量为m 卫星距地心距离为r,引力常量G ）
2：结论
（1）卫星轨道半径越大 周期越大、线速度越小、
神舟八号 2011年11月01日 由改进型 “长征二号”F遥八火箭顺利发射升空 。2011年11月3日凌晨，与组合天宫一 号成功实施首次交会对接任务，成为 中国空间实验室的一部分。
神舟九号 2012年6月16日下午 首次载 人交会对接任务3名航天员进入太空， 景海鹏、刘旺和刘洋（中国首位女航 天员）。6月18日下午，神舟九号成功
一个人最完美和最强 烈的情感来自面对不 解之迷！
让我们为祖国的强 盛而骄傲！
宇宙航行
物理必修二第六章第五节
教学目标
（1）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度 （2）卫星运动规律 （3）卫星稳定运动的条件 （4）同步卫星
教学重点、难点
（1）第一宇宙速度的推导 （2）人造卫星运行速度与卫星发射速度的区别
一：三种宇宙速度
1、实验
v0 V
2、牛顿的设想
英国科学家牛顿 在1687年出版的《自然哲学的数 (1643-1727) 学原理》中，牛顿设想抛出速度 足够大时，物体就不会落回地面。
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一、宇宙速度
提出问题
1. 抛出的石头会落地，为什么飞船及卫星会绕地球运 动呢？
结论:飞船及卫星的运动速度足够大，且其所受万有引力恰好提供 其绕地球运动的向心力。
提出问题
2.平抛物体的初速度满足什么条件时，物体就不再落 回地面？
结论:物体不落回地面，物体将环绕地球做圆周运动，所受地球的引力恰 好用来提供向心力，应满足
解析：在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作 用，成为绕太阳运行的人造卫星或飞到其他行星上去 所必须达 到的最小 发射速度 为 v=11.2 km/s， 因为 “伽利略”号绕木星运行，还未摆脱太阳的吸引，因 此其速度还应小于16.7 km/s，因此其发射速度大于 11.2 km/s而小于16.7 km/s，选项C正确。
•
典型 例5 人类曾向木星发射“伽利略”号木星探测器，该
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ例题
探测器在太空中行程37亿千米并最终成功进入绕木星 运行的轨道。此后不断发回拍摄到的照片，为人类近 距离了解木星提供了大量的资料，则人类在地面上发 射“伽利略”号的速度应为（ ） A.等于7.9 km/s B.大于7.9 km/s而小于11.2 km/s C.大于11.2 km/s而小于16.7 km/s D.大于16.7 km/s
因此，物体抛出时的速度需要大于7.9 km/s。
提出问题
3. 7.9 km/s是否是人造地球卫星绕地球运行的最小速度？
提出问题
4.人造地球卫星的v、ω、T、a与r的关系？
典型 例题
•
典型 例题
•
提出问题
5. 什么是第一宇宙速度？第一宇宙速度有何特点？
提出问题
6.请用至少两种方法推导第一宇宙速度的大小？
答案：C
二、梦想成真
提出问题
探究宇宙奥秘，奔向广阔而遥远的太空是人类自古的梦 想。阅读教材“梦想成真”部分，归纳在航空航天领域 的成就。
提示： （1）世界成就 （2）中国成就
巩固练习
1.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其环绕速度可 以是下列的哪些数据（ B ） A.一定等于7.9 km/s B.等于或小于7.9 km/s C.一定大于7.9 km/s D.介于7.9 km/s~11.2 km/s
巩固练习
巩固练习
3.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地
球的6倍，半径是地球的1.5倍，则这颗行星的第一宇宙速
度约为多大？
（16 km/s）
布置作业
1、教材第48页“问题与练习”第1、3题 2、完成[课时学案]中交流讨论的内容
第5节
宇宙航行
学习目标：
1.了解人造地球卫星的运行特点； 2.学会处理涉及人造地球卫星运动的问题； 3.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度； 4.感受人类对客观世界不断探索的精神和情感。
重点难点
重点 1.宇宙速度的理解。 2.人造卫星的v、ω、T、a与r的关系。 3.同步卫星的理解。 难点 1.宇宙速度的理解及计算。 2.卫星的变轨问题。
提出问题
7.什么是第二宇宙速度、第三宇宙速度？
典型 例题
•
例4 宇航员来到月球表面做“自由落体”实验， 将一重物由距月球表面高h处自由释放，重物 经时间t落到月球表面，设月球的半径为R， 据上述信息求解：
（1）飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运 动必须具有的速率；
（2）飞船在月球表面绕月球做匀速圆周运动的 最小周期。