【成才之路】2014-2015学年高中物理 第6章 第5节宇宙航行课件 新人教版必修2
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高考物理第5节宇宙航行专题1页数:13
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第5节 宇宙航行 第6节 经典力学的局限性页数:34
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高中物理 第6章 万有引力与航天 5 宇宙航行课件 新人教版必修2
[再思考] 我国于2011年11月发射火星探测器“萤火一号”．试问这 个探测器应大约以多大的速度从地球上发射？ 【提示】 火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚， 但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度 与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s＜v＜16.7 km/s.
[后判断] 1．绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.(×) 2．在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s.(√ ) 3．要发射一颗月球人造卫星，在地面的发射速度应大于 16.7 km/s.(×)
2．第一宇宙速度的计算 设地球的质量为M，卫星的质量为m，卫星到地心的距离 为r，卫星做匀速圆周运动的线速度为v：
3．第一宇宙速度的推广 由第一宇宙速度的两种表达式可以看出，第一宇宙速度之 值由中心星体决定，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙
速度，都应以 v＝ GrM或 v＝ gr表示，式中 G 为万有引力常 量，M 为中心星球的质量，g 为中心星球表面的重力加速度，r 为中心星球的半径．
A．甲、乙两颗卫星的加速度之比等于 R∶r B．甲、乙两颗卫星所受的向心力之比等于 1∶1 C．甲、乙两颗卫星的线速度之比等于 1∶1 D．甲、乙两颗卫星的周期之比等于 R∶r
宇宙航行 [先填空] 1．牛顿的“卫星设想” 如图6-5-1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__．
图 6-5-1
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
v2 动，向心力由地球对它的_万__有__引__力__提供，即 GMr2m＝m__r___，
第一宇宙速度是最小的发射速度．卫星离 地面越高，卫星的发射速度越大，贴近地球表 面的卫星(近地卫星)的发射速度最小，其运行 速度即第一宇宙速度．
高中物理6.5宇宙航行课件新人教版
于地球半径，所以vv月地＝ km/s.故正确答案为 B。
答案： B
MM月地·rr地月＝
841＝29，所以 v 月＝29v 地＝29×7.9 km/s＝1.8
【误区警示】 发射速度与发射轨道 (1)当 11.2 km/s>v≥7.9 km/s 时，卫星绕地球运动，其轨道是圆或椭圆，地球 位于一个焦点上，且发射速度越大，椭圆的半长轴越大。 (2)当 16.7 km/s>v≥11.2 km/s 时，卫星绕太阳旋转，成为太阳系的一颗“小行 星”。 (3)当 v≥16.7 km/s 时，卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去。
5．宇宙航行
[目标定位] 1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。2.了解人造 卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、速度、周期与轨道半径的关系。3.了 解人类对太空探索的历程及我国卫星发射的情况。
研读教材·自主 学习
宇宙速度
1．人造地球卫星 足够大
(1)牛顿的设想：如图所示，把物体水平抛出，如果速度__________，物体就
梦想成真 1957 年 10 月______苏成功联发射了第一颗人造卫星； 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； 2007 年 10 月 24 日我国“嫦娥一号”发射升空； 2008 年 9 月 27 日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活动任务； 2010 年 10 月 1 日“嫦娥二号”发射升空。 2011 年 9 月 29 日“天宫一号”发射升空。
2011 年 11 月 1 日“神舟八号”发射升空。 2011 年 11 月 3 日“天宫一号”与“神舟八号”对接成功。 2012 年 6 月 16 日“神舟九号”发射升空，与在轨运行的“天宫一号”目标 飞行器进行载人交会对接，航天员进入“天宫一号”工作和生活，开展相关空间 的科学实验。 2013 年 6 月 11 日“神舟十号”发射升空，并在 6 月 13 日与“天宫一号”交 会对接；6 月 20 日上午，中国载人航天史上的首堂太空授课开讲。
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
使卫星挣脱地球引力束
11.2 km/s
速度
缚的最小地面发射速度
第三宇宙
使卫星挣脱太阳引力束
16.7 km/s
速度
缚的最小地面发射速度
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．
【典例 1】 若取地球的第一宇宙速度为 8 km/s，某
行星质量是地球的 6 倍，半径是地球的 1.5 倍，此行星的 第一宇宙速度约为( )
A．16 km/s B．32 km/s C．4 km/s D．2 km/s
解析：根据万有引力定律和牛顿第二定律：
GMr2m＝mvr2，解得：v＝
GM r.
因为行星的质量 M′是地球质量 M 的 6 倍，半径 R′
2．推导． 内容 公式 结果
万有引力提供 重力提供卫
卫星运动的向 星运动的向
心力
心力
GMRm2 ＝mvR2
mg＝mvR2
v＝
GM R
v＝ gR
3.理解． (1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨 道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引 力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道 的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发 射人造卫星的最小速度．
v月 所以 ＝
v地
M月 r地 ·＝
M地 r月
841＝29.所以 v 月＝29v 地＝29
×7.9 km/s≈1.8 km/s.故正确答案为 B.
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
人教版高一物理必修2第六章6.5宇宙航行(共30张PPT)(优质版)
T = 2π R g
=84.6min 最小周期
问题：能否发射一颗周期为８０分钟的人造卫星？
二、宇宙速度
2、第二宇宙速度
大小：v=11.2km/s 意义：以这个速度发射，物 体刚好能克服地球的引力作 用，永远的离开地球而绕太 阳运动。
3、第三宇宙速度
“旅行者”1号探测器 1988年飞出太阳系
如果物体的发射速度等于或大于16.7km/s时
三 梦想成真
2 中国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2007年10月24日嫦娥
一号月球探测器发射 成功
三、梦想成真
伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工 程”，开始了宇宙探索的新征程．
2003年10月15日 神舟五号 杨利伟
2005年10月12日 神舟六号 费俊龙聂海胜
要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向 心力是万有引力提供的，卫星轨道的圆心必须是地心。
三、梦想成真 同步卫星有以下几个特点：
5、同步卫星高度固定不变
（Ｒ＋ｈ）
解得高度 ：ｈ＝
-
km
线速度： v2r2 3 .1 4 4 .2 3 17 7 m 0/s 3 .1 k/m s
T
2 4 3600
6.5 宇宙航行
为什么飞船能像月亮那样围绕地球旋转？ 飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚？
实际的卫星发射过程 简化的卫星发射过程
火箭发射 火箭飞行过 大炮发射 卫星飞行过
程中，除了受引力外， 程中，只受引力，完全
还受向前的推力。
凭借惯性进入轨道。
v发 射
v运行
运行速度： 指卫星在轨道上绕 地球转动时的线速度
高中物理课件-6.5宇宙航行
第5节 宇宙航行
丰城九中 熊文杰
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里
航天科学的三位先驱
齐奥尔科夫斯基 罗伯特•戈达德 韦纳·冯·布劳恩
中国航天事业
1992年载人航天工程正式启动
2003年10月15日9时，神州5号宇宙 飞船在酒泉卫星中心成功发射，将 第一位航天员杨利伟送入太空绕行 14圈，10月16日6时23分降落在内蒙 古主着陆场
同，即24h
可求得 T=85min
此处的 万有引 力与重 力之差
m(2π)2R G Mm m g
T
R2
在赤道上与 地球保持相
对静止
此处的 万有引
力
m
(
2π) 2 T
R
G
M R
m 2
离地高度近 似为0，与 地面有相对
运动
同步 卫星
可求得距
地面高度 与地球自 h≈36000 周期相同， km，约为 即24h
第一宇宙速度（环绕速度）：v =7.9千米/秒
（地球卫星的最小发射速度）
G
Mm R2
v2 m
R
mg
v GM R
v gR
一、宇宙速度
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
v2 11.2km / s →人造行星
3、第三宇宙速度： （逃逸速度）
v3 16.7km / s →人造恒星
二、运行速度
(a、v 、ω 、T )
从当前的椭圆轨道进入大圆轨道。
以发射同步卫星为例，先进
入一个近地的圆轨道，然后
在v2点火加速，进入椭圆形 转移轨道（该椭圆轨道的近
v4
地点在近地圆轨道上，远地
点在同步轨道上），到达远
地点时再次自动点火加速，
丰城九中 熊文杰
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里
航天科学的三位先驱
齐奥尔科夫斯基 罗伯特•戈达德 韦纳·冯·布劳恩
中国航天事业
1992年载人航天工程正式启动
2003年10月15日9时，神州5号宇宙 飞船在酒泉卫星中心成功发射，将 第一位航天员杨利伟送入太空绕行 14圈，10月16日6时23分降落在内蒙 古主着陆场
同，即24h
可求得 T=85min
此处的 万有引 力与重 力之差
m(2π)2R G Mm m g
T
R2
在赤道上与 地球保持相
对静止
此处的 万有引
力
m
(
2π) 2 T
R
G
M R
m 2
离地高度近 似为0，与 地面有相对
运动
同步 卫星
可求得距
地面高度 与地球自 h≈36000 周期相同， km，约为 即24h
第一宇宙速度（环绕速度）：v =7.9千米/秒
（地球卫星的最小发射速度）
G
Mm R2
v2 m
R
mg
v GM R
v gR
一、宇宙速度
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
v2 11.2km / s →人造行星
3、第三宇宙速度： （逃逸速度）
v3 16.7km / s →人造恒星
二、运行速度
(a、v 、ω 、T )
从当前的椭圆轨道进入大圆轨道。
以发射同步卫星为例，先进
入一个近地的圆轨道，然后
在v2点火加速，进入椭圆形 转移轨道（该椭圆轨道的近
v4
地点在近地圆轨道上，远地
点在同步轨道上），到达远
地点时再次自动点火加速，
人教版高一物理必修2第六章6.5宇宙航行(共30张PPT)[优秀课件资料]
![人教版高一物理必修2第六章6.5宇宙航行(共30张PPT)[优秀课件资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/451a96b6f61fb7360a4c6524.png)
要与地球同步，卫星的轨道平面必须与赤道平面平行，又由于向 心力是万有引力提供的，卫星轨道的圆心必须是地心。
三、梦想成真 同步卫星有以下几个特点：
5、同步卫星高度固定不变
（Ｒ＋ｈ）
解得高度 ：ｈ＝
v2r23.-14.23177m 0/s3.1k/m s km
T 243600 线速度： 22 3 .1r 4a /s d 7 .3 1 5 0 ra /sd
发射速度： 指被发射 物体离开地面时的速 度。（物体被发射后， 不再受到推力，完全 凭借惯性向前运动。）
一、牛顿的设想
1、牛顿对人造卫星原理的描绘:
牛顿就曾设想, 从高山上用不同 的水平速度抛出物体,速度一次 比一次大,则落点一次比一次远, 如不计空气的阻力,当速度足够 大时, 物体就永远不会落到地面 上来,而围绕地球旋转,成为一颗 人造地球卫星了。
展望未来
光子火箭
超光速飞船“千年隼”号 《星球大战》
三、梦想成真
同步卫星
同步卫星有以下几个特点：
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=24h
3、同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。(ω=ω0) 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。（不可能定点在我国某地上空，为什么？ ）
1969年7月20日，阿波罗 11号将人类送上了月球。
三 梦想成真
2 中国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2007年10月24日嫦娥
一号月球探测器发射 成功
三、梦想成真
伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工 程”，开始了宇宙探索的新征程．
三、梦想成真 同步卫星有以下几个特点：
5、同步卫星高度固定不变
（Ｒ＋ｈ）
解得高度 ：ｈ＝
v2r23.-14.23177m 0/s3.1k/m s km
T 243600 线速度： 22 3 .1r 4a /s d 7 .3 1 5 0 ra /sd
发射速度： 指被发射 物体离开地面时的速 度。（物体被发射后， 不再受到推力，完全 凭借惯性向前运动。）
一、牛顿的设想
1、牛顿对人造卫星原理的描绘:
牛顿就曾设想, 从高山上用不同 的水平速度抛出物体,速度一次 比一次大,则落点一次比一次远, 如不计空气的阻力,当速度足够 大时, 物体就永远不会落到地面 上来,而围绕地球旋转,成为一颗 人造地球卫星了。
展望未来
光子火箭
超光速飞船“千年隼”号 《星球大战》
三、梦想成真
同步卫星
同步卫星有以下几个特点：
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=24h
3、同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度。(ω=ω0) 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。（不可能定点在我国某地上空，为什么？ ）
1969年7月20日，阿波罗 11号将人类送上了月球。
三 梦想成真
2 中国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2007年10月24日嫦娥
一号月球探测器发射 成功
三、梦想成真
伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工 程”，开始了宇宙探索的新征程．
高中物理第六章5宇宙航行课件高一物理课件
=
得v=
因为行星的质量M'是地球质量M的6倍,半径R'是地球半径R的1.5倍,即
M'=6M,R'=1.5R,
'
得 =
GM '
'
M'R
=
'
=2
即v'=2v=2×8 km/s=16 km/s。
答案:A
题后反思计算第一宇宙速度有两种方法:
(1)由
2
=
(2)由 mg=
2
步卫星距地面高度有确定值,且必须在地球的赤道平面(píngmiàn)内,即所有的同步
卫星有相同的轨道。
第十二页，共二十八页。
一
二
三
四
四、卫星的稳定运行和变轨运动
1.卫星的稳定运行
卫星绕天体在圆轨道上的匀速圆周运动是稳定的运行,此时万有引
力提供向心力。在不同的轨道,卫星稳定运行的速度不同。
2.卫星的变轨运动
的轨道运行由 =
知其运行速度要减小。
(2)当卫星的速度突然减小时,F>
2
, 即万有引力大于卫星所需
的向心力, 因此卫星将做近心运动, 同样会脱离原来的圆轨道, 轨道
半径变小, 进入新轨道运行时由 =
第十四页，共二十八页。
知运行速度将增大。
一
二
三
四
3.卫星的发射和回收(huíshōu)
km/s。但由于卫星在发射过程中要克服地球引力做功(zuògōng),增大势能,所
以将卫星发射到离地球越远的轨道上,在地面上所需要的发射速度越
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。
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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
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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
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)在地面上发射人造卫星的最小速度是 7.9 km/s。
( √)
(3)如果在地面发射卫星的速度大于 11.2 km/s，卫星会永远离开地球。
(√)
(4)要发射一颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于 16.7 km/s。
( ×)
(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。
附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的引力(重力)
提供卫星做圆周运动的向心力，则mg＝m
v12 R
，该星球表面的第
一宇宙速度为v1＝ gR＝ 2vtR。
[答案]
2vR t
探规寻律
天体环绕速度的计算方法
对于任何天体，计算其环绕速度时，都是根据万有引力提
供向心力的思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿第
(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．已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星
半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运
动的速率约为
()
A．3.5 km/s
B．5.0 km/s
C．17.7 km/s
D．35.2 km/s
解析：选 A 根据题设条件可知：M 地＝10 M 火，R 地＝2R 火， 由万有引力提供向心力GRM2m＝mvR2，
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成才之路 · 物理
人教版 ·必修2
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
成才之路 · 高中新课程 · 学习指导 · 人教版 · 物理 · 必修2
第六章
万有引力与航天
1.1.1 集合的概念
第六章
万有引力与航天
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第六章
第五节 宇宙航行
1.1.1 集合的概念
GM r 。
第六章
第五节
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宇宙速度 数值 第一宇 宙速度 第二宇 宙速度 第三宇 宙速度 7.9 ____km/s _____km/s 11.2 ____km/s 16.7 意义 卫星在地球表面附近绕地球做 匀速圆周运动 的速度 _______________ 地球 引力束缚的最小 使卫星挣脱_______
“飘浮起来”。
(2)翟志刚和太空舱处于同一卫星轨道上，具有相同的环绕 速度，所以翟志刚不必担心会被太空舱“抛弃”。
第六章
第五节
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重点难点突破
第六章
第五节
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一、宇宙速度 1．第一宇宙速度(环绕速度)
2 v Mm 1 (1)大小：由 G 2 ＝m r 得：v1＝ r
GM r ＝7.9km/s
第六章
第五节
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(3)轨道一定：所有同步卫星的轨道半径都相同，即同步卫 星都在同一轨道上随地球做匀速圆周运动，其轨道离地面的高 度约为3.59×104km。 (4)环绕速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度 的大小是一定的，约为3.08km/s。
第六章
万有引力与航天
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1
学习目标定位
2
课堂情景切入
5
考点题型设计
3
知识自主梳理
6
易错案例剖析
4
重点难点突破
7
课后强化作业
第六章
第五节
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学习目标定位
第六章
第五节
第六章
第五节
成才之路 · 高中新课程 · 学习指导 · 人教版 · 物理 · 必修2
特别提醒：
不管卫星沿一个什么样的轨道运动，地心一定处于卫星
轨道所在的平面上。
第六章
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2．人造卫星问题的分析思路 (1)卫星的动力学规律
2 v2 Mm 4π r 2 由万有引力提供向心力 G 2 ＝ma 向＝m r ＝mω r＝m 2 r T
力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所 以地心必须是卫星圆轨道的圆心。
第六章
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(4)三类人造地球卫星轨道： A．赤道轨道，卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处 于赤道上方； B．极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过 两极上空； C．一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。如图所示。
午，翟志刚出舱进入太空行走。 2013 年 12 月 4 日，“嫦娥三
号”在月球成功实现软着陆，中华民族古老的“奔月”梦想成 为现实。
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你是否考虑过物体以多大的速度环绕地球运动才能不再落 回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？
它们都在同一轨道上运动且都相对静止。
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同步地球卫星相对地面静止不动，犹如悬在高空中，下
列说法正确的是( )
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A．同步卫星处于平衡状态 B．同步卫星的速率是唯一的 C ．不同卫星的轨道半径都相同，且一定在赤道的正上 方，它们以第一宇宙速度运行 D．它们可在我国北京上空运行，故用于我国的电视广播
地面发射速度
使卫星挣脱_______ 太阳 引力束缚的 _______ 最小 地面发射速度
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梦想成真 前苏联 成功发射了第一颗人造卫星； 1957年10月__________ 月球 ； 1969年7月美国“阿波罗11号”登上________ 杨利伟 踏入太空。 2003年10月15日我国航天员__________ 翟志刚 太空行走； 2008年9月27日我国航天员__________ 王亚平 首次太空授课。 2013年6月20日我国航天员__________
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(原创题)“天宫一号”目标飞行器在距地面355km的轨道 上做圆周运动，其飞行速率( )
A．大于7.9km/s C．小于7.9km/s 答案：C
B．介于7.9～11.2km/s之间 D．一定等于7.9km/s
第六章
答案：B
解析：根据同步卫星的特点知B正确，C、D错误。同步卫 星在万有引力作用下，绕地心作圆周运动，不是处于平衡状 态，A错误。
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四、卫星中的超重与失重 1 ． 超重： 发射时加速上升过程；返回大气层时减速降低 过程。 2 ． 失重： 卫星进入轨道后，卫星本身和其中的人、物都 处于完全失重状态。
v2 1 或由 mg＝m R 得：v1＝ gR＝7.9km/s。 (2)物理意义：第一宇宙速度也叫做地面附近的环绕速度， 是使人造卫星能绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度；也是 人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的最大运行速度；也可理解 为紧贴地面的运行速度。
第六章 第五节
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(2)卫星的各物理量随轨道半径变化的规律
2 v GM 1 m r →v＝ r →v∝ r GM 1 越 2 Mm 3 → ω∝ 3 高 mω r→ω＝ r G ＝ 2 r r 2 2 3 规 越 4π 4π r 3 r ＝ R ＋ h 地 m T2 r→T＝ GM →T∝ r 慢 律 GM 1 ma→a＝ 2 →a∝ 2 r r GMm 2 mg ＝ 2 近地时→GM＝gR地 R地
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二、人造地球卫星 1．卫星的轨道 (1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨 道。 (2) 卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦 点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。
(3)卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引
a。综上所述，正确选项为B。
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三、地球同步卫星
1．概念
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球 同步卫星，又叫通信卫星。
2．特点
(1) 周 期 一 定 ： 它 的 运 动 周 期 等 于 地 球 自 转 的 周 期 T ＝ 24h。 (2)角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自 转的角速度。
第六章Leabharlann 第五节成才之路 · 高中新课程 · 学习指导 · 人教版 · 物理 · 必修2
解析：卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道 平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度。但是由于地球对卫 星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，所以，地心必 须是卫星圆轨道的圆心，因此卫星可能的轨道一定不会是 b。 同步卫星只能位于赤道的正上方，所以同步卫星可能的轨道为
第六章
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知识自主梳理
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人造地球卫星 1.牛顿的设想 初速度 足够大 如图所示，当物体的 _________ 时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球 人造地球 表面，成为一颗绕地球转动的 __________ 卫星 。 ________
(5)向心加速度大小一定：所有同步卫星由于到地心距离相
同，所以，它们绕地球运动的向心加速度大小都相同，约为 0.23m/s2。
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特别提醒： (1) 所有同步卫星的周期 T 、轨道半径 r 、环绕速度 v 、角 速度ω及向心加速度a的大小均相同。 (2)所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆，
课堂情景切入
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万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运行问题， 也为人们开辟了“上天”的理论之路。 1957年 10 月 4日，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗 人造地球卫星 ——“旅行者 1 号”，人类开始迈入航天时代。 2008年9月25日，“神舟七号”飞船成功发射升空，9月27日下
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1.1.1 集合的概念
GM r 。
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宇宙速度 数值 第一宇 宙速度 第二宇 宙速度 第三宇 宙速度 7.9 ____km/s _____km/s 11.2 ____km/s 16.7 意义 卫星在地球表面附近绕地球做 匀速圆周运动 的速度 _______________ 地球 引力束缚的最小 使卫星挣脱_______
“飘浮起来”。
(2)翟志刚和太空舱处于同一卫星轨道上，具有相同的环绕 速度，所以翟志刚不必担心会被太空舱“抛弃”。
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一、宇宙速度 1．第一宇宙速度(环绕速度)
2 v Mm 1 (1)大小：由 G 2 ＝m r 得：v1＝ r
GM r ＝7.9km/s
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(3)轨道一定：所有同步卫星的轨道半径都相同，即同步卫 星都在同一轨道上随地球做匀速圆周运动，其轨道离地面的高 度约为3.59×104km。 (4)环绕速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度 的大小是一定的，约为3.08km/s。
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2
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4
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特别提醒：
不管卫星沿一个什么样的轨道运动，地心一定处于卫星
轨道所在的平面上。
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2．人造卫星问题的分析思路 (1)卫星的动力学规律
2 v2 Mm 4π r 2 由万有引力提供向心力 G 2 ＝ma 向＝m r ＝mω r＝m 2 r T
力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所 以地心必须是卫星圆轨道的圆心。
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(4)三类人造地球卫星轨道： A．赤道轨道，卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处 于赤道上方； B．极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过 两极上空； C．一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。如图所示。
午，翟志刚出舱进入太空行走。 2013 年 12 月 4 日，“嫦娥三
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你是否考虑过物体以多大的速度环绕地球运动才能不再落 回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？
它们都在同一轨道上运动且都相对静止。
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同步地球卫星相对地面静止不动，犹如悬在高空中，下
列说法正确的是( )
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A．同步卫星处于平衡状态 B．同步卫星的速率是唯一的 C ．不同卫星的轨道半径都相同，且一定在赤道的正上 方，它们以第一宇宙速度运行 D．它们可在我国北京上空运行，故用于我国的电视广播
地面发射速度
使卫星挣脱_______ 太阳 引力束缚的 _______ 最小 地面发射速度
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梦想成真 前苏联 成功发射了第一颗人造卫星； 1957年10月__________ 月球 ； 1969年7月美国“阿波罗11号”登上________ 杨利伟 踏入太空。 2003年10月15日我国航天员__________ 翟志刚 太空行走； 2008年9月27日我国航天员__________ 王亚平 首次太空授课。 2013年6月20日我国航天员__________
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(原创题)“天宫一号”目标飞行器在距地面355km的轨道 上做圆周运动，其飞行速率( )
A．大于7.9km/s C．小于7.9km/s 答案：C
B．介于7.9～11.2km/s之间 D．一定等于7.9km/s
第六章
答案：B
解析：根据同步卫星的特点知B正确，C、D错误。同步卫 星在万有引力作用下，绕地心作圆周运动，不是处于平衡状 态，A错误。
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四、卫星中的超重与失重 1 ． 超重： 发射时加速上升过程；返回大气层时减速降低 过程。 2 ． 失重： 卫星进入轨道后，卫星本身和其中的人、物都 处于完全失重状态。
v2 1 或由 mg＝m R 得：v1＝ gR＝7.9km/s。 (2)物理意义：第一宇宙速度也叫做地面附近的环绕速度， 是使人造卫星能绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度；也是 人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的最大运行速度；也可理解 为紧贴地面的运行速度。
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(2)卫星的各物理量随轨道半径变化的规律
2 v GM 1 m r →v＝ r →v∝ r GM 1 越 2 Mm 3 → ω∝ 3 高 mω r→ω＝ r G ＝ 2 r r 2 2 3 规 越 4π 4π r 3 r ＝ R ＋ h 地 m T2 r→T＝ GM →T∝ r 慢 律 GM 1 ma→a＝ 2 →a∝ 2 r r GMm 2 mg ＝ 2 近地时→GM＝gR地 R地
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二、人造地球卫星 1．卫星的轨道 (1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨 道。 (2) 卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦 点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。
(3)卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引
a。综上所述，正确选项为B。
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三、地球同步卫星
1．概念
相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球 同步卫星，又叫通信卫星。
2．特点
(1) 周 期 一 定 ： 它 的 运 动 周 期 等 于 地 球 自 转 的 周 期 T ＝ 24h。 (2)角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自 转的角速度。
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解析：卫星的轨道平面可以在赤道平面内，也可以和赤道 平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度。但是由于地球对卫 星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，所以，地心必 须是卫星圆轨道的圆心，因此卫星可能的轨道一定不会是 b。 同步卫星只能位于赤道的正上方，所以同步卫星可能的轨道为
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人造地球卫星 1.牛顿的设想 初速度 足够大 如图所示，当物体的 _________ 时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球 人造地球 表面，成为一颗绕地球转动的 __________ 卫星 。 ________
(5)向心加速度大小一定：所有同步卫星由于到地心距离相
同，所以，它们绕地球运动的向心加速度大小都相同，约为 0.23m/s2。
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特别提醒： (1) 所有同步卫星的周期 T 、轨道半径 r 、环绕速度 v 、角 速度ω及向心加速度a的大小均相同。 (2)所有国家发射的同步卫星的轨道都与赤道为同心圆，
课堂情景切入
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万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运行问题， 也为人们开辟了“上天”的理论之路。 1957年 10 月 4日，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗 人造地球卫星 ——“旅行者 1 号”，人类开始迈入航天时代。 2008年9月25日，“神舟七号”飞船成功发射升空，9月27日下