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
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近地卫星的运行速度是多大呢？
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课堂小结：
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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。
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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 ？
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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
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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
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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。