人造卫星 宇宙速度
人造卫星 宇宙速度(课件) 高一物理(教科版2019必修第二册)
➢我国的航天成就
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
2020年7月23日发射升空， 2021年5月15日成功实现 软着陆在火星表面 。
二、人造卫星的轨道
卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。 因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道五、同步卫星的用途
主要用于通信，故也称通信卫星。 3颗同步卫星可实现全球覆盖,为 了使同步卫星之间不相互干扰， 大约3°左右才能放置一颗同步卫 星，也就是说，地球上空只能放 下120颗同步卫星。截止2012年， 已 发 射 1 0 0 多颗。
常考题型
题组一 卫星运行参量的分析与比较
1.赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面， 卫星始终处于赤道正上方。 2.极地轨道：卫星的轨道与赤道平 面垂直，卫星经过两极上空。 3.任意轨道：卫星的轨道与赤道 平面成某一角度。
近地卫星
指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。
G
Mm r2
v2 m
r
rR
三、同步卫星的轨道
指相对于地面静止的人造卫星，它跟着地球做匀速圆周运动，周期T=24h。
所有的同步卫星只能 分布在赤道正上方的 一个确定轨道，即同 步卫星轨道平面与赤 道平面重合。
四、同步卫星的几个定值
❖ 轨道平面一定：赤道平面 ❖ 周期与角速度一定：T=24h ❖ 轨道半径一定:r=6.6R ❖ 线速度大小一定:v=3.08km/s ❖ 运转方向一定:自西向东 ❖ 向心加速度的大小一定:
型轨道的中轨道卫星，中轨道卫星在3个互成120°的轨道面上做圆周运动。下列说法正确的是（ B ）
第四章第三节 人造卫星 宇宙速度
第三节 人造卫星 宇宙速度1．第一宇宙速度(环绕速度)(1)数值 v 1＝7.9 km/s ，是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星最大的环绕速度． (2)第一宇宙速度的计算方法 ①由G Mm R 2＝m v 2R 得v ＝ GM R． ②由mg ＝m v 2R得v ＝gR ． 2．第二宇宙速度(脱离速度)：v 2＝11.2 km/s ，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度．3．第三宇宙速度(逃逸速度)：v 3＝16.7 km/s ，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：(1)不同星球的第一宇宙速度是否相同？如何计算第一宇宙速度？(2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？宇宙速度的理解与计算[重难提炼]1．第一宇宙速度的推导法一：由G Mm R 2＝m v 21R 得v 1＝GM R＝7.9×103 m/s. 法二：由mg ＝m v 21R得v 1＝gR ＝7.9×103 m/s. 第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，T min ＝2πR g＝5 075 s ≈85 min. 2．宇宙速度与运动轨迹的关系(1)v 发＝7.9 km/s 时，卫星绕地球做匀速圆周运动．(2)7.9 km/s<v 发<11.2 km/s ，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆．(3)11.2 km/s ≤v 发<16.7 km/s ，卫星绕太阳做椭圆运动．(4)v 发≥16.7 km/s ，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间．[典题例析](2018·南平质检)某星球直径为d ，宇航员在该星球表面以初速度v 0竖直上抛一个物体，物体上升的最大高度为h ，若物体只受该星球引力作用，则该星球的第一宇宙速度为( )A．v 02 B ．2v 0d h C ．v 02h d D ．v 02d h[跟踪训练] (多选)如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q 点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则( )A ．该卫星在P 点的速度大于7.9 km/s ，小于11.2 km/sB ．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9 km/sC ．在轨道Ⅰ上，卫星在P 点的速度大于在Q 点的速度D ．卫星在Q 点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ近地卫星、赤道上的物体及同步卫星的运行规律[重难提炼]三种匀速圆周运动的参量比较近地卫星(r 1、ω1、v 1、a 1) 同步卫星(r 2、ω2、v 2、a 2) 赤道上随地球自转的物体(r 3、ω3、v 3、a 3) 向心力 万有引力万有引力的一个分力 线速度 由GMm r 2＝m v 2r得 v ＝GM r，故v 1>v 2 由v ＝rω得v 2>v 3 v 1>v 2>v 3向心加速度 由GMm r 2＝ma 得a ＝GM r2， 故a 1>a 2由a ＝ω2r 得a 2>a 3 a 1>a 2>a 3轨道半径r 2>r 3＝r 1 角速度 由GMm r 2＝mω2r 得ω＝GM r 3，故ω1>ω2 同步卫星的角速度与地球自转角速度相同，故ω2＝ω3ω1>ω2＝ω3 [典题例析](2018·沧州第一中学高三月考)有a 、b 、c 、d 四颗地球卫星，a 还未发射，在赤道表面上随地球一起转动；b 是近地轨道地球卫星；c 是地球的同步卫星；d 是高空探测卫星；它们均做匀速圆周运动，各卫星排列位置如图所示，则( )A ．a 的向心加速度等于重力加速度gB ．b 在相同时间内转过的弧长最长C ．c 在4 h 内转过的圆心角是π6D ．d 的运动周期可能是20 h[跟踪训练] (2018·内蒙古集宁一中高三月考)如图所示，a 为放在赤道上相对地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b 为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径等于地球半径)，c 为地球的同步卫星，以下关于a 、b 、c 的说法中正确的是( )A. a 、b 、c 的向心加速度大小关系为a b >a c >a aB. a 、b 、c 的角速度大小关系为ωa >ωb >ωcC. a 、b 、c 的线速度大小关系为v a ＝v b >v cD. a 、b 、c 的周期关系为T a >T c >T b卫星的变轨问题[重难提炼]人造地球卫星的发射过程要经过多次变轨，如图所示，我们从以下几个方面讨论．1．变轨原理及过程(1)为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上．(2)在A 点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供在轨道Ⅰ上做圆周运动的向心力，卫星做离心运动进入椭圆轨道Ⅱ.(3)在B 点(远地点)再次点火加速进入圆形轨道Ⅲ.2．一些物理量的定性分析(1)速度：设卫星在圆轨道Ⅰ和Ⅲ上运行时的速率分别为v 1、v 3，在轨道Ⅱ上过A 点和B 点时速率分别为v A 、v B .因在A 点加速，则v A >v 1，因在B 点加速，则v 3>v B ，又因v 1>v 3，故有v A >v 1>v 3>v B .(2)加速度：因为在A 点，卫星只受到万有引力作用，故不论从轨道Ⅰ还是轨道Ⅱ上经过A 点，卫星的加速度都相同，同理，从轨道Ⅱ和轨道Ⅲ上经过B 点时加速度也相同．(3)周期：设卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上运行周期分别为T 1、T 2、T 3，轨道半径分别为r 1、r 2(半长轴)、r 3，由开普勒第三定律a 3T2＝k 可知T 1<T 2<T 3. (4)机械能：在一个确定的圆(椭圆)轨道上机械能守恒，若卫星在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道的机械能分别为E 1、E 2、E 3，则E 1<E 2<E 3.3．卫星变轨的两种方式一是改变提供的向心力(一般不常用这种方式)；二是改变需要的向心力(通常使用这种方式)．[典题例析](2016·高考北京卷)如图所示，一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行，在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动．下列说法正确的是()A．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的速度都相同B．不论在轨道1还是轨道2运行，卫星在P点的加速度都相同C．卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度D．卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量[跟踪训练](多选) (2019·贵阳花溪清华中学高三模拟)“嫦娥一号”探月卫星沿地月转移轨道到达月球附近，在距月球表面200 km的P点进行第一次“刹车制动”后被月球俘获，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行，如图所示．之后，卫星在P点经过几次“刹车制动”，最终在距月球表面200 km的圆形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动．用T1、T2、T3分别表示卫星在椭圆轨道Ⅰ、Ⅱ和圆形轨道Ⅲ上运动的周期，用a1、a2、a3分别表示卫星沿三个轨道运动到P点的加速度，用v1、v2、v3分别表示卫星沿三个轨道运动到P点的速度，用F1、F2、F3分别表示卫星沿三个轨道运动到P点时受到的万有引力，则下面关系式中正确的是()A．a1＝a2＝a3B．v1＜v2＜v3C．T1＞T2＞T3D．F1＝F2＝F3卫星的追及、相遇问题[重难提炼]某星体的两颗卫星之间的距离有最近和最远之分，但它们都处在同一条直线上，由于它们的轨道不是重合的，因此在最近和最远的相遇问题上不能通过位移或弧长相等来处理，而是通过卫星运动的圆心角来衡量，若它们初始位置在同一直线上，实际上内轨道卫星所转过的圆心角与外轨道卫星所转过的圆心角之差为π的整数倍时就是出现最近或最远的时刻．[跟踪训练](2017·河南洛阳尖子生联考)设金星和地球绕太阳中心的运动是公转方向相同且轨道共面的匀速圆周运动，金星在地球轨道的内侧(称为地内行星)，在某特殊时刻，地球、金星和太阳会出现在一条直线上，这时候从地球上观测，金星像镶嵌在太阳脸上的小黑痣缓慢走过太阳表面，天文学称这种现象为“金星凌日”，假设地球公转轨道半径为R，“金星凌日”每隔t0年出现一次，则金星的公转轨道半径为()A ．t 01＋t 0R B ． 2⎝⎛⎭⎫t 01＋t 03 C ．R 3⎝⎛⎭⎫1＋t 0t 02 D ．R 3⎝⎛⎭⎫t 01＋t 02一、单项选择题1．如图所示，a 是地球赤道上的一点，t ＝0时刻在a 的正上空有b 、c 、d 三颗轨道均位于赤道平面的地球卫星，这些卫星绕地球做匀速圆周运动的运行方向均与地球自转方向(顺时针方向)相同，其中c 是地球同步卫星．设卫星b 绕地球运行的周期为T ，则在t ＝14T 时刻这些卫星相对a 的位置最接近实际的是( )2．(2018·辽宁鞍山一中等六校联考)如图所示，质量相同的三颗卫星a 、b 、c 绕地球做匀速圆周运动，其中b 、c 在地球的同步轨道上，a 距离地球表面的高度为R ，此时a 、b 恰好相距最近．已知地球质量为M 、半径为R 、地球自转的角速度为ω，万有引力常量为G ，则( )A ．发射卫星b 时速度要大于11.2 km/sB ．卫星a 的机械能大于卫星b 的机械能C ．若要卫星c 与b 实现对接，可让卫星c 加速D ．卫星a 和b 下次相距最近还需经过t ＝2πGM 8R 3－ω3．2016年2月11日，美国自然科学基金召开新闻发布会宣布，人类首次探测到了引力波.2月16日，中国科学院公布了一项新的探测引力波的“空间太极计划”．由中山大学发起的空间引力波探测工程“天琴计划”于2015年7月正式启动．计划从2016年到2035年分四阶段进行，将向太空发射三颗卫星探测引力波．在目前讨论的初步概念中，天琴将采用三颗相同的卫星(SC1、SC2、SC3)构成一个等边三角形阵列，地球恰处于三角形中心，卫星将在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行，针对确定的引力波源进行探测，这三颗卫星在太空中的分列图类似乐器竖琴，故命名为“天琴计划”．则下列有关三颗卫星的运动描述正确的是()A．三颗卫星一定是地球同步卫星B．三颗卫星具有相同大小的加速度C．三颗卫星的线速度比月球绕地球运动的线速度大且大于第一宇宙速度D．若知道引力常量G及三颗卫星绕地球运转周期T可估算出地球的密度4．(2017·浙江名校协作体高三联考)我国首颗量子科学实验卫星“墨子”已于酒泉成功发射，将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信．“墨子”将由火箭发射至高度为500千米的预定圆形轨道．此前6月在西昌卫星发射中心成功发射了第二十三颗北斗导航卫星G7.G7属地球静止轨道卫星(高度约为36 000千米)，它将使北斗系统的可靠性进一步提高．关于卫星以下说法中正确的是()A．这两颗卫星的运行速度可能大于7.9 km/sB．通过地面控制可以将北斗G7定点于西昌正上方C．量子科学实验卫星“墨子”的周期比北斗G7小D．量子科学实验卫星“墨子”的向心加速度比北斗G7小5．(2018·衡阳第八中学高三月考)a、b、c、d是在地球大气层外的圆形轨道上运行的四颗人造卫星，其中a、c的轨道相交于P，b、d均为同步卫星，b、c轨道在同一平面上，某时刻四颗卫星的运行方向以及位置如图所示，下列说法中正确的是()A．a、c的加速度大小相等，且小于b的加速度B．a、c的线速度大小相等，且大于第一宇宙速度C．b、d的角速度大小相等，且小于a的角速度D．a、c存在在P点相撞的危险6.2016年9月15日22时04分，举世瞩目的“天宫二号”空间实验室在酒泉卫星发射中心成功发射，并于16日成功实施了两次轨道控制，顺利进入在轨测试轨道．如图所示是“天宫二号”空间实验室轨道控制时在近地点(Q点)200千米、远地点(P点)394千米的椭圆轨道运行，已知地球半径取6 400 km，M、N为短轴与椭圆轨道的交点，对于“天宫二号”空间实验室在椭圆轨道上的运行，下列说法正确的是()A ．“天宫二号”空间实验室在P 点时的加速度一定比Q 点小，速度可能比Q 点大B ．“天宫二号”空间实验室从N 点经P 点运动到M 点的时间可能小于“天宫二号”空间实验室从M 点经Q 点运动到N 点的时间C ．“天宫二号”空间实验室在远地点(P 点)所受地球的万有引力大约是在近地点(Q 点)的14D ．“天宫二号”空间实验室从P 点经M 点运动到Q 点的过程中万有引力做正功，从Q 点经N 点运动到P 点的过程中要克服万有引力做功二、多项选择题7．(2015·高考天津卷)P 1、P 2为相距遥远的两颗行星，距各自表面相同高度处各有一颗卫星s 1、s 2做匀速圆周运动．图中纵坐标表示行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度a ，横坐标表示物体到行星中心的距离r 的平方，两条曲线分别表示P 1、P 2周围的a 与r 2的反比关系，它们左端点横坐标相同．则( )A ．P 1的平均密度比P 2的大B ．P 1的“第一宇宙速度”比P 2的小C ．s 1的向心加速度比s 2的大D ．s 1的公转周期比s 2的大8．(2018·江西六校高三联考)我国首个空间实验室“天宫一号”发射轨道为一椭圆，如图甲所示，地球的球心位于该椭圆的一个焦点上，A 、B 两点分别是卫星运行轨道上的近地点和远地点．若A 点在地面附近，且卫星所受阻力可以忽略不计．之后“天宫一号”和“神舟八号”对接，如图乙所示，A 代表“天宫一号”，B 代表“神舟八号”，虚线为各自的轨道．由以上信息，可以判定( )A ．图甲中卫星运动到A 点时其速率一定大于7.9 km/sB ．图甲中若要卫星在B 点所在的高度做匀速圆周运动，需在B 点加速C ．图乙中“天宫一号”的向心加速度大于“神舟八号”的向心加速度D ．图乙中“神舟八号”加速有可能与“天宫一号”实现对接9．关于人造卫星和宇宙飞船，下列说法正确的是( )A ．如果知道人造卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力常量，就可以算出地球质量B ．两颗人造卫星，不管它们的质量、形状差别有多大，只要它们的运行速度相等，它们的周期就相等C ．原来在同一轨道上沿同一方向运转的人造卫星一前一后，若要后一个卫星追上前一个卫星并发生碰撞，只要将后面一个卫星速率增大一些即可D ．一艘绕地球运转的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出，并离开飞船，飞船因质量减小，所受到的万有引力减小，飞船将做离心运动偏离原轨道10．(2017·牡丹江市第一高级中学高三月考) 如图“嫦娥二号”卫星由地面发射后，进入地月转移轨道，经多次变轨最终进入半径为100 km、周期为118 min的工作轨道Ⅲ，开始对月球进行探测，则下列说法正确的是()A．卫星在轨道Ⅲ上的运动速度比月球的第一宇宙速度小B．卫星在轨道Ⅲ上经过P点的速度比在轨道Ⅰ上经过P点时大C．卫星在轨道Ⅲ上运动的周期比在轨道Ⅰ上短D．卫星在轨道Ⅰ上的机械能比在轨道Ⅱ上小。
物理教案-人造卫星 宇宙速度
物理教案－人造卫星宇宙速度教学目标：1. 了解人造卫星的基本概念及其在地球上的应用。
2. 掌握第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的定义及其之间的关系。
3. 能够运用宇宙速度的概念解决实际问题。
教学重点：1. 人造卫星的基本概念及其在地球上的应用。
2. 第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的定义及其之间的关系。
教学难点：1. 第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的计算及应用。
教学准备：1. PPT课件2. 教学视频或图片教学过程：一、导入（5分钟）1. 展示人造卫星发射升空的视频或图片，引导学生关注人造卫星。
2. 提问：“你们知道什么是人造卫星吗？它在地球上有什么应用？”二、人造卫星的基本概念（10分钟）1. 讲解人造卫星的定义：人造卫星是由人类发射到太空中的卫星。
2. 介绍人造卫星的分类：地球卫星、行星卫星、太阳卫星等。
3. 讲解人造卫星在地球上的应用：通信、导航、气象、地球观测等。
三、宇宙速度的定义及计算（15分钟）1. 讲解第一宇宙速度：使物体绕地球做圆周运动的最小发射速度。
2. 讲解第二宇宙速度：使物体脱离地球引力束缚的最小发射速度。
3. 讲解第三宇宙速度：使物体脱离太阳引力束缚的最小发射速度。
四、宇宙速度之间的关系（10分钟）1. 讲解第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度之间的关系。
2. 引导学生通过计算或绘制图表，理解宇宙速度之间的关系。
五、应用宇宙速度解决实际问题（10分钟）1. 提出实际问题，如：“一颗卫星以第一宇宙速度绕地球运行，它的运行周期是多少？”2. 引导学生运用宇宙速度的概念和公式解决实际问题。
教学反思：本节课通过讲解人造卫星的基本概念、宇宙速度的定义及计算，使学生了解了人造卫星在地球上的应用及其重要性。
通过引导学生运用宇宙速度解决实际问题，培养了学生的动手能力和实际应用能力。
在教学过程中，注意关注学生的学习情况，针对学生的疑问进行解答，提高学生的学习效果。
第五章 第2课时 人造卫星 宇宙速度-2025物理大一轮复习讲义人教版
第2课时人造卫星宇宙速度目标要求1.会比较卫星运行的各物理量之间的关系。
2.理解三种宇宙速度，并会求解第一宇宙速度的大小。
3.会分析天体的“追及”问题。
考点一卫星运行参量的分析1．基本公式(1)线速度大小：由G Mmr 2＝m v 2r得v ＝GMr。
(2)角速度：由GMmr2＝mω2r 得ω＝GMr 3。
(3)周期：由G Mm r 2＝m (2πT )2r 得T ＝2πr 3GM。
(4)向心加速度：由GMm r 2＝ma n 得a n ＝GMr 2。
结论：同一中心天体的不同卫星，轨道半径r 越大，v 、ω、a n 越小，T 越大，即越高越慢。
2．“黄金代换式”的应用忽略中心天体自转影响，则有mg ＝G MmR2，整理可得GM ＝gR 2。
在引力常量G 和中心天体质量M 未知时，可用gR 2替换GM 。
3．人造卫星卫星运行的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道，同步卫星中的静止卫星的轨道是赤道轨道。
(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。
(2)同步卫星①静止卫星的轨道平面与赤道平面共面，且与地球自转的方向相同。
②周期与地球自转周期相等，T ＝24h 。
③高度固定不变，h ＝3.6×107m 。
④运行速率约为v ＝3.1km/s 。
(3)近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径r ＝R (地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v ＝7.9km/s(人造地球卫星做匀速圆周运动的最大运行速度)，T ＝85min(人造地球卫星的最小周期)。
注意：近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星。
思考(1)在同一轨道上质量大的卫星受到地球引力大，是否加速度就大，运行速度就快？(2)随着我国航空航天科技的发展，将来可以发射定点到广州上空的静止轨道卫星吗？(3)赤道上停放一待发射卫星A ，天空运行一同步卫星B ，可以由v ＝GMr得A 卫星线速度大于B 卫星线速度吗？答案(1)由a ＝GMr2及v ＝GMr可得卫星运行加速度和速度与卫星质量无关，同一轨道上各卫星具有相同加速度和速度大小(2)由于静止轨道卫星必须与地球自转同步，且转动中心必须在地心，故静止轨道卫星只能定点在赤道正上方(3)赤道上停放的物体由万有引力的一个分力提供向心力，故不满足v ＝GMr，又由v ＝ωr ，A 、B 两卫星具有相同的角速度，故B 卫星线速度大。
教科版必修2《人造卫星宇宙速度》评课稿
教科版必修2《人造卫星宇宙速度》评课稿一、教材简介《教科版必修2》是高中物理的必修教材之一，本教材主要面向高中二年级学生，通过系统的理论知识和实验实践，培养学生的科学思维和实验操作能力。
其中，第三章《人造卫星宇宙速度》是本教材中的一部分，着重介绍了人造卫星的运行轨道和速度计算方法。
二、教学目标通过本章内容的学习，学生应达到以下几个方面的能力和理解：1.理解人造卫星的基本概念和运行原理；2.掌握计算人造卫星的轨道半径和宇宙速度的方法；3.能够运用所学知识分析人造卫星的运行轨道和速度。
三、教学重点和难点1. 教学重点•人造卫星的基本概念和特点；•人造卫星的运行轨道和速度计算方法。
2. 教学难点•如何理解和设计人造卫星的运行轨道；•如何计算人造卫星的宇宙速度。
四、教学内容和课时安排1. 第一课时：人造卫星的基本概念和运行原理（时间：40分钟）1.1 人造卫星的定义人造卫星是由人工制造并发射到地球轨道或其他天体轨道的卫星，用于从空间进行通信、天气预报、地球观测以及科学研究等。
1.2 人造卫星的运行原理介绍人造卫星维持轨道运行的力学原理，包括引力和离心力的平衡以及卫星的几种常见轨道类型（如圆形轨道、椭圆轨道等）。
2. 第二课时：人造卫星的运行轨道和速度计算（时间：40分钟）2.1 轨道半径的计算方法介绍如何通过人造卫星的重力加速度和角速度来计算轨道半径，以及轨道半径与卫星运行稳定性之间的关系。
2.2 宇宙速度的计算方法详细说明如何通过地球的引力加速度和轨道半径来计算人造卫星的宇宙速度，以及宇宙速度的意义和应用。
3. 第三课时：人造卫星的运行轨道和速度分析（时间：40分钟）3.1 运用轨道和速度知识分析卫星的运行特点通过具体的例题分析，引导学生利用所学知识，分析不同轨道和速度对卫星运行的影响，如稳定性、通信质量等。
3.2 探索人造卫星的其他应用领域通过小组讨论的方式，引导学生探索人造卫星在通信、气象预报、地球观测等领域的应用，并结合实际案例进行讨论。
人造卫星宇宙速度
2007年－2012年 为“落”的阶段，主要目标是实现月 球表面软着陆与月球巡视探测。
第一宇宙速度： 近地卫星的环绕速度
使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度，叫做第一 宇宙速度。
地面附近 r=R
Mm V 2
G m
R2
R
得V 或V
GM R
gR 2 R
6.67 1011 5.98 1024 m / s 7.9km / s
6.37 106 gR
宇宙速度
10月31日17时15 分，飞行在南太 平洋上空600公里 的嫦娥一号卫星 接到地面发送来 的变轨指令，卫 星底部发动机立 即点火。408507 公里!783秒后， 嫦娥一号卫星成 功进入地月转移 轨道，开始飞奔 “广寒宫”。
11月1日12时，北 京航天飞行控制 中心首次应用国 际标准实现与欧 空局所属空间操 作中心联网。1日 12时至15时，北 京航天飞行控制 中心与欧空局所 属的空间操作中 心、新诺舍站、 马斯帕拉马斯站 及库鲁站实现联 网。
2012年－2017年 为“回”的阶段，主要目标是实现月球 表面软着陆并采样返回。
只有完成了这三个阶段后，中国才有可能考虑和实施载 人登月。
卫星摇篮
西昌卫星发射中心
酒泉卫星发射基地
太原卫星发射中心
神箭问天
航天英雄
中国第一位航天员杨利伟
费俊龙聂海胜空地通话
中国月球探测工程首席科学家 欧阳自远
中国载人航天工程总设计师 王永志
物理教案-人造卫星 宇宙速度
物理教案－人造卫星宇宙速度一、教学目标1.了解人造卫星的发射原理及宇宙速度的概念。
2.掌握第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的计算方法。
3.培养学生的观察能力、分析能力和解决问题的能力。
二、教学重难点1.教学重点：人造卫星的发射原理，宇宙速度的计算方法。
2.教学难点：宇宙速度的推导过程。
三、教学准备1.教具：多媒体设备、PPT、黑板、粉笔。
2.学具：计算器、笔记本、文具。
四、教学过程第一环节：导入1.利用多媒体展示人造卫星的图片，引导学生关注人造卫星的发射。
2.提问：同学们，你们知道人造卫星是如何发射的吗？它和宇宙速度有什么关系？第二环节：探究人造卫星的发射原理1.讲解人造卫星的发射原理，引导学生了解卫星发射的基本过程。
2.展示卫星发射动画，帮助学生形象地理解发射原理。
3.提问：人造卫星发射过程中，为什么需要达到一定的速度？第三环节：讲解宇宙速度的概念1.介绍宇宙速度的定义，引导学生了解宇宙速度的三个级别。
2.分别解释第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念。
3.展示宇宙速度的计算公式，引导学生掌握计算方法。
第四环节：推导宇宙速度1.利用物理公式推导第一宇宙速度，引导学生理解推导过程。
2.讲解第二宇宙速度和第三宇宙速度的推导过程，帮助学生掌握推导方法。
3.提问：同学们，你们能根据推导过程，自己尝试推导出第二宇宙速度和第三宇宙速度吗？第五环节：实例分析1.给出实例，引导学生运用所学知识解决实际问题。
2.讲解实例的解题过程，帮助学生巩固所学知识。
3.提问：同学们，你们还能举出其他关于宇宙速度的应用实例吗？第六环节：课堂小结2.强调宇宙速度在实际应用中的重要性，激发学生的学习兴趣。
3.提问：同学们，你们对本节课的内容有什么疑问或收获？五、作业布置1.复习本节课所学内容，巩固宇宙速度的计算方法。
2.完成课后练习，提高解题能力。
3.深入了解人造卫星的发射过程，拓展知识面。
六、教学反思1.本节课通过引导学生探究人造卫星的发射原理和宇宙速度的计算方法，使学生掌握了相关知识点。
教科版高中物理必修二 第3章第4节人造卫星 宇宙速度(共28张PPT)
解：若利用“第一宇宙速度”估算
设“光子”的质量为m，由于光不能从太阳射出, 设“光子”恰好绕太阳(黑洞)作近地匀速圆周运动,
GMm mc2
R2
R
解得 : R
GM c2
6.67 1011 2.0 1030 (3.0108 )2
1.5103 m 1.5km.
黑洞
例:已知太阳的质量M=2.0×1030kg，光的速度 c=3.0×108m/s，试估算太阳如果演变成了黑洞， 它的半径将变成多少？
M2L M1 M2
，r2
M1L M1 M2
由前两式相等解得得
ω
GM 2 r1L2
G(M1 M2) L3
三星系统
m
m
m
m m
O m
同 步 卫 星
h=3.6×107m r=4.2×107m v=3km/s T=24h
月球
h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s
T=27天
近
地
卫
h≈0
星
r=6.4×106m
v=7.9km/s
T=84分钟
近地卫星、同步卫星、地球赤道上物体三者比较
h≈0 R=6.4x106m T=24h
③定周期：运动周期等于地球自转的周期
T＝24h=86400s
④定轨道：轨道离地高度h=36000km
⑤定速度：线速度大小v=3.08km/s
三颗同步卫星反射信号可以覆盖整个赤道
大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步 通讯卫星只能有120颗。可见空间位置也是一种资源。
近地卫星、 同步卫星、 月球三者比较
v2>v1>v4>v3
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§3.4 人造卫星 宇宙速度 一.本节知识归纳：（一）处理卫星问题方法：把天体运动看成匀速圆周运动、万有引力提供向心力，即222224T r m r m r v m rMm G F πω====万；由该式可知：r 越大，卫星线速度越 ；角速度越 ；周期越 ．(二)宇宙速度：1.第一宇宙速度：v = km/s ，它是卫星在 绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度．2.第二宇宙速度：v = km/s ，它是卫星 的最小发射速度．3.第三宇宙速度：v = km/s ，它是卫星 的最小发射速度．(三)近地卫星：1.轨道：以地心为圆心的圆形轨道。
2.万有引力提供向心力=n F F 引 r 增大2MmG r = 2222n n v m v r mr mr T ma a ωωπ⇒=⇒⎛⎫⎪⎝⎭⇒(四)同步卫星：1.轨道：在赤道的正上方。
2.定周期：T=24小时。
3.离地高度：h=36000km 。
求解方法：万有引力提供向心力()()2222()36000MmGm R h h RT R h h R km π=+⇒=+⇒==由黄金代换式GM=gR 4.线速度大小：v=3.1km/s 5.角速度大小：定值。
6.向心加速度大小：定值。
二．例题分析：D v ．从人造卫星环绕地球运转的速度＝可知，把卫星发gR r 02/例1.1990年3月，紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32km ，如该小行星的密度和地球相同，则该小行星的第一宇宙速度为多少？（已知地球半径R =6400km ，地球的第一宇宙速度v 1=8km/s ）例2.如图所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a 、b 质量相同，且小于c 的质量，则（ ）A ．b 所需向心力最小B ．b 、c 周期相等，且大于a 的周期C ．b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度D ．b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度例3.有两个人造地球卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比r 1∶r 2＝4∶1，求这两个卫星的： (1)线速度之比； (2)角速度之比； (3)向心加速度之比； (4)运动周期之比．例4.关于第一宇宙速度，下面说法中错误的是( ) A ．它是人造地球卫星绕地飞行的最小速度 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射到越远的地方越容易例5.关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是( ) A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C．它以第一宇宙速度运行 D．它运行的角速度与地球自转角速度相同例6.两颗人造地球卫星A和B的质量之比m A∶m B＝1∶2，轨道半径之比r A∶r B＝1∶3，某一时刻它们的连线通过地心，则此时它们的线速度之比v A∶v B＝___________，向心加速度之比a A∶a B＝___________，向心力之比F A∶F B＝_____________．例7.人造卫星在太空运行中，天线偶然折断，天线将（）A.继续和卫星一起沿轨道运行B.做平抛运动，落向地球C.由于惯性，沿轨道切线方向做匀速直线运动，远离地球D.做自由落体运动，落向地球例8.已知火星的半径为地球半径的一半，火星的质量为地球质量的1/9，已知一物体在地球上的重量比在火星上的重量大49N，求这个物体的质量是多少。
例9.地球质量为M，半径为R，万有引力恒量为G，发射一颗绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星，卫星的速度称为第一宇宙速度。
（1）试推导由上述各量表达的第一宇宙速度的计算式，要求写出推导依据。
（2）若已知第一宇宙速度的大小为v=7.9km/s，地球半径R=6.4×106m，万有引力恒量G=6.67×10-11 N·m2 /kg2，求地球质量（结果要求二位有效数字）。
例10.经观测，一卫星环绕某行星做圆形轨道运动的半径为r，周期为T，若卫星质量为m．求：(1)行星的质量； (2)卫星向心加速度的大小； (3)作用于卫星上的引力大小．例11.一颗人造卫星的质量为m,离地面的高度为h,卫星做匀速圆周运动，已知地球半径为R,地球表面重力加速度为g,求：(1)卫星受到的向心力的大小； (2)卫星的速率；(3)卫星环绕地球运行的周期；例12.在天体运动中，把两颗相距较近的恒星称为双星，已知A、B两恒星质量分别为M1和M2，两恒星相距为L，两恒星分别绕共同的圆心做圆周运动，求两恒星的轨道半径和角速度大小。
三．巩固练习：1、关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是（）A.它是人造卫星绕地飞行的最小速度B.它是人造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在近地点的速度2、若人造地球卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（）A.半径越大，速度越小，周期越小B.半径越大，速度越小，周期越大a C.所有卫星的线速度均是相同的，与半径无关 D.所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关3、同步卫星是指相对于地面不动的人造卫星（ ）A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的数值B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的C.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的数值D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的4、有两个人造地球卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比r 1:r 2=4:1，求这两个卫星的：（1）线速度之比； （2）角速度之比； （3）向心加速度之比； （4）运动周期之比。
5、在环绕地球运行的宇宙飞船上的实验舱内，下面几项实验中可以正常运行的是（ ） A. 用天平称物体的重量 B. 用弹簧秤称物体的重力 C. 上紧闹钟上的发表 D. 用体温表测宇航员的体温6、我国已发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”。
设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。
已知月球质量是地球质量的1/81，月球半径是地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度为7.9km/s ，则该探月卫星绕月运行的速率为（ ） A ．0.4 km/s B ．1.8 km/s C ．11 km/s D ．36 km/s7、如图所示的三个人造地球卫星，则说法正确的是（ ） ①卫星可能的轨道为a 、b 、c ②卫星可能的轨道为a 、c ③同步卫星可能的轨道为a 、c ④同步卫星可能的轨道为aA ．①③是对的B ．②④是对的C ．②③是对的D 8．某行星质量为地球质量的1/3，半径为地球半径的3倍，则此行星的第一宇宙速度约为地球第一宇宙速度的（ ）A ．9倍B ．1/3C ．3倍D ．1/99.一艘宇宙飞船贴近一恒星表面飞行，测得它匀速圆周运动的周期为T ，设万有引力常数G ，则此恒星的平均密度为（ ）A ．GT 2/3πB ．3π/GT2C ．GT 2/4πD ．4π/ GT 210.为了计算某一个天体的质量，需要知道绕该天体作匀速圆周运动的另一个星球的条件 是( )A 、质量和周期B 、运转周期和轨道半径C 、轨道半径和线速度D 、转速和质量11.设地面附近重力加速度为g ， 地球半径为R 0，人造地球卫星圆形运行轨道半径为R ，那么以下说法正确的是 ( )A ．卫星在轨道上向心加速度大小为g RR 22B ．卫星在轨道上运行速度大小为R gR 2C ．卫星运行的角速度大小为gR R 203D ．卫星运行的周期为gR R 2032π。
12．地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F 1，向心加速度为a 1，线速度为v 1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星（高度忽略）所受的向心力为F 2，向心加速度为a 2，线速度为v 2，角速度为ω2；地球同步卫星所受的向心力为F 3，向心加速度为a 3，线速度为v 3，角速度为ω3；地球表面重力加速度为g ，第一宇宙速度为v ，假设三者质量相等，则（ ）A ．F 1=F 2＞F 3B ．a 1=a 2=g ＞a 3C ．v 1=v 2=v ＞v 3D ．ω1=ω3＜ω213.两颗卫星在同一轨道平面绕地球做匀速圆周运动，地球半径为R ，a 卫星离地面的高度等于R ，b 卫星离地面高度为3R ，则:（1）a 、b 两卫星周期之比T a ∶T b 是多少?（2）若某时刻两卫星正好同时通过地面同一点的正上方，则a 至少经过多少个周期两卫星相距最远？14.一组太空人乘太空穿梭机，去修理位于离地球表面6.5×105m 的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H 。
机组人员使穿梭机S 进入与H 相同的轨道并关闭推动火箭，而望远镜则在穿梭机前方数公里处，如图所示，设G 为引力常数，而M E 为地球质量。
（已知：地球半径为6.4×106m ）。
⑴在穿梭机内，一质量为70kg 的太空人的视重是多少？ ⑵计算轨道上的重力加速度、速率和周期。
3.4例题：1. 解析：对吴健雄星，万有引力提供向心力，所以12112111R v m R m M G = ① 吴健雄星的密度：313411/RM πρ= ② 对近地卫星有：22222222R v m R m M G = ③ 地球密度：32422/R M πρ= ④ ①∶③得：22212211v v R M R M =∶ ⑤ ②∶④得：M 1∶M 2=R 13∶R 23⑥ ⑤∶⑥得：v 1∶v 2=R 1∶R 2 所以，201212==v R R v m/s 2. 答案：ABD 3. 解析：(1)1∶2(2)1∶8(3)1∶16(4)8∶1 4. A 、D ． 5.D 1，9：1，9：2． 7.A 8. 9kg 9. (1)RGM (2)约5.9×1024kg 6. ：10.(1) 2324GT r π，(2)224T r π，(3)224T mr π 11.(1) 22)(h R mgR +，(2) )(h R g +，(3)gh R )(2+π(2，3答案有错) 12.设两个行星的自转半径分别为r 1和r 2，角速度为ω，由题意可知r 1+r 2=L ，由 ①， ②得， ， ①+②式得 ， 解得：巩固练习：1、BC 2.B 3.D 4. 1:2 1:8 1:16 8:15.CD6.B7. B 8、B 9、B 10、BC 11.ABD 12.D 13. （1）T a ∶T b ＝23a R ∶23b R ＝1∶22 ，（2）t ＝ab ba T T T T -5.0= 0.77T a⑴视重为0。