人教版物理必修2-6.5宇宙航行
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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
人教版高一物理必修二教案-6.5宇宙航行
6.5 《宇宙航行》一、教材分析《宇宙航行》系新课程人教版必修2第七章第五节，重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度。
人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。
教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。
因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。
另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。
二、教学目标（一）知识与技能（1）知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因；（2）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度；（3）简单了解航天发展史。
（4）能用所学知识求解卫星基本问题。
（二）过程与方法（1）培养学生科学探索能力；（2）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；（3）学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。
（三）情感态度与价值观介绍我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。
课时安排：一节课教具：多媒体课件、投影仪、计算机三、教学重点难点（1）第一宇宙速度的推导；（2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别；四、学情分析从学生年龄特征来看，学生处于高一年级，大多是90年出生，17岁已经对本节知识有一定的接受能力，但比较起成年人来还不及，尤其是对知识体系条理性掌握，对易混淆知识的辨别能力还欠缺。
从学生的知识基础来看，本节与第六章息息相关，不同水平的学生学起来认知程度不一样。
从认知特点及思维规律来看，学生容易接收表象、浅显的知识，不易接收推理性强、易混淆的知识。
五、教学方法启发探究式教学、多媒体辅助教学。
六、课前准备1．学生的学习准备：预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。
高一物理人教版必修2课件：6.5 宇宙航行 1
场景记忆法小妙招
超级记忆法--身 体法
1. 头--神经系统 2. 眼睛--循环系统 3. 鼻子--呼吸系统 4. 嘴巴--内分泌系统 5. 手--运动系统 6. 胸口--消化系统 7. 肚子--泌尿系统 8. 腿--生殖系统
超级记忆法-记忆 方法
TIP1：在使用身体记忆法时，可以与前面提到过的五感法结合起来，比如产生 一些听觉、视觉、触觉、嗅觉、味觉，记忆印象会更加深刻； TIP2：采用一些怪诞夸张的方法，比如上面例子中腿上面生长出了很多植物， 正常在我们常识中不可能发生的事情，会让我们印象更深。
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
中国成为世界上第三个独立开展载 人航天活动的国家
神舟六号发射升空
费俊龙聂海胜
神舟七号出舱
神七英雄
超级记忆法-记忆 规律
记忆中
选择恰当的记忆数量
魔力之七：美国心理学家约翰·米勒曾对短时记忆的广 度进行过比较精准的测定：通常情况下一个人的记忆 广度为7±2项内容。
超级记忆法-记忆 规律
TIP1：我们可以选择恰当的记忆数量——7组之内！ TIP2：很多我们觉得比较容易背的古诗词，大多不超过七个字，很大程度上也 是因为在“魔力之七”范围内的缘故。我们可以把要记忆的内容拆解组合控制 在7组之内（每一组不代表只有一个字哦，这7组中的每一组容量可适当加大）。 TIP3：比如我们记忆一个手机号码18820568803，如果一个一组的记忆，我 们就要记11组，而如果我们拆解一下，按照188-2056-8803，我们就只需要 记忆3组就可以了，记忆效率也会大大提高。
超级记忆法--身 体法
1. 头--神经系统 2. 眼睛--循环系统 3. 鼻子--呼吸系统 4. 嘴巴--内分泌系统 5. 手--运动系统 6. 胸口--消化系统 7. 肚子--泌尿系统 8. 腿--生殖系统
超级记忆法-记忆 方法
TIP1：在使用身体记忆法时，可以与前面提到过的五感法结合起来，比如产生 一些听觉、视觉、触觉、嗅觉、味觉，记忆印象会更加深刻； TIP2：采用一些怪诞夸张的方法，比如上面例子中腿上面生长出了很多植物， 正常在我们常识中不可能发生的事情，会让我们印象更深。
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
中国成为世界上第三个独立开展载 人航天活动的国家
神舟六号发射升空
费俊龙聂海胜
神舟七号出舱
神七英雄
超级记忆法-记忆 规律
记忆中
选择恰当的记忆数量
魔力之七：美国心理学家约翰·米勒曾对短时记忆的广 度进行过比较精准的测定：通常情况下一个人的记忆 广度为7±2项内容。
超级记忆法-记忆 规律
TIP1：我们可以选择恰当的记忆数量——7组之内！ TIP2：很多我们觉得比较容易背的古诗词，大多不超过七个字，很大程度上也 是因为在“魔力之七”范围内的缘故。我们可以把要记忆的内容拆解组合控制 在7组之内（每一组不代表只有一个字哦，这7组中的每一组容量可适当加大）。 TIP3：比如我们记忆一个手机号码18820568803，如果一个一组的记忆，我 们就要记11组，而如果我们拆解一下，按照188-2056-8803，我们就只需要 记忆3组就可以了，记忆效率也会大大提高。
人教版高一物理必修二：6.5《宇宙航行》优质课件
铅球是这样成为人造卫星的
地球
探 究 一 宇 宙 速 度
1、铅球绕地球做什么运动？ 2、是什么力提供它做圆周运动的向心力？ 3、如果F万>F向，铅球会如何什么运动？
4、如果F万<F向，铅球会如何什么运动？
5、在什么情况下铅球才会稳定的围绕地球 做圆周运动？ 小结：F万=F向，铅球才不会掉回地面从而 做稳定的圆周运动
2
解析:由 G Mm m v ，得v= GM ，即v∝ 1， 则r减小时，v增大. r r r2 r
③ 高度h=36000km ④ R、v、ω、T、an “全部固定”
探 究 表征人造卫星运行状态的物理量有三个: 二 (1) 环绕速度v, (2)转动半径r(或R+h,h为离地的高度) 人 造 (3)转动周期T 卫 星 你知道不同轨道上的卫星稳定运行时，线速 度、周期的大小关系吗？
探 究 二 人 造 卫 星
探 1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s． 究 一 宇 （1）如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，卫星 宙 将落到地面而不能绕地球运转； 速 度 （2）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近 作匀速圆周运动； （3）大于7.9km/s小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道 绕地球运行，地心即椭圆轨道的一个焦点．
探 究 一 宇 宙 速 度
3、第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7 km/s 这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．
如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球 和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了．
探 究 一 宇 宙 速 度
人造卫星发射原理
探 究 二 人 造 卫 星
（1）a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？ c b 提示：卫星作圆周运动的向 心力必须指向地心 a
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
人教版高一物理必修二教案-6.5宇宙航行
课题：§6.5 宇宙航行
一、教材分析
《宇宙航行》为人教版必修2第六章第五节。
本节介绍了人造卫星的发射原理，推导了地球第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度以及人类探索太空的历程。
人造卫星是万有引力定律在航天领域方面的应用，通过本节的学习学生可以初步了解航天知识。
通过梳理我国在航天领域取得的成就以激发学生探索太空的兴趣，促进学生增强民族自信心和自豪感。
二、教学目标
1.知识与技能：
（1）了解人造卫星的有关知识
（2）知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度
（3）了解人类探索太空的历程
2.过程与方法：
（1）体验建模的过程与方法
（2）学习科学的思维方法
3.情感态度与价值观：
通过梳理我国在航天领域取得的成就以激发学生探索太空的兴趣，促进学生增强民族自信心和自豪感
三、教学重点
第一宇宙速度的概念及其推导
四、教学难点
对第一宇宙速度的理解
五、教学方法
通过讲解与探究相结合的方法组织教学
六、教具
摆球、课件
七、教学过程
八、布置作业
上网查找学习航天方面的知识。
人教版必修2 6.5宇宙航行 (共21张PPT)
3、第三宇宙速度： V3= 16.7km/s （逃逸速度）
在地面以该速度发射，则卫星将离开太Байду номын сангаас系
含义：
。
特别提醒： 三种宇宙速度是针对地球来说的,
换成别的星球，数据不一样
1、人造地球卫星的轨道半径越大，则 ( BC ) A、速度越小，周期越小 B、速度越小，加速度越小 C、加速度越小,周期越大 D、角速度越小,加速度越大
(1)由
G
Mm r2
=m
v2 r
得：ｖ＝
GM r
(2)由
G
M m =mω2r r2
得：ω＝
GM
r3
(3)由 G
M
m
=m( ２π
2
)r
r2
T
得：Ｔ＝
总结：
4π2r3
GM
卫星运动情况(V 、ω 、T )是由 r 惟 一决定，与m无关
记忆：“越近越快，越远越慢，与m无关”
结论：
b 离地球最近，轨道半径r最小，所以： 线速度V最大，角速度W最大，加速度a 最大,,,,而转一圈的时间（周期）T最小，
复习回顾
万有引力定律在天文学中的应用，一般有两条思路：
(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
m
2r
m(
2
T
)2
r
6.5 宇宙航行
中 国 人 的 飞 天 梦
外国人的“飞天”梦
1.在地球上，卫星的最小发射速度 2.地球的第一宇宙速度
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
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r v ω T a “全部固定”
§6.5 宇宙航行
圆轨道在赤道平面，即 在赤道的正上方；周 期与地球自转周期相 同，为24小时；绕行 方向为自西向东。
大家能否计 算出同步卫星 的高度，线速 度呢？
§6.5 宇宙航行
2、地球同步卫星的运行特征
可概括为四个一定 ①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内； ②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24 h） ③定高度，即离地面高度一定（h=36000 km） ④定速度，即运行速度一定（v≈3.1km/s）
第六章 万有引力与航天
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
嫦 娥 奔 月
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
敦煌飞天的美丽壁画
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
1957年10月4日，前苏联发射了 世界上第一颗人造地球卫星 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
GM v r
T1:T2 = 1 : 8
r T 2 GM
3
§6.5 宇宙航行
近地面的卫星的速度是多少呢？
11 2 2
已知：G 6.67 10 N m / kg 24 6 M 5.89 10 kg R 6.37 10 m
v1
GM R
6.6710115.891024 6.37106
§6.5 宇宙航行
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
§6.5 宇宙航行
2003年10 月15日神 舟五号 杨利伟
§6.5 宇宙航行
2005年10 月12日神 舟六号费 俊龙聂海 胜
§6.5 宇宙航行
2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功
§6.5 宇宙航行
2
得:v
2
GM 地 r GM 地 r3
r GM 地
3
(2) 由 G
(3) 由 G
m r 得:
2
M地 m
4 m 2 r 得:T 2 T
§6.5 宇宙航行
三、人造地球卫星的运动规律
v1>v2=v3>v4
T1<T2=T3<T4
1
3 2
ω1>ω2=ω3>ω4
4
§6.5 宇宙航行
3、同步卫星的应用：主要用于通信
3颗同步卫星可实现全球覆盖
所 以 也 叫 通 信 卫 星
§6.5 宇宙航行
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
4、近地卫星
近地卫星是指卫星的轨道半径近 似等于地球半径，其周期约为84分 钟。其向心力由万有引力提供。
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开
发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度 ②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的最大速度
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做
匀速圆周运动的速度。
GM v1 r
r↗ v↘
§6.5 宇宙航行
四、地球同步卫星
1、定义
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止 的和地球具有相同周期的卫星，同步卫 星必须位于赤道平面内，且到地面的高 度一定。
§6.5 宇宙航行
卫 星 的 回 收
1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然 §6.5 宇宙航行 后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨 道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2 、3上正常运行时，以下说法正确的是（ ） A、在轨道3上的速率大 BD 于1上的速率 3 2 B、在轨道3上的角速度 1 小于1上的角速度 · P C、在轨道2上经过Q点时 Q 的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率 D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上 经过P点时的加速度
§6.5 宇宙航行
1、发射和回收阶段
发射
回收
加速上升
减速下降
超重
超重
2、沿圆轨道正常运行
只受重力
a=g
完全失重
与重力有关的现象全部消失
2015年2月10日星期二
天平 弹簧秤测重力
液体压强计
极地轨道
人 造 卫 星 的 轨 道
倾斜 轨道
赤道轨道 同步 轨道 自转轴
§6.5 宇宙航行
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其
§6.5 宇宙航行
练习：求近地卫星的周期
r T 2 GM 地
3
(6.37 10 ) 2 3.14 s 11 24 6.67 10 5.98 10
6 3
5.06 10 s 84.3min
3
我们能否发射一颗周 期为80min的卫星？
2015年2月10日星期二
四、人造卫星的超重和失重
v
§6.5 宇宙航行
L
F引
v2
m v2 Mm G 2 L L
2
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
使 卫 星 进 入 更 高 轨 道 做 圆 周 运 动
v3 v2
m v3 Mm 使卫星加速到 v3，使 G 2 L L
2
§6.5 宇宙航行
非 远 地 点 变 轨
v’ v
§6.5 宇宙航行
向 高 轨 卫 星 的 发 射
梦想成真（航空领域重大成就）
§6.5 宇宙航行
1、回顾航天史
14世纪
世界上第 一个想利 用火箭飞 行的人
§6.5 宇宙航行
1957年10月，苏联发射 第一颗人造地球卫星。 1961年4月12日苏联空军 少校加加林乘坐东方一 号载人飞船进入太空， 实现了人类进入太空的 梦想。
1969年7月20日，阿波罗 11号将人类送上了月球。
2008年9月 25日神舟 七号翟志 刚刘伯明 景海鹏
§6.5 宇宙航行
3、展望未来 美国“凤凰”号火星探测器 2007年8月4日发射， 2008年5月25日在火星着陆。 “卡西尼”号土星探测器 1997年10月15日发射升空， 2004年1日飞抵土星。 “先驱者”10号太空探测器 1972年3月2日发射升空， 1986年6月飞出太阳系
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
一、人造卫星的发射原理
2015年2月10日星期二
牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面
§6.5 宇宙航行
一、人造地球卫星
地球质量为M，卫星轨道半径为r ，卫 星质 量为m ，引力常量Ｇ，写出下列物理量的表 达式
(1) 由 G
M地 m r2
v m r
在高轨道上运行，应采取什么措施？
P
·
Q
在低轨道上加速，使 其沿椭圆轨道运行， 当行至椭圆轨道的远 点处时再次加速，即 可使其沿 高轨道运行。………..
§6.5 宇宙航行
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
mv Mm 1 使卫星加速到 v1 , 使 G 2 R R
2
1
F引
2
m v2 Mm G 2 R R
§6.5 宇宙航行
光子火箭
超光速飞船“千年隼”号 《星球大战》
m / s 7.9km / s
这就是人造地球卫星在地面附近 绕地球做匀速圆周运动所必须具 有的最低发射速度，叫做第一宇 宙速度。
2015年2月10日星期二
二、宇宙速度
§6.5 宇宙航行
1、第一宇宙速度： (环绕速度） 人造卫星
GM v1 7.9km / s R
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
法二：v1 gR 7.9km / s
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
v2 11.2km / s
地球
V1=7.9km/s
→人造行星
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v3 16.7km / s →人造恒星
2015年2月10日星期二
概念辨析 发射速度和运行速度
练习：对于绕地球运动的人造卫星： §6.5 宇宙航行
小 （1）离地面越高，线速度越——
（2）离地面越高，周期越—— 长 （3）离地面越高，角速度越—— 小 （4）离地面越高，向心加速度越小 —
小 （5）离地面越高，向心力越——
§6.5 宇宙航行
课堂训练
两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上 运行，它们的质量不相等，轨道半径之 比r1:r2=1:4,则它们的 (1)线速度大小之比 v1:v2= 2 : 1 (2)周期之比
§6.5 宇宙航行
圆轨道在赤道平面，即 在赤道的正上方；周 期与地球自转周期相 同，为24小时；绕行 方向为自西向东。
大家能否计 算出同步卫星 的高度，线速 度呢？
§6.5 宇宙航行
2、地球同步卫星的运行特征
可概括为四个一定 ①定轨道平面,其运行轨道平面在赤道平面内； ②定周期,即运行周期等于地球自转周期（24 h） ③定高度，即离地面高度一定（h=36000 km） ④定速度，即运行速度一定（v≈3.1km/s）
第六章 万有引力与航天
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
嫦 娥 奔 月
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
敦煌飞天的美丽壁画
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
1957年10月4日，前苏联发射了 世界上第一颗人造地球卫星 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
GM v r
T1:T2 = 1 : 8
r T 2 GM
3
§6.5 宇宙航行
近地面的卫星的速度是多少呢？
11 2 2
已知：G 6.67 10 N m / kg 24 6 M 5.89 10 kg R 6.37 10 m
v1
GM R
6.6710115.891024 6.37106
§6.5 宇宙航行
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
§6.5 宇宙航行
2003年10 月15日神 舟五号 杨利伟
§6.5 宇宙航行
2005年10 月12日神 舟六号费 俊龙聂海 胜
§6.5 宇宙航行
2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功
§6.5 宇宙航行
2
得:v
2
GM 地 r GM 地 r3
r GM 地
3
(2) 由 G
(3) 由 G
m r 得:
2
M地 m
4 m 2 r 得:T 2 T
§6.5 宇宙航行
三、人造地球卫星的运动规律
v1>v2=v3>v4
T1<T2=T3<T4
1
3 2
ω1>ω2=ω3>ω4
4
§6.5 宇宙航行
3、同步卫星的应用：主要用于通信
3颗同步卫星可实现全球覆盖
所 以 也 叫 通 信 卫 星
§6.5 宇宙航行
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
2015年2月10日星期二
§6.5 宇宙航行
4、近地卫星
近地卫星是指卫星的轨道半径近 似等于地球半径，其周期约为84分 钟。其向心力由万有引力提供。
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开
发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度 ②第一宇宙速度是在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的最大速度
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做
匀速圆周运动的速度。
GM v1 r
r↗ v↘
§6.5 宇宙航行
四、地球同步卫星
1、定义
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止 的和地球具有相同周期的卫星，同步卫 星必须位于赤道平面内，且到地面的高 度一定。
§6.5 宇宙航行
卫 星 的 回 收
1、如图所示，发射同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然 §6.5 宇宙航行 后经点火使其沿椭圆轨道2运行；最后再次点火将其送入同步圆轨 道3。轨道1、2相切于P点，2、3相切于Q点。当卫星分别在1、2 、3上正常运行时，以下说法正确的是（ ） A、在轨道3上的速率大 BD 于1上的速率 3 2 B、在轨道3上的角速度 1 小于1上的角速度 · P C、在轨道2上经过Q点时 Q 的速率等于在轨道3上经过Q点时的速率 D、在轨道1上经过P点时的加速度等于在轨道2上 经过P点时的加速度
§6.5 宇宙航行
1、发射和回收阶段
发射
回收
加速上升
减速下降
超重
超重
2、沿圆轨道正常运行
只受重力
a=g
完全失重
与重力有关的现象全部消失
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天平 弹簧秤测重力
液体压强计
极地轨道
人 造 卫 星 的 轨 道
倾斜 轨道
赤道轨道 同步 轨道 自转轴
§6.5 宇宙航行
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让其
§6.5 宇宙航行
练习：求近地卫星的周期
r T 2 GM 地
3
(6.37 10 ) 2 3.14 s 11 24 6.67 10 5.98 10
6 3
5.06 10 s 84.3min
3
我们能否发射一颗周 期为80min的卫星？
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四、人造卫星的超重和失重
v
§6.5 宇宙航行
L
F引
v2
m v2 Mm G 2 L L
2
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
使 卫 星 进 入 更 高 轨 道 做 圆 周 运 动
v3 v2
m v3 Mm 使卫星加速到 v3，使 G 2 L L
2
§6.5 宇宙航行
非 远 地 点 变 轨
v’ v
§6.5 宇宙航行
向 高 轨 卫 星 的 发 射
梦想成真（航空领域重大成就）
§6.5 宇宙航行
1、回顾航天史
14世纪
世界上第 一个想利 用火箭飞 行的人
§6.5 宇宙航行
1957年10月，苏联发射 第一颗人造地球卫星。 1961年4月12日苏联空军 少校加加林乘坐东方一 号载人飞船进入太空， 实现了人类进入太空的 梦想。
1969年7月20日，阿波罗 11号将人类送上了月球。
2008年9月 25日神舟 七号翟志 刚刘伯明 景海鹏
§6.5 宇宙航行
3、展望未来 美国“凤凰”号火星探测器 2007年8月4日发射， 2008年5月25日在火星着陆。 “卡西尼”号土星探测器 1997年10月15日发射升空， 2004年1日飞抵土星。 “先驱者”10号太空探测器 1972年3月2日发射升空， 1986年6月飞出太阳系
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§6.5 宇宙航行
一、人造卫星的发射原理
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牛顿设想：抛出速度很大时，物体就不会落回地面
§6.5 宇宙航行
一、人造地球卫星
地球质量为M，卫星轨道半径为r ，卫 星质 量为m ，引力常量Ｇ，写出下列物理量的表 达式
(1) 由 G
M地 m r2
v m r
在高轨道上运行，应采取什么措施？
P
·
Q
在低轨道上加速，使 其沿椭圆轨道运行， 当行至椭圆轨道的远 点处时再次加速，即 可使其沿 高轨道运行。………..
§6.5 宇宙航行
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§6.5 宇宙航行
mv Mm 1 使卫星加速到 v1 , 使 G 2 R R
2
1
F引
2
m v2 Mm G 2 R R
§6.5 宇宙航行
光子火箭
超光速飞船“千年隼”号 《星球大战》
m / s 7.9km / s
这就是人造地球卫星在地面附近 绕地球做匀速圆周运动所必须具 有的最低发射速度，叫做第一宇 宙速度。
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二、宇宙速度
§6.5 宇宙航行
1、第一宇宙速度： (环绕速度） 人造卫星
GM v1 7.9km / s R
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
法二：v1 gR 7.9km / s
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
v2 11.2km / s
地球
V1=7.9km/s
→人造行星
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v3 16.7km / s →人造恒星
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概念辨析 发射速度和运行速度
练习：对于绕地球运动的人造卫星： §6.5 宇宙航行
小 （1）离地面越高，线速度越——
（2）离地面越高，周期越—— 长 （3）离地面越高，角速度越—— 小 （4）离地面越高，向心加速度越小 —
小 （5）离地面越高，向心力越——
§6.5 宇宙航行
课堂训练
两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上 运行，它们的质量不相等，轨道半径之 比r1:r2=1:4,则它们的 (1)线速度大小之比 v1:v2= 2 : 1 (2)周期之比