2020版高中物理第六章万有引力与航天5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第六章第五节 宇宙航行 课件(共34张PPT)
但还在地球的引力范围之内。
v3=16.7km/s v2=11.2km/s
地球 v1=7.9km/s
3、第三宇宙速度：v=16.7km/s， 物体会挣脱太阳引力束缚，飞
11.2km/s>v>7.9km/s
到太阳系外。
逃逸速度
描述卫星运动的量？
线速度、角速度、周期与半径的关系？
(1)由
G
Mm r2
m v2 r
得:ｖ＝
GM r
(2)由ＧMm/r2＝ｍω２ｒ 得：ω＝
GM r3
mR
R3
(3)由GMm/r2＝４π２ T2 得：Ｔ＝２π GM
可见：V 、W 、T 与 r 为 一 一对应关系
三、同步卫星 (通信卫星)
1、同步卫星：相对于地面静止的人造卫星，它
在轨道上跟着地球自西向东同步地做匀速圆周运
动，轨道平面与赤道平面重合，T＝24h.
请大家阅读P44--P45的内容。
三、梦想成真
第一颗人造卫星
1957年10月4日
苏联
第一艘载人飞船
1961年4月12日 苏联 加加林 东方一号载人飞船
第一次登上月球
1969年7月16日9时32分，美国 阿波罗11号升空， 19 日进入 月球轨道， 20日下午4时17分着陆，10时56分阿姆斯特朗踏上月面
讨论2 轨道越高，卫星的环绕速度越小，是否 发射也越容易呢？
要使稳定后运动轨道半径越大，卫星的发射速度
要求第越一大 宇宙速度为最小的发射速度
2、第二宇宙速度：v=11.2km/，
物体会克服地球的引力，永远
离开地球。
脱离速度
说明：若速度大于7.9km/s
而小于11.2km/s，物体绕地球
人教版高一物理必修二第六章万有引力与航天 6.5 宇宙航行公开课教学课件共33张PPT含两个视频
2003年2月1日，美国哥伦比亚 号返航时解体，七名航天员全 部遇难。
梦 想 成
真 中国航天大事记
？ 同学们说说有哪些
梦
想中国航天—回顾过去
成 真
1970年4月24日，第一颗人造地球卫星“东方红”1号 发射中国成为世界上第五个发射卫星的国家。
1999年11月20日，第一艘无人飞船“神舟”一号起飞 。
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。2021/8/252021/8/252021/8/252021/8/258/25/2021 •14、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。2021年8月25日星期三2021/8/252021/8/252021/8/25 •15、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。2021年8月2021/8/252021/8/252021/8/258/25/2021 •16、教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。2021/8/252021/8/25August 25, 2021 •17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。2021/8/252021/8/252021/8/252021/8/25
有的国家不允许中国进入国际空间站，中 国就建造自己的空间站。
作为一个发展中国家，我们超越了大部分 发达国家，这充分证明了中华民族的伟大。证明 了中国综合国力的明显提高！
课堂小结
• ⒈宇宙速度 第一宇宙速度：v＝7.9km／s 是卫星发射 的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度
第二宇宙速度：v＝11.2km／s，是卫星挣 脱地球束缚的最小发射速度
新人教版物理必修二：第6章《万有引力与航天》章末整合课件(共20张PPT)
mg0＝GRM20m，GM＝g0R02.因此 F 万＝（Rm0R＋20gh0）2，B 项对；选 项 C 的特点是有 g0、ω0 两个量，两式 G 重＝mg，F 向＝mrω2 中的量统一到了一个表达式中，没有距离 h、R0 量，因此结 果中设法消去(R0＋h)一项． m(R0＋h)ω20＝（Rm0R＋20gh0）2，
高中物理·必修2·人教版
第6章万有引力与航天 章末整合
万
大
有
引
力
与
航
天
万 有 引 力 与 航 天
一、处理天体问题的基本思路及规律
1．天体问题的两步求解法 (1)建立一个模型：天体绕中心天体做匀速圆周运动，万有 引力提供向心力，即：F万＝F向． (2)写出两组式子：①GMr2 m＝mvr2＝mω2r＝m2Tπ2r＝ma； ②代换关系：天体表面GRM2m＝mg，空间轨道上GMr2 m＝ma.
受的万有引力小于所需要的向心力，即 GMRm21 ＜mRv221，而在圆 轨道时万有引力等于向心力，即 GMRm12 ＝mRv211，所以 v2＞v1； 同理，由于卫星在转移轨道上 Q 点做近心运动，可知 v3＜v4；
又由人造卫星的线速度 v＝
GM可知 r
v1＞v4，由以上所述可
知选项 D 正确；由于轨道半径 R1＜R2＜R3，因开普勒第三定
图1
A．“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”大
B．“嫦娥二号”环月运行的线速度比“嫦娥一号”小
C．“嫦娥二号”环月运行的向心加速度比“嫦娥一号”大
D．“嫦娥二号”环月运行的向心力与“嫦娥一号”相等
答案 C
解析 根据万有引力提供向心力 GMr2m＝mvr2＝m4Tπ2 2r＝ma 可 得，v＝ GrM，T＝ 4GπM2r3，a＝GrM2 ，又嫦娥一号的轨道半 径大于嫦娥二号的，所以“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦
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第6章万有引力与航天 章末整合
万
大
有
引
力
与
航
天
万 有 引 力 与 航 天
一、处理天体问题的基本思路及规律
1．天体问题的两步求解法 (1)建立一个模型：天体绕中心天体做匀速圆周运动，万有 引力提供向心力，即：F万＝F向． (2)写出两组式子：①GMr2 m＝mvr2＝mω2r＝m2Tπ2r＝ma； ②代换关系：天体表面GRM2m＝mg，空间轨道上GMr2 m＝ma.
受的万有引力小于所需要的向心力，即 GMRm21 ＜mRv221，而在圆 轨道时万有引力等于向心力，即 GMRm12 ＝mRv211，所以 v2＞v1； 同理，由于卫星在转移轨道上 Q 点做近心运动，可知 v3＜v4；
又由人造卫星的线速度 v＝
GM可知 r
v1＞v4，由以上所述可
知选项 D 正确；由于轨道半径 R1＜R2＜R3，因开普勒第三定
图1
A．“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦娥一号”大
B．“嫦娥二号”环月运行的线速度比“嫦娥一号”小
C．“嫦娥二号”环月运行的向心加速度比“嫦娥一号”大
D．“嫦娥二号”环月运行的向心力与“嫦娥一号”相等
答案 C
解析 根据万有引力提供向心力 GMr2m＝mvr2＝m4Tπ2 2r＝ma 可 得，v＝ GrM，T＝ 4GπM2r3，a＝GrM2 ，又嫦娥一号的轨道半 径大于嫦娥二号的，所以“嫦娥二号”环月运行的周期比“嫦
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
高中物理-必修2-第六章万有引力与航天 第5节宇宙航行公开课精品课件
任务圆满完成。
高 中 物 理 ppt
高中物理 必修2 第六章 万有引力与航天
第五章 曲线运动 第1节 曲线运动
常考题型
题组一 卫星运行参量的分析与比较
题1 [多选］有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB=1∶4，那么下列判
断中正确的有（ ）
A. 它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8
2019年1月3日，嫦娥四号成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区，
就 月球车“玉兔二号”到达月面开始巡视探测。
2019年7月19日21时06分，天宫二号空间实验室受控离轨并再入大气层，少量残骸落入南太
平洋预定安全海域。天宫二号受控再入大气层，标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部
为原来的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. 2 C. 1 D.2倍
2
2
题7 已知地球两极处的重力加速度为g，赤
道上的物体随地球做匀速圆周运动的向心加
速度为a、周期为T，由此可知地球的第一宇
宙速度为（ C ）
A. aT
2
gT
B. 2
T ag
C. 2
高中物理 必修2 第六章 万有引力与航天
第五章 曲线运动 第1节 曲线运动
2016年9月15日22时04分12秒，天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射。
我 2016年10月19日凌晨，神州十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。航天员景海鹏、陈东 国 进入天宫二号。 的 2017年9月17日15时29分，地面发送指令，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室实施分 航 离。 天 2018年9月15日，天宫二号空间实验室已圆满完成2年在轨飞行和各项试验任务，天宫二号平 成 台及装载的应用载荷功能正常、状态良好。为进一步发挥空间应用效益。
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高中物理 必修2 第六章 万有引力与航天
第五章 曲线运动 第1节 曲线运动
常考题型
题组一 卫星运行参量的分析与比较
题1 [多选］有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB=1∶4，那么下列判
断中正确的有（ ）
A. 它们的运行周期之比TA∶TB=1∶8
2019年1月3日，嫦娥四号成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区，
就 月球车“玉兔二号”到达月面开始巡视探测。
2019年7月19日21时06分，天宫二号空间实验室受控离轨并再入大气层，少量残骸落入南太
平洋预定安全海域。天宫二号受控再入大气层，标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部
为原来的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. 2 C. 1 D.2倍
2
2
题7 已知地球两极处的重力加速度为g，赤
道上的物体随地球做匀速圆周运动的向心加
速度为a、周期为T，由此可知地球的第一宇
宙速度为（ C ）
A. aT
2
gT
B. 2
T ag
C. 2
高中物理 必修2 第六章 万有引力与航天
第五章 曲线运动 第1节 曲线运动
2016年9月15日22时04分12秒，天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射。
我 2016年10月19日凌晨，神州十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。航天员景海鹏、陈东 国 进入天宫二号。 的 2017年9月17日15时29分，地面发送指令，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室实施分 航 离。 天 2018年9月15日，天宫二号空间实验室已圆满完成2年在轨飞行和各项试验任务，天宫二号平 成 台及装载的应用载荷功能正常、状态良好。为进一步发挥空间应用效益。
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．
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
新人教版必修2高中物理课件：第六章 万有引力与航天 6.5宇宙航行 (共46张PPT)
☆思考：宇航员在太空中漫步而不落回地面，是否是由于宇 航员不再受到地球的引力作用？
提示：不是．宇航员离开飞船在太空中，依然绕地球运动， 受到地球的引力提供向心力．
判一判
(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
够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕
地球转动的人造地球卫星．
(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＝mvr2，则
卫星在轨道上运行的线速度 v＝
GM r.
2．宇宙速度 第一宇宙速度 第二宇宙速度 第三宇宙速度
A．四颗卫星的轨道平面必过地心 B．近地卫星的周期可以大于 24 小时 C．同步卫星可以和月亮一样高 D．理论上极地卫星可以和同步卫星一样高
解析：由于万有引力充当向心力，所以四颗卫星的轨道平面 必过地心，故 A 正确；同步卫星的周期是 24 小时，近地卫星的 周期小于 24 小时，故 B 错误；月亮的周期是 27 天，同步卫星 周期是 24 小时，轨道高度不同，故 C 错误；理论上极地卫星可 以和同步卫星一样高，故 D 正确．
宇宙速度 v＝ GRM，故 v 与地球质量有关，与被发射物体的质 量无关．
答案：CD
2．字航员在月球上做自由落体实验，将某物体由距月球表
面高 h 处释放，经时间 t 后落到月球表面(设月球半径为 R)．据
上述信息推断，飞船在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动所必
须具有的速率为( )
高中物理第六章万有引力与航天5宇宙航行课件新人教版必修2 (1)
km/s.
√
×( )
(5)要发射一颗月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s.(
)
答案
重点探究
一、三个宇宙速度
[导学探究] 1.不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？ 答案 不同.由GRM2m＝mvR2得，第一宇宙速度 v＝ GRM，可以看出， 第一宇宙速度的值取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关. 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？ 答案 越大.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.
第一宇宙速度 第二宇宙速度 第三宇宙速度
数值
意义
卫星在地球表面附近 绕地球做_匀__速__圆__周_ 7.9 km/s
运动 的速度
使卫星挣脱 地球引力束缚永远离开地球 11.2 km/s
的最小地面发射速度
使卫星挣脱 太阳 引力束缚飞到太阳系外 16.7 km/s 的 最小 地面发射速度
二、梦想成真 1.1957年10月4日 苏联 成功发射了第一颗人造地球卫星. 2.1961年4月12日，苏联空军少校 加加林进入“东方一号”载人飞船， 铸就了人类进入太空的丰碑. 3.1969年7月，美国“阿波罗11号”飞船登上 月球 . 4.2003年10月15日，我国“神舟五号”宇宙飞船发射成功，把中国第 一位航天员 杨利伟 送入太空.
例2 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速பைடு நூலகம்
率v落回手中.已知该星球的半径为R，求该星球的第一宇宙速度.(物体
只受星球的引力)
答案
2vR t
解析 根据匀变速直线运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为 g
＝2tv，该星球的第一宇宙速度即为卫星在其表面附近绕其做匀速圆周运
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
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ห้องสมุดไป่ตู้
数值
意义
第一宇宙 速度
7.9 km/s
卫星在地球表面附近绕地球做 匀速圆周运动 的速度
第二宇宙 速度
11.2 km/s
使卫星挣脱 地球引力束缚的最小地面发 射速度
第三宇宙
使卫星挣脱太阳引力束缚的 最小地面发
速度 16.7 km/s 射速度
理解：
牛顿的设想
平抛物体水平初速度逐渐增大，物体的落地点将越来越远， 若抛出物体的水平初速度足够大，它将绕地球运动并成为地球的 一颗卫星．
(1)牛顿的设想：在高山上水平抛出一个物体，当初速度足
够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕
地球转动的人造地球卫星．
(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＝
mv2 r
，则
卫星在轨道上运行的线速度 v＝
GM r.
2．宇宙速度
根据万有引力定律和牛顿第二定律得 GMRm2 ＝mvR2，解得 v＝
GRM.因为该行
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，则v′ v
GM′
＝
R′ ＝ GM
MM′R′R＝2，故 v′＝2v＝2×8 km/s＝16 km/s，故 A 正确．
R
【答案】 A
变式训练 1 [2019·贵州贵阳检测] 如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，
【解析】 设地球质量为 M，半径为 R，则由GRM2m＝mvR2得
第一宇宙速度 v＝ GRM，故 v 与地球质量有关，与被发射物体 的质量无关．
【答案】 CD
第一宇宙速度的三种求解方法
①若已知中心天体质量 M，则可通过 v＝ GRM求解． ②若已知中心天体表面的重力加速度 g，则可由公式 v＝ g R求解． ③若已知该星球表面卫星的转动周期 T，则可由 v＝2πTR求 解．
等于重力，即 mg＝mRv地2 ，故 v＝ gR地.
航天器常识 航天器种类繁多，分无人航天器(人造地球卫星、空间探测 器)和载人航天器(载人飞船、空间站、航天飞机等)两类．如下所 示．
1．三个宇宙速度 (1)第一宇宙速度为 7.9 km/s，是最小发射速度，最大环绕速 度，称为环绕速度． (2)第二宇宙速度为 11.2 km/s，称为脱离速度． (3)第三宇宙速度为 16.7 km/s，称为逃逸速度．
5．宇宙航行
知识导图
核心素养 物理观念：宇宙速度、近地卫星和同步卫星． 科学思维：由万有引力提供向心力得出卫星环绕规律． 科学探究：探究人造卫星运行规律． 科学态度与责任：万有引力定律在卫星环绕问题中的应用．
知识点一 宇宙速度
阅读教材第 44 页“宇宙速度”部分，回答下列问题．
1．人造地球卫星的发射原理
(2)物体绕地球表面做匀速圆周运动．
(3)方法一 若已知地球的质量为 M，地球半径为 R 地，引力
常量为 G 时，物体在地球表面绕地球做匀速圆周运动时，万有
引力提供向心力，即 GMRm2地 ＝mRv地2 ，故 v＝
GM R地 .
方法二 若已知地球表面附近物体的重力加速度 g 和地球
半径 R 地时，那么物体绕地球做匀速圆周运动需要的向心力也就
【活学活用】
(1)第一宇宙速度与地球的质量有关．( √ ) (2)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度．( × ) (3)地球同步卫星可以定点于北京正上方．( × ) (4)若物体的发射速度大于第二宇宙速度，且小于第三宇宙 速度，则物体可以绕太阳运行．( √ ) (5)第一宇宙速度是人造地球卫星在圆周轨道上的最大运行 速度．( √ ) (6)卫星运行的轨道半径变大，其周期变小．( × ) (7) 同 步 卫 星 只 能 在 距 离 地 面 一 定 高 度 的 赤 道 上 空 运 行．( √ )
三个宇宙速度
知识点二 梦想成真
阅读教材第 44～45 页“梦想成真”部分，回答下列问题． (1)1957 年 10 月 4 日 前苏联成功发射了第一颗人造地球卫 星． (2)1961 年 4 月 12 日，苏联空军少校加加林进入“东方一 号”载人飞船，铸就了人类进入太空的丰碑． (3)1969 年 7 月，美国“阿波罗 11 号”飞船登上 月球 ． (4)2003 年 10 月 15 日，我国“神舟五号”宇宙飞船发射成 功，把中国第一位航天员 杨利伟 送入太空．
学习任务一 宇宙速度
探究点 牛顿曾提出过一个著名的思想实验：如图 所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的 速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人 造地球卫星． (1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？ (2)当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？ (3)如何推导第一宇宙速度公式？
提示：(1)平抛运动．
2．决定因素：由第一宇宙速度的计算式 v＝ GRM可以看 出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取 决于中心天体的质量 M 和半径 R，与卫星无关．
3．第一宇宙速度的推广
任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应用 v＝
GM R
或 v＝ gR表示，式中 G 为引力常量，M 为中心星球的质量，g
【例 2】 若取地球的第一宇宙速度为 8 km/s，某行星的质
量是地球质量的 6 倍，半径是地球半径的 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】 第一宇宙速度是行星表面卫星的环绕速度，对于卫星，其轨
道半径近似等于星球半径，所受万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，
把物体从高山上以不同大小的速度 v 水平抛出，速度一 次比一次大，落地点也就一次比一次远．如果速度足够
大，物体就不再落回地面，它将绕地球做圆周运动，成
为人造地球卫星，则下列说法正确的是( ) A．落到 A 点的物体做的是平抛运动 B．以 v<7.9 km/s 的速度抛出的物体将沿 B 轨道运动 C．以 7.9 km/s<v<11.2 km/s 的速度抛出的物体将沿 C 轨道运动 D．以 11.2 km/s<v<16.7 km/s 的速度抛出的物体将沿 C 轨道运动
为中心星球表面的重力加速度，R 为中心星球的半径．
点透： 宇宙速度均指发射速度，卫星的环绕速度一定小于其发射速 度．
【例 1】 (多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近绕地 球做匀速圆周运动的速度，则有( )
A．被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大 B．被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大 C．第一宇宙速度与被发射物体的质量无关 D．第一宇宙速度与地球的质量有关
数值
意义
第一宇宙 速度
7.9 km/s
卫星在地球表面附近绕地球做 匀速圆周运动 的速度
第二宇宙 速度
11.2 km/s
使卫星挣脱 地球引力束缚的最小地面发 射速度
第三宇宙
使卫星挣脱太阳引力束缚的 最小地面发
速度 16.7 km/s 射速度
理解：
牛顿的设想
平抛物体水平初速度逐渐增大，物体的落地点将越来越远， 若抛出物体的水平初速度足够大，它将绕地球运动并成为地球的 一颗卫星．
(1)牛顿的设想：在高山上水平抛出一个物体，当初速度足
够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕
地球转动的人造地球卫星．
(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＝
mv2 r
，则
卫星在轨道上运行的线速度 v＝
GM r.
2．宇宙速度
根据万有引力定律和牛顿第二定律得 GMRm2 ＝mvR2，解得 v＝
GRM.因为该行
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，则v′ v
GM′
＝
R′ ＝ GM
MM′R′R＝2，故 v′＝2v＝2×8 km/s＝16 km/s，故 A 正确．
R
【答案】 A
变式训练 1 [2019·贵州贵阳检测] 如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，
【解析】 设地球质量为 M，半径为 R，则由GRM2m＝mvR2得
第一宇宙速度 v＝ GRM，故 v 与地球质量有关，与被发射物体 的质量无关．
【答案】 CD
第一宇宙速度的三种求解方法
①若已知中心天体质量 M，则可通过 v＝ GRM求解． ②若已知中心天体表面的重力加速度 g，则可由公式 v＝ g R求解． ③若已知该星球表面卫星的转动周期 T，则可由 v＝2πTR求 解．
等于重力，即 mg＝mRv地2 ，故 v＝ gR地.
航天器常识 航天器种类繁多，分无人航天器(人造地球卫星、空间探测 器)和载人航天器(载人飞船、空间站、航天飞机等)两类．如下所 示．
1．三个宇宙速度 (1)第一宇宙速度为 7.9 km/s，是最小发射速度，最大环绕速 度，称为环绕速度． (2)第二宇宙速度为 11.2 km/s，称为脱离速度． (3)第三宇宙速度为 16.7 km/s，称为逃逸速度．
5．宇宙航行
知识导图
核心素养 物理观念：宇宙速度、近地卫星和同步卫星． 科学思维：由万有引力提供向心力得出卫星环绕规律． 科学探究：探究人造卫星运行规律． 科学态度与责任：万有引力定律在卫星环绕问题中的应用．
知识点一 宇宙速度
阅读教材第 44 页“宇宙速度”部分，回答下列问题．
1．人造地球卫星的发射原理
(2)物体绕地球表面做匀速圆周运动．
(3)方法一 若已知地球的质量为 M，地球半径为 R 地，引力
常量为 G 时，物体在地球表面绕地球做匀速圆周运动时，万有
引力提供向心力，即 GMRm2地 ＝mRv地2 ，故 v＝
GM R地 .
方法二 若已知地球表面附近物体的重力加速度 g 和地球
半径 R 地时，那么物体绕地球做匀速圆周运动需要的向心力也就
【活学活用】
(1)第一宇宙速度与地球的质量有关．( √ ) (2)地球同步卫星的运行速度大于第一宇宙速度．( × ) (3)地球同步卫星可以定点于北京正上方．( × ) (4)若物体的发射速度大于第二宇宙速度，且小于第三宇宙 速度，则物体可以绕太阳运行．( √ ) (5)第一宇宙速度是人造地球卫星在圆周轨道上的最大运行 速度．( √ ) (6)卫星运行的轨道半径变大，其周期变小．( × ) (7) 同 步 卫 星 只 能 在 距 离 地 面 一 定 高 度 的 赤 道 上 空 运 行．( √ )
三个宇宙速度
知识点二 梦想成真
阅读教材第 44～45 页“梦想成真”部分，回答下列问题． (1)1957 年 10 月 4 日 前苏联成功发射了第一颗人造地球卫 星． (2)1961 年 4 月 12 日，苏联空军少校加加林进入“东方一 号”载人飞船，铸就了人类进入太空的丰碑． (3)1969 年 7 月，美国“阿波罗 11 号”飞船登上 月球 ． (4)2003 年 10 月 15 日，我国“神舟五号”宇宙飞船发射成 功，把中国第一位航天员 杨利伟 送入太空．
学习任务一 宇宙速度
探究点 牛顿曾提出过一个著名的思想实验：如图 所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的 速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人 造地球卫星． (1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？ (2)当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？ (3)如何推导第一宇宙速度公式？
提示：(1)平抛运动．
2．决定因素：由第一宇宙速度的计算式 v＝ GRM可以看 出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取 决于中心天体的质量 M 和半径 R，与卫星无关．
3．第一宇宙速度的推广
任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应用 v＝
GM R
或 v＝ gR表示，式中 G 为引力常量，M 为中心星球的质量，g
【例 2】 若取地球的第一宇宙速度为 8 km/s，某行星的质
量是地球质量的 6 倍，半径是地球半径的 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】 第一宇宙速度是行星表面卫星的环绕速度，对于卫星，其轨
道半径近似等于星球半径，所受万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，
把物体从高山上以不同大小的速度 v 水平抛出，速度一 次比一次大，落地点也就一次比一次远．如果速度足够
大，物体就不再落回地面，它将绕地球做圆周运动，成
为人造地球卫星，则下列说法正确的是( ) A．落到 A 点的物体做的是平抛运动 B．以 v<7.9 km/s 的速度抛出的物体将沿 B 轨道运动 C．以 7.9 km/s<v<11.2 km/s 的速度抛出的物体将沿 C 轨道运动 D．以 11.2 km/s<v<16.7 km/s 的速度抛出的物体将沿 C 轨道运动
为中心星球表面的重力加速度，R 为中心星球的半径．
点透： 宇宙速度均指发射速度，卫星的环绕速度一定小于其发射速 度．
【例 1】 (多选)第一宇宙速度是物体在地球表面附近绕地 球做匀速圆周运动的速度，则有( )
A．被发射的物体质量越大，第一宇宙速度越大 B．被发射的物体质量越小，第一宇宙速度越大 C．第一宇宙速度与被发射物体的质量无关 D．第一宇宙速度与地球的质量有关