高中物理 第6章 万有引力与航天 第5节 宇宙航行课件 新人教版必修2
特别提醒：
(1)第一宇宙速度是最大环绕速度，也是最小发射速度。
(2) 当 在 地 面 上 以 7.9km/s<v<11.2km/s 的 速 度 发 射 卫 星 时，该卫星的轨道是椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上。
(3)三个宇宙速度分别为在三种不同情况下在地面附近的最
小发射速度。
(日照市重点高中 2014～2015 学年高一 下学期联考)已知地球的半径为 6． 4×106m ， 地球自转的角速度为 7．29×105rad/s，地面 的重力加速度为 9．8m/s2，在地球表面发射 卫星的第一宇宙速度为 7．9×103m/s，第三 宇宙速度为 16．7× 103m/s，月球到地球中心 的距离为 3．84×108m，假设地球赤道上有一棵苹果树长到了 接近月球那么高， 则当苹果脱离苹果树后， 将 导学号 00820267 ( )
7.9 ______km/s
11.2 ______km/s ______km/s 16.7
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__________
2．原理
匀速圆周 运 一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做__________
Mm 万有引力 动 ， 向 心 力 由 地 球 对 它 的 __________ 提 供 ， 即 G 2 ＝ r
v2 mr __________，则卫星在轨道上运行的线速度 v＝
GM r 。
宇宙速度 数值 第一宇 宙速度 第二宇 宙速度 第三宇 宙速度 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 使卫星挣脱__________ 引力束缚的 最小地面发射速度 使卫星挣脱__________ 引力束缚的 太阳 __________ 地面发射速度 最小
(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
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。
(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
A．落向地面
B．成为地球的同步“苹果卫星”
C．成为地球的“苹果月亮” D．飞向茫茫宇宙
答案：D
解析：将地球自转角速度ω，苹果到地心的距离r代入v＝ ωr ，解得 v≈28km/s 大于第三宇宙速度 16 ． 7km/s ，所以 D 选项 正确。
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。
重点难点突破
一、宇宙速度 1．第一宇宙速度(环绕速度) v2 Mm 1 (1)大小：由 G 2 ＝m r 得：v1＝ r GM r ＝7．9km/s
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。
(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
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？
知识自主梳理
人造地球卫星 1．牛顿的设想 初速度 如图所示，当物体的______________ 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 。 ______________
第六章 万有引力航天
第六章 第五节 宇宙航行
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Байду номын сангаас梳理
6
易错案例剖析
4
重点难点突破
7
课 时 作 业
学习目标定位
* ** *
知道三个宇宙速度的涵义，会推导第一宇宙速度 能运用万有引力定律及匀速圆周运动的规律解决
卫星运动的有关问题
感知人类探索宇宙的梦想，培养献身科学的人生 价值观
课堂情景切入
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
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。
2．第二宇宙速度(脱离速度) (1)大小：v2＝11.2km/s (2)物理意义：卫星脱离地球引力的束缚，成为绕太阳运动 的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度。 3．第三宇宙速度(逃逸速度) (1)大小：v3＝16.7km/s (2)物理意义：卫星脱离太阳引力的束缚，飞到太阳系以外
的宇宙空间所必需的最小发射速度。
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。
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。
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
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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
高中物理 第6章 第5节宇宙航行课件 新人教版必修2
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
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．
人教版物理必修二课件：6.5《宇宙航行》
如果人造地球卫星进入地面附近的轨 道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s， 它绕地球运动的轨迹是椭圆。
使卫星能够逃离 地球的引力作用 的卫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发射速度 第二宇宙速度： 11.2km/s
当物体的速度大于或等 于11.2km/s时，卫星就 会挣脱地球的引力束缚， 不再绕地球运行，而是 飞向太阳系的其它空间 中去。我们把这个速度 叫第二宇宙速度。
使卫星能够逃离 太阳的引力作用 的卫星发射速度 第三宇宙速度: 16.7km/s
如果物体的速度等 于或大于16.7km/s， 物体就摆脱了太阳 引力的束缚，飞到 太阳系以外的宇宙 空间去
近地卫星、 同步卫星、 月球三者 比较
同 步 卫 星
h=3.6×107m r=4.2×107m v=3km/s T=24h
宙速度。
第一宇宙速度
1、速度公式 v GM v 7.9km/ s
2、说明：
r
(1)公式中每个字母的物理意义
M表示地球质量，r表示地球半径，v 表示第一宇宙速度
(2)第一宇宙速度为在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的线速度
（3）第一宇宙速度为使卫星恰能够围绕 地球做圆周运动的发射速度
高中物理课件
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第六章 万有引力与航天
1、万有引力定律的两种应用:
Mm v2
G
r2
m r
G
Mm r2
mg
2、处理匀速圆周运动问题的关键
向心力的来源
3、地球为什么绕太阳运动？
太阳对地球的万有引力提供了地 球做圆周运动的向心力
设地球质量为M，被抛出去的物体的质 量为m，物体绕地球运行的轨道半径为 r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动 的物体的速度v如何推算？
使卫星能够逃离 地球的引力作用 的卫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发射速度 第二宇宙速度： 11.2km/s
当物体的速度大于或等 于11.2km/s时，卫星就 会挣脱地球的引力束缚， 不再绕地球运行，而是 飞向太阳系的其它空间 中去。我们把这个速度 叫第二宇宙速度。
使卫星能够逃离 太阳的引力作用 的卫星发射速度 第三宇宙速度: 16.7km/s
如果物体的速度等 于或大于16.7km/s， 物体就摆脱了太阳 引力的束缚，飞到 太阳系以外的宇宙 空间去
近地卫星、 同步卫星、 月球三者 比较
同 步 卫 星
h=3.6×107m r=4.2×107m v=3km/s T=24h
宙速度。
第一宇宙速度
1、速度公式 v GM v 7.9km/ s
2、说明：
r
(1)公式中每个字母的物理意义
M表示地球质量，r表示地球半径，v 表示第一宇宙速度
(2)第一宇宙速度为在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的线速度
（3）第一宇宙速度为使卫星恰能够围绕 地球做圆周运动的发射速度
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第六章 万有引力与航天
1、万有引力定律的两种应用:
Mm v2
G
r2
m r
G
Mm r2
mg
2、处理匀速圆周运动问题的关键
向心力的来源
3、地球为什么绕太阳运动？
太阳对地球的万有引力提供了地 球做圆周运动的向心力
设地球质量为M，被抛出去的物体的质 量为m，物体绕地球运行的轨道半径为 r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动 的物体的速度v如何推算？
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
高一物理必修二课件：6.5宇宙航行
m
v2 r
，得v=
GM，即v∝
r
1，则r减小时，v增大.
r
由
G
Mm r2
mr(
2 T
)2，
得T=
4 2r3，则r减小时，T减小。故选C GM
练习
1.关于第一宇宙速度，下列的说法中正确的B是C(
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
一
宇 方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
宙
速 度
GMm R2
m
v2 R
,
v
GM R
方法二：地表附近，重力近似等于万有引力
GMm
mg
m
vgR22
v
GM,
,
7.9km/ s
R2
R
g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得：v 7.9km / s
探 究 1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s． 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
宇航员出舱
地球是人类的摇篮，但是人类不会永远生活在
摇篮里。
——齐奥尔科夫斯基
练习
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、bb 质量相
BD
同，且小于c的质量，则（
）
a
A . b所需向心力最大
B . b、c周期相等，且大于a周期
地球
c
C . b、c向心加速度相等，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
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( )
人教版高中物理必修二 (宇宙航行)万有引力与宇宙航行教育课件
A．0.4 km/s B．1.8 km/s C．11 km/s D．36 km/s
如图4所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速 圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法中正确的是( C )
A．根据v＝ gr 可知，运行速度满足vA＞vB＞vC
B．运转角速度满足ωA＞ωB＞ωC C．向心加速度满足aA＜aB＜aC D．运动一周后，A最先回到图示位置
以这个速度发射，物体刚好能摆脱太 阳引力的束缚而飞到太阳系以外。
近地卫星
人造卫星在地球表面做圆周运动的周期最小是多少？
Mm 4π2 G R2 m T 2 R
mg
G
Mm R2
T 2π R g
或： T 2πR =84.6min v
思考：人造卫星的周期能否为24小时？
=84.6min
人造卫星的周期能否为24小时？
同步卫星
地球同步卫星：相对于地心静止的人造卫星，它在 轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它 的周期：T＝24h
同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上 ， 即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离 地面高度为定值。
对同步卫星：其r、 v、ω、T 、a均为定值
同步卫星的高度 由万有引力提供向心力
宇宙速度 卫星需要多大速度才能绕地球做匀速圆周运动？
卫星绕地球近似可以看做匀速圆周运动 卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。
G
Mm r2
v2 m
r
v
GM r
已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.0×1024kg，卫星在 地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？
卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度——第 一宇宙速度
如图4所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A、B、C绕地球做匀速 圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法中正确的是( C )
A．根据v＝ gr 可知，运行速度满足vA＞vB＞vC
B．运转角速度满足ωA＞ωB＞ωC C．向心加速度满足aA＜aB＜aC D．运动一周后，A最先回到图示位置
以这个速度发射，物体刚好能摆脱太 阳引力的束缚而飞到太阳系以外。
近地卫星
人造卫星在地球表面做圆周运动的周期最小是多少？
Mm 4π2 G R2 m T 2 R
mg
G
Mm R2
T 2π R g
或： T 2πR =84.6min v
思考：人造卫星的周期能否为24小时？
=84.6min
人造卫星的周期能否为24小时？
同步卫星
地球同步卫星：相对于地心静止的人造卫星，它在 轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它 的周期：T＝24h
同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上 ， 即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离 地面高度为定值。
对同步卫星：其r、 v、ω、T 、a均为定值
同步卫星的高度 由万有引力提供向心力
宇宙速度 卫星需要多大速度才能绕地球做匀速圆周运动？
卫星绕地球近似可以看做匀速圆周运动 卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。
G
Mm r2
v2 m
r
v
GM r
已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.0×1024kg，卫星在 地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？
卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度——第 一宇宙速度