高中物理必修二宇宙航行ppt课件
4π2r3
的密度为
ρ
＝
M V
＝
GT2 43πr3
＝
3π GT2
＝
3×3.14 6.67×10－11×12
kg/m3 ＝
1.41×1011 kg/m3。
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(2)白矮星的第一宇宙速度，就是物体在万有引力作用下沿 白矮星表面绕它做匀速圆周运动时的速度，即 GMRm2 ＝mvR2。白 矮星的第一宇宙速度为
Rr ，故 C 正确。 答案：AC
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[例1] 人们认为某些白矮星(密度较大的恒星)每秒钟大 约自转一周(引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，地球半径R 约为6.4×103 km)。
(1)为使其表面上的物体能够被吸引住而不致于由于快速 转动而被“甩”掉，它的密度至少为多少？
(2)假设某白矮星的密度约为此值，且其半径等于地球半 径，则它的第一宇宙速度约为多少？
卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明近地
点的速度大于第一宇宙速度，D错误。
答案：BC
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1.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，而这样的轨道
图6－5－2
有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过
两极点上空的极地轨道。当然也应存在着与赤道平面成某
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1．宇航员在某星球表面以初速度v0竖直向上抛出一个物体， 物体上升的最大高度为h。已知该星球的半径为R，且物 体只受该星球引力的作用。 (1)求该星球表面的重力加速度。 (2)如果要在这个星球上发射一颗贴近它表面运行的卫星， 求该卫星做匀速圆周运动的线速度和周期。
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解析：(1)根据运动学规律，物体上抛过程中有 v20＝2gh 所以星 球表面的重力加速度 g＝v20h2。 (2)卫星贴近星球表面运转时其轨道半径近似等于星球的半径， 万有引力提供向心力。根据牛顿第二定律得 GMRm2 ＝mg＝mvR2，v＝ gR＝v0 2Rh。
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对应的速度大小即是第一宇宙速度。
又在星球表面附近重力提供做圆周运动的向心力，即 mg＝F 向， 则 mg＝m4Tπ22R，
所以运动周期 T＝2π v20Rh。
答案：(1)v20h2 (2)v0
R 2π 2Rh
2h
v0
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[例2] 已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g， 某人造地球卫星在距地球表面高度等于地球半径3倍处做匀 速圆周运动，求：
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3．同步卫星离地心的距离为 r，运行速度为 v1，加速度为 a1，
地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 a2，第一宇
宙速度为 v2，地球的半径为 R，则
()
Hale Waihona Puke A.aa12＝RrB.aa12＝Rr
C.vv12＝
R r
D.vv12＝Rr22
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解析：同步卫星和地球赤道上的物体绕地心运动的角速度相 同，由 a＝ω2r∝r，可得aa12＝Rr ，所以 A 正确。又由 GMr2m＝ mvr2，得 v＝ GrM，对于同一中心天体有 v∝ 1r，所以vv12＝
绕地球做圆周运动的最大环绕速度。
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(2)人造卫星的运行周期：由 GMr2m＝mr4Tπ22，得 T＝2π
GrM3 ，说明轨道半径越大，卫星做圆周运动的周期就越大，
即所需时间越长；当 r＝R 时，T＝2π
GRM3 ，这是卫星绕
地球做圆周运动时所需的最短时间，将地球的质量、半径代
入求得最短周期为 84.8 min。
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GMr2m＝mvr2，v＝
GrM。
应用近地条件 r≈R(R 为地球半径)，取 R＝6 400 km，M
＝6×1024 kg，则：
v＝ GRM＝7.9 km/s。 第一宇宙速度的另一种推导：在地面附近，万有引力近
似等于重力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力。(地球 半径 R、地面重力加速度 g 已知)
(1)卫星的线速度； (2)卫星绕地球做匀速圆周运动的周期。 [思路点拨] 人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动所需 的向心力由万有引力提供；物体在地球表面所受的重力等于 万有引力。
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[解析] 设卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为 T，根据
万有引力定律和牛顿第二定律得
GM4Rm2＝m4vR2 ，GM4Rm2＝m(2Tπ)2·4R。
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相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球 同步卫星，又叫通讯卫星。同步卫星有以下几个特点：
(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，即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)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，万有引力必须在轨道平面上， 所以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，不可能定点在我国某地上空。
第
六
章第
5
万节
有 引
宇 宙
力航
与行
航
天
理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练
知识点一 知识点二 知识点三
考向一 考向二 考向三
随堂基础巩固 课时跟踪训练
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1.人造卫星环绕地球做匀速圆周运动， 所需向心力由地球对卫星的万有引力提供。 2．第一宇宙速度为7.9 km/s，其意义为最小 发射速度或最大环绕速度。
质量为 m′的物体在地球表面所受的重力等于万有引力
大小，即 GMRm2′＝m′g。
联立以上三式解得 v＝12 gR，T＝16π Rg。
[答案]
1 (1)2 gR
(2)16π
R g
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[借题发挥] (1)在处理卫星的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。 (2)由于卫星在轨道上运动时，它受到的万有引力全部提 供了向心力，产生了向心加速度，因此卫星及卫星上任何物 体都处于完全失重状态。
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(5)同步卫星高度固定不变。 所有同步卫星的周期 T、轨道半径 r、环绕速度 v、角速度 ω 及向心加速度 a 的大小均相同。 由 GMr2m＝mr·(2Tπ)2 知 r＝ 3 G4MπT2 2，由于 T 一定，故 r 不 变。设 h 为卫星离地面的高度，由 r＝R＋h 得 h＝ 3 G4MπT2 2－R。 又因为 GM＝gR2，代入数据 T＝24 h＝86400 s，g＝9.8 m/s2，R ＝6400 km，得 h≈3.6×104km。 也就是说，同步卫星必须定位于赤道的正上方，离地面的高 度约为 3.6×104km。
由 mg＝mvR2得 v＝ gR＝ 9.8×6 400×103 m/s＝7.9 km/s。
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(2)第二宇宙速度：在地面上发射物体，使之能够脱离 地球的引力作用，成为绕太阳运动的人造行星或绕其他行 星运动的人造卫星所必需的最小发射速度，其大小为v＝ 11.2 km/s。
(3)第三宇宙速度：在地面上发射物体，使之最后能脱 离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的 最小发射速度，其大小为v ＝16.7 km/s。
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[例3] 发射地球同步卫星时，先将 卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火， 使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火， 将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2相 图6－5－4 切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图6－5－4所示。卫星分别 在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是 ( )
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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上的角速度小于在轨道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
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2．A、B为两颗地球卫星，已知它们的运动周期之比为
TA∶TB＝1∶8，则A、B两卫星的轨道半径之比和运动
速率之比分别为
()
A．rA∶rB＝4∶1，vA∶vB＝1∶2 B．rA∶rB＝4∶1，vA∶vB＝2∶1 C．rA∶rB＝1∶4，vA∶vB＝1∶2 D．rA∶rB＝1∶4，vA∶vB＝2∶1
v＝ GRM＝
Gρ·R43πR3＝
43πGρR2
＝ 43×3.14×6.67×10－11×1.41×1011×6.4×1062 m/s ＝4.02×107 m/s。 [答案] (1)1.41×1011 kg/m3 (2)4.02×107 m/s
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[借题发挥] 第一宇宙速度 v＝ GRM＝ gR，也可应用于其他星体， 只不过公式中的 M、R、g 应为相应天体的质量、半径和表 面重力加速度。
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[重点诠释] 对宇宙速度的理解 宇宙速度是满足地球上不同要求的卫星的发射速度，不 能理解成卫星的运行速度。 (1)第一宇宙速度：指人造卫星在地面附近绕地球做匀 速圆周运动所具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度， v＝7.9 km/s。 设地球质量为M，卫星质量为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 ，根据万有引力定律和牛 顿第二定律得：
而不再落回地面，成为一颗绕地球转动
的人造卫星。
(2)运动规律：一般情况下可认为人 造卫星绕地球做 匀速圆周 运动。
图6－5－1
(3)向心力来源：人造地球卫星的向心力由 地球对它 的万有引力 提供。
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2．宇宙速度 (1)第一宇宙速度：v1＝ 7.9 km/s ，又称环绕速度。 (2)第二宇宙速度：v2＝ 11.2 km/s ，又称脱离速度。 (3)第三宇宙速度：v3＝ 16.7 km/s ，也叫逃逸速度。 3．梦想成真 1957年10月， 前苏联 成功发射了第一颗人造卫星； 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。
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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
【最新】人教版物理必修二6.5 宇宙航行 课件 (共58张PPT)
v1
GM R
6.671011 5.891024 6.37106
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。
§6.5 宇宙航行
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
§6.5 宇宙航行
2017年6月6日星期二
§6.5 宇宙航行
2017年6月6日星期二
§6.5 宇宙航行
人造卫星的轨道
立体
赤道平面
平面
所有卫星都在以地心为圆心的轨道上
2017年6月6日星期二
§6.5 宇宙航行
人造卫星的轨道
2017年6月6日星期二
§6.5 宇宙航行
梦想成真（航空领域重大成就）
则：r v ω a “全部固定”
2017年6月6日星期二
§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？
2017年6月6日星期二
§6.5 宇宙航行
2、地球同步卫星的运行特征
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）
v1 V1、V2。则 大小分别为 v2
A.
B
R2 R1
等于(
)
R R
3 1 3 2
B.
C.
人教版物理必修二 6.5宇宙航行 (共107张PPT)
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r， 由于万有引力提供向心力，则
G
Mm r2
=
m v2 r
v = GM r
可见：对正常运行的卫星而言，其轨道半径r越大，运行速度v越小
§6.5 宇宙航行
一、人造卫星的发射原理
设地球质量为M，半径为R。那么，刚好可以离开地球， 绕着地球表面做匀速圆周运动的物体的速度v为多大？
2020年3月12日星期四
§6.5 宇宙航行
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。 也叫脱离速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s， 卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；等于或大 于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕 地球运行。
2、第一宇宙速度如何推导？
3、将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为 什么？
4、发射速度与卫星绕地球旋转的速度是不是同一速度? 发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么?
2020年3月12日星期四
§6.5 宇宙航行
二、宇宙速度
讨论
高轨道上运行的卫星速度小，是 否发射也容易呢？
这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度。
最小的发射速度 ，最大的环绕速度。（半径最小）
§6.5 宇宙航行
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度
计算
人造卫星在地球表面做圆周运动
的周期T.
Mm 4π2 G R2 = m T 2 R
Mm mg = G R2
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？
人教版物理必修二课件6.5 ：宇宙航行 (共23张PPT)
2、所有的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 、均为定值
计算同步卫星高度
由万有引力提供向心力
Mm
4 2
G (R h)2 m T 2 (R h)
h3
GMT 2
4 2
R 3.6 107 m
同步通讯卫星轨道半径： R h 4.2107 m
同步卫星的线速度
解：由G万M有m引力 提m供 2向心力 故 :
r2
r
由此解出:
GM r
将地球质量M及轨道半径r代入，可得同步通讯 卫星的速率
GM r
6.67
1011 6.0 4.2 107
1024
m
/
s
3.1103
但在2003年2月1日，哥伦比亚号航 天飞机在重返地面的过程中突然发 生解体燃烧，航天飞机上的七名宇 航员全部遇难。（其中有6名美国 人、1名以色列人）
中国航天史
1970年， “东方红”1号， 中国第一颗人造卫星。中国是 第五个能自行发射卫星的国家。
1975年，返回式遥感卫星， 中国第一颗返回式卫星，用 于对地观测，运行三天后按 计划返回地面；中国是第三 个掌握卫星回收技术的国家。
思考：卫星运动的线速度、角速度 和周期与轨道半径的关系呢？
即：人造卫星的运动有何规律？
F
(1)
由
G
M地m卫 r2
m卫
v2 r
得:v
GM地 r
V
(2)
由G
M地m卫 r2
m卫2r得:
GM地 r3
对同步卫星：其r、 v、ω、T 、均为定值
计算同步卫星高度
由万有引力提供向心力
Mm
4 2
G (R h)2 m T 2 (R h)
h3
GMT 2
4 2
R 3.6 107 m
同步通讯卫星轨道半径： R h 4.2107 m
同步卫星的线速度
解：由G万M有m引力 提m供 2向心力 故 :
r2
r
由此解出:
GM r
将地球质量M及轨道半径r代入，可得同步通讯 卫星的速率
GM r
6.67
1011 6.0 4.2 107
1024
m
/
s
3.1103
但在2003年2月1日，哥伦比亚号航 天飞机在重返地面的过程中突然发 生解体燃烧，航天飞机上的七名宇 航员全部遇难。（其中有6名美国 人、1名以色列人）
中国航天史
1970年， “东方红”1号， 中国第一颗人造卫星。中国是 第五个能自行发射卫星的国家。
1975年，返回式遥感卫星， 中国第一颗返回式卫星，用 于对地观测，运行三天后按 计划返回地面；中国是第三 个掌握卫星回收技术的国家。
思考：卫星运动的线速度、角速度 和周期与轨道半径的关系呢？
即：人造卫星的运动有何规律？
F
(1)
由
G
M地m卫 r2
m卫
v2 r
得:v
GM地 r
V
(2)
由G
M地m卫 r2
m卫2r得:
GM地 r3
人教版物理高中必修二《宇宙航行》课件(共14张PPT)
7
1883年，俄国学者 齐奥尔科夫斯基提出使 用火箭发射宇宙飞船的 设想。
8
梦 想 成 真
9
神舟六号载人航天 飞行圆满成功
10
关于地球同步卫星
对同步卫星有 什么要求？
半径 r
周期T
运行速度 V
轨道面
绕行方向
11
关于卫星
所有卫星都在以地心为 圆心的圆（或椭圆）轨 道上
12
卫星图片
13
1
牛顿对人造地 球卫星的设想 抛出速度很大 时，物体就不 会落回地面
思考:这个速度至少多大？
2
请你推导
人造地球卫星绕地球做匀速 圆周运动，它需要的向心力 是由谁提供的？请你用学过 的知识推出卫星在轨道上运 动速度的表达式。
3
V GM r
r=R+h 近地卫星: R>>h
V=7.9km/s
4
V=7.9km/s就是物体 在地面附近绕地球做 匀速圆周运动的速度, 叫做第一宇宙速度。
5
在地面附近发射飞行器,发射 速度等于或大于11.2km/s,它 就会克服地球引力,永远离开 地球。11.2km/s叫做第二宇 宙速Байду номын сангаас。 若7.9km/s<v<11.2km/s呢?
6
在地面附近发射物体,速度 等于或大于16.7km/s,它就 会挣脱太阳引力的束缚,飞 到太阳系之外。16.7km/s 叫做第三宇宙速度。
1883年，俄国学者 齐奥尔科夫斯基提出使 用火箭发射宇宙飞船的 设想。
8
梦 想 成 真
9
神舟六号载人航天 飞行圆满成功
10
关于地球同步卫星
对同步卫星有 什么要求？
半径 r
周期T
运行速度 V
轨道面
绕行方向
11
关于卫星
所有卫星都在以地心为 圆心的圆（或椭圆）轨 道上
12
卫星图片
13
1
牛顿对人造地 球卫星的设想 抛出速度很大 时，物体就不 会落回地面
思考:这个速度至少多大？
2
请你推导
人造地球卫星绕地球做匀速 圆周运动，它需要的向心力 是由谁提供的？请你用学过 的知识推出卫星在轨道上运 动速度的表达式。
3
V GM r
r=R+h 近地卫星: R>>h
V=7.9km/s
4
V=7.9km/s就是物体 在地面附近绕地球做 匀速圆周运动的速度, 叫做第一宇宙速度。
5
在地面附近发射飞行器,发射 速度等于或大于11.2km/s,它 就会克服地球引力,永远离开 地球。11.2km/s叫做第二宇 宙速Байду номын сангаас。 若7.9km/s<v<11.2km/s呢?
6
在地面附近发射物体,速度 等于或大于16.7km/s,它就 会挣脱太阳引力的束缚,飞 到太阳系之外。16.7km/s 叫做第三宇宙速度。
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
高中物理必修二6.5 宇宙航行 课件 (共14张PPT)
•8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不 能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。 2021/11/222021/11/222021/11/222021/11/22
同步卫星
T=27天
近
地
卫
h≈0
星
r=6.4×106m
v=7.9km/s
T=84分钟
凡是人造卫星的问题都可从下列关 系去列运动方程，即:
重力=万有引力=向心力
mg=G Mm m v2
r2
r
式 中 ： rRh g是 高 空 h处 的 重 力 加 速 度
极地轨道
倾斜 轨道
同步 轨道
赤道轨道 自转轴
小 结：
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。
近地卫星、同步卫星、月球月三球者比较
同 步 卫 星
h=3.6×107m r=4.2×107m v=3km/s T=24h
h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v316.7km/s→人造恒星
二概念辨析
发射速度和运行速
度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第一宇宙速度为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。
做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h
2、所有的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。
同步卫星
T=27天
近
地
卫
h≈0
星
r=6.4×106m
v=7.9km/s
T=84分钟
凡是人造卫星的问题都可从下列关 系去列运动方程，即:
重力=万有引力=向心力
mg=G Mm m v2
r2
r
式 中 ： rRh g是 高 空 h处 的 重 力 加 速 度
极地轨道
倾斜 轨道
同步 轨道
赤道轨道 自转轴
小 结：
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。
近地卫星、同步卫星、月球月三球者比较
同 步 卫 星
h=3.6×107m r=4.2×107m v=3km/s T=24h
h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v316.7km/s→人造恒星
二概念辨析
发射速度和运行速
度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第一宇宙速度为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。
做匀速圆周运动，它的周期：T＝24h
2、所有的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。
人教版高中物理必修二 6.5 宇宙航行(共19张PPT)
P
Ⅱ Ⅰ
Q
vP>vQ
卫星变轨中速度的关系
思考2：卫星在轨道Ⅱ上经过Q点时的速 度为大小 vQ3 与它在轨道Ⅲ上经过Q点时的 速度大小为vQ4，试比较二者大小关系？
Ⅲ
vQ4>vQ3
P
Ⅰ Ⅱ
Q
Ⅲ
卫星变轨中加速度的关系
思考3：比较卫星在轨道Ⅰ上经过P点时 的加速度ap1 与它在轨道Ⅱ上经过P点时 的加速度ap2 的大小？ P
a p1 a p 2
Ⅰ
Ⅱ
如图，地球赤道上山丘e，近地资源卫 星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕 地球做匀速圆周运动。设e、p、q的圆周 运动速率分别为v1、v2、v3，向心加速度 分别为a1、a2、a3，则 A．v1>v2>v3 B．v1<v3<v2 C．a1>a2>a3 D ． a 1< a 3 < a 2
r最小，是最小发射速度 归纳：第一宇宙速度是最小发射速度，也是最 大运行速度。
三、卫星如何实现变轨？
播放视频
三次点火，两次变轨
思考：卫星如何从圆轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ
卫星在P处 向后喷火加速 万有引力不够 提供向心力
ⅠⅠ
P
Ⅲ
Ⅰ F
Ⅱ
Ⅲ
离心运动
椭圆
Q
v
思考：卫星如何从椭圆轨道Ⅱ进入圆轨道Ⅲ
卫星在Q处 向后喷火加速
万有引力与航天
—宇宙航行
一、知识回顾—宇宙速度
Mm v G 2 m r r
近地卫星
2
GM v r
r R地
v 7.9km / s
三种宇宙速度（发射速度）
第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太
新人教 必修二高中物理6.5 宇宙航行 课件(共17张PPT)
3、第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7 km/s
二、人造卫星的发射速度和环绕速度
（1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发 射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能 量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地 球引力上升一定的高度，进入运动轨道。
（2）环绕速度：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。
宇宙航行
问题： 抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落 下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？
牛顿的思考与设想：
抛出的速度v越大时，落
地点越远，速度不断增大， 将会出现什么结果？
牛顿人造卫星原理图
牛顿的设想过程
计算：
以多大的速度抛出一个物体，它才会绕地球表面 运动，不会落下来？(已知地球半径R=6400km， 万有引力常量Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质 量M=5.89×1024kg)
结论： 地球同步卫星必须发 射在赤道正上方的固定高 度，并且以固定的速度环 绕地球做圆周运动。
四、地球同步卫星运行的规律
（1）周期一定T=24h （2）在赤道平面内 （3）高度一定
五、变轨问题
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让
其在高轨道上运行，应采取什么措施？
五、变轨问题
思考：变轨时由低轨到高轨时要加速，与
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2， R=6400km）
法二：重力等于物体作圆周运动的向心力
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s． 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周 运动所必须具备的速度．
2、第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2 km/s
二、人造卫星的发射速度和环绕速度
（1）发射速度：指被发射物在地面附近离开发 射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能 量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地 球引力上升一定的高度，进入运动轨道。
（2）环绕速度：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。
宇宙航行
问题： 抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落 下来？卫星月亮没有落下来必须具备什么条件？
牛顿的思考与设想：
抛出的速度v越大时，落
地点越远，速度不断增大， 将会出现什么结果？
牛顿人造卫星原理图
牛顿的设想过程
计算：
以多大的速度抛出一个物体，它才会绕地球表面 运动，不会落下来？(已知地球半径R=6400km， 万有引力常量Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 , 地球质 量M=5.89×1024kg)
结论： 地球同步卫星必须发 射在赤道正上方的固定高 度，并且以固定的速度环 绕地球做圆周运动。
四、地球同步卫星运行的规律
（1）周期一定T=24h （2）在赤道平面内 （3）高度一定
五、变轨问题
思考：人造卫星在低轨道上运行，要想让
其在高轨道上运行，应采取什么措施？
五、变轨问题
思考：变轨时由低轨到高轨时要加速，与
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2， R=6400km）
法二：重力等于物体作圆周运动的向心力
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s． 它是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周 运动所必须具备的速度．
2、第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2 km/s
高中物理必修二人教版6.5宇宙航行(28张PPT)
下列说法正确的是（ B ）
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
2.(多选)关于地球的第一宇宙速度，下面说
法中正确的是（ BC ）
A.它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行 速度 C.它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速 度 D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度
嫦
娥
奔
外
月
国 人
的
飞
天
梦
问题： 地面上的物体，怎样才能离开地球呢
300多年前，牛顿提出设想
设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在 圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那 么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速 度v为多少？
Mm v2
G
r2
m r
v GM r
近地卫星的速度是多少呢？
（如何求？）
4. R、v、ω、T、an
__“__全__部__固___定__”__
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。
近地卫星、同步卫星、月球月三球者比较
同 步 卫 星 h=3.6×107m
v=3km/s T=24h
h=3.8×108m
v=1km/s T=27天
v1
GM R
6.6710115.891024 6.37106
m
/
s
7.9km
/
s
6.5 宇 宙 航 行 一、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
（１）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低 于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；
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
2.(多选)关于地球的第一宇宙速度，下面说
法中正确的是（ BC ）
A.它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行 速度 C.它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速 度 D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度
嫦
娥
奔
外
月
国 人
的
飞
天
梦
问题： 地面上的物体，怎样才能离开地球呢
300多年前，牛顿提出设想
设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在 圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那 么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速 度v为多少？
Mm v2
G
r2
m r
v GM r
近地卫星的速度是多少呢？
（如何求？）
4. R、v、ω、T、an
__“__全__部__固___定__”__
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。
近地卫星、同步卫星、月球月三球者比较
同 步 卫 星 h=3.6×107m
v=3km/s T=24h
h=3.8×108m
v=1km/s T=27天
v1
GM R
6.6710115.891024 6.37106
m
/
s
7.9km
/
s
6.5 宇 宙 航 行 一、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
（１）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低 于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；