人造卫星、宇宙速度ppt 教科版
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3.4人造卫星宇宙速度课件(教科版必修2)
h②）
两式相除有：
（R
R3 h）3
T12 T22
，
即 h （3 T2 ）2 1.
R
T1
代入数据T1=5
100
s,T2=24×3
600
s,得h
R
=5.6
即地球同步卫星距离地面高度是地球半径的5.6倍.
答案：5.6倍
【规律方法】
地球同步卫星
1.所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球自转周期
v
gR
g
B正确；
a v2 vC2 错 误g , ；
r 2R 4
Ek
1 2
mv2D正1 m确g.R故选mBgR、,D.
22 4
【规律方法】
g在地G球当M表M , 面未附知近时有，：可G用MR其m2 代,得换mg地.由球于表g面R2的=G重M力经加常速用度到，所
R2
以叫“黄金代换”公式.
R
1024 kg，得 =7.9 km/s.
2.为什么第一宇宙速度既是最大的环绕速度，也是最小的 发射速度？ 提示：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球做匀 速圆周运动所必须具有的速度，在所有的卫星里其轨道半 径最小，根据 v G可M知其线速度最大；同时在进行卫
r
星发射时，只有发射速度大于等于第一宇宙速度，该卫星 才能发射成功，所以说第一宇宙速度既是最大的环绕速 度，也是最小的发射速度.
解答本题应把握以下三点： （1）根据密度和半径计算出中子星的质量． （2）明确第一宇宙速度的轨道半径. （3）万有引力提供卫星做圆周运动的向心力．
【规范解答】中子星的第一宇宙速度即为它表面卫星的环
绕速度，此时卫星的轨道半径可近似认为是中子星的半径，
人造卫星、宇宙速度 课件高一下学期物理教科版(2019)必修第二册
（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）第一宇宙速度是“最小发射速度”，是 “最大运行速度”。
课堂练习：
1、A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是它质 量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则B星球的第一宇 宙速度约为 2 km/s
解:
G
Mm r2
m
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
周运动所必须具有的速度．
说明： （１）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫 星将落回地面；
（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；
例: 发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫星, 如果它的轨道半径是地球的4倍,它的轨道 速度是第一宇宙速度的多少倍？
方法一：已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 ，地球质量M=5.89×1024kg， 地球半径R=6400km。
Mm v2
G
R2
m R
v GM R
v 7.9km / s
方法二：已知地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6400km。
v2 mg m
R
v gR v 7.9km / s
解:
G
Mm r2
m
v2 r
vB M BrA 2 vA M ArB 9
整理得 v GM r
vB
2 9
vA
2km /
s
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
周运动所必须具有的速度．
说明： （1）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星 将落到地面而不能绕地球运转；
（3）第一宇宙速度是“最小发射速度”，是 “最大运行速度”。
课堂练习：
1、A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是它质 量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则B星球的第一宇 宙速度约为 2 km/s
解:
G
Mm r2
m
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
周运动所必须具有的速度．
说明： （１）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫 星将落回地面；
（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；
例: 发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫星, 如果它的轨道半径是地球的4倍,它的轨道 速度是第一宇宙速度的多少倍？
方法一：已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2 ，地球质量M=5.89×1024kg， 地球半径R=6400km。
Mm v2
G
R2
m R
v GM R
v 7.9km / s
方法二：已知地球表面的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6400km。
v2 mg m
R
v gR v 7.9km / s
解:
G
Mm r2
m
v2 r
vB M BrA 2 vA M ArB 9
整理得 v GM r
vB
2 9
vA
2km /
s
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
周运动所必须具有的速度．
说明： （1）如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星 将落到地面而不能绕地球运转；
【最新】教科版高中物理必修一 3.4.人造卫星宇宙速度 课件 (共36张PPT)
解: ∵
∴
又
∴
又
即此卫星的环绕速度为20m/s
5.已知地球的质量约为月球质量的 81倍,地球半径于约为月球半径的 4倍,在地球上发射近地卫星的环绕 速度为7.9km/s,周期为84min,那么 在月球上发射一颗近地 卫星的环绕 速度多大?它的周期多大?
解: ∵
∴
又∵
∴
又∵
∴
小结:
一、人造卫星 二、宇宙速度
4
人造卫星 宇宙速度
我国发射的人造卫星类型
想一想:卫星是怎样发射上去的呢？
牛顿的猜想
牛顿的手稿
想一想:
物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造 卫星呢?
M
F引
R
r
设地球和卫星的质 量分别为M和m,卫星到 地心的距离为r,求卫星 运动的线速度v? m
由F引=F向得到
GM v r
可得v=7.9km/s
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。
2.第二宇宙速度（脱离速度）
当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星 就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。我们 把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速 度的物体还受到太阳的引力。
所谓地球同步卫星是指与地球自转同 步,相对于地面静止的人造卫星.
特点:
(1)角速度 ,周期(T=24h)与地球相同,是一 个恒量. why？ (2)轨道一定,在赤道平面上. (3)距地面高度一定(h=3.6×107m)
即轨道平面一定,高度一定,运动快慢一定
1、为什么必须在赤道平面上？
因:（1）同步卫星与 地 球自转同步必须自西向东 转, （2）万有引力全部提 供做向心力,圆心就是地心.
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
中学物理教学课件《人造卫星 宇宙速度》共26页PPT
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
中学物理法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
中学物理法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
4第4节人造卫星宇宙速度1教程PPT课件
二、人造地球卫星
问题1：卫星的轨道圆心在哪儿？
1、所有卫星的轨道圆心都在地心上
按轨道分类:极地卫星;赤道卫星;其他卫星
2、人造地球卫星的向心加速度an 、线速度v、角速度ω 、周期T
问题2： 两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，它们的质量相 等，轨道半径不同,比较它们的向心加速度an、线速度v、角速度ω 、 周期T。
4、(05天津)土星周围有美丽壮观的“光环”，组成环
的颗粒是大小不等、线度从1μm到10m的岩石、尘埃，类
似于卫星，它们与土星中心的距离从7.3×104km延伸到
1.4×105km。已知环的外缘颗粒绕土星做圆周运动的周期
约为14h，引力常量为6.67×10-11Nm2/kg2，则土星的质
量约为（估算时不考虑环中颗粒间的相互作用）（ D ）
Ａ．9.0×1016kg
Ｂ．6.4×1017kg
Ｃ．9.0×1025kg
Ｄ．6.4×1026kg
5、 同步卫星轨道半径为r，运行速率为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；地球半径为R。则下列关系式正确的是（ AD ）
A.
a1 r
B.
a2 R
a1 ( R ) 2
a2
r
v1 r
v1 R
C. v 2 R
D.
v2
r
6、 (05北京)已知地球质量大约是月球质量的81倍，地球半 径大约是月球半径的4倍。不考虑地球、月球自转的影响，
由以上数据可推算出 （ C ）
Ａ．地球的平均密度与月球的平均密度之比约为9∶8 Ｂ．地球表面重力加速度与月球表面重力加速度之比
约为9∶4 C．靠近地球表面沿圆轨道运行的航天器的周期与靠近月球表面沿圆轨道
教科版高中物理必修二第三章第4课时人造卫星 宇宙速度课件
答案
假设卫星的轨道在某一纬线圈的上方随地球的自转
做同步地匀速圆周运动，卫星运动的向心力由地球对它的
引力的一个分力提供 .由于另一个分力的作用将使卫星轨道
靠向赤道，故只有在赤道上方，同步卫星才能稳定的运行.
(2)同步卫星的离地高度h.
答案 由万有引力提供向心力得
3 GMT2 2π 2 GMm 2 －R， 2＝m(R＋h)( T ) ，所以 h＝ 4π R＋h
之脱离地球束缚的 最小 发射速度，又称脱离速度.
3.第三宇宙速度v3＝ 16.7 km/s，是从地面上发射物体并使
之脱离 太阳 束缚的 最小 发射速度，又称逃逸速度.
GM 2 r (1)a＝ ，r越大，a越 小 .
(2)v＝ (3)ω＝ (4)T＝
2π
GM r ，r越大，v越 小 .
GM r3 ，r越大，ω越 小 .
r3 GM ，r越大，T越 大 .
二、同步卫星
问题设计
同步卫星也叫通信卫星，它相对于地面静止，和地球自转周 期相同，即T＝24 h.已知地球的质量M＝6×1024 kg，地球半 径R＝6 400 km，引力常量G＝6.67×10－11 N· m2/kg2.请根据 以上信息以及所学知识探究： (1)同步卫星所处的轨道平面.
GM r .
当其紧贴地面飞行时 r＝R，v＝
GM ≈ 7.9 km/s. R
要点提炼
宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星的发射速度. 1.第一宇宙速度v1＝ 7.9 km/s
(1)推导
v Mm 方法一：由 G R2 ＝m R 得 v＝
v2 方法二：由 mg＝m R 得 v＝ gR
2
GM R
(2)理解：第一宇宙速度是人造地球卫星的 最小 发射速度， 也是卫星绕地球做匀速圆周运动的 最大 运行速度. 2.第二宇宙速度v2＝ 11.2 km/s，是从地面上发射物体并使
教科版高中物理必修2课件 3 人造卫星 宇宙速度课件
1969年7月16日，美国宇航员阿姆 斯特朗、奥尔德林、科林斯乘“阿 波罗11号”飞船第一次登上月球。
2007年10月24日，中国第一颗月 球卫星“嫦娥一号”发射成功。
我国发射的人造卫星类型
影响卫星发射速度的因素极多：
燃料能量
星球自转公转
地球自转
天气变化
燃料燃烧消耗质量的变化
星箭分离的影响
发射点纬度 火箭的发射方向 大气阻力 ...........
意义：物体刚好能克服地球的引力作用，离开地球而绕太阳运动的速度。
2.第三宇宙速度（逃逸速度） 大小：v3=16.7km/s
意义：物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外的速度。
1．我们在推导第一宇宙速度的公式v＝ gR时，需要做一些假设和选
择一些理论依据，下列必要的假设和理论依据有( B )． A．卫星做半径等于2倍地球半径的匀速圆周运动 B．卫星所受的重力全部作为其所需的向心力 C．卫星所受的万有引力仅有一部分作为其所需的向心力 D．卫星的运转周期必须等于地球的自转周期
由以上结论判断：哪种卫星是运行速度最大的卫星？
近地卫星，其他更高的卫星运行速度更小。 所以：第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度， 是卫星的最大运行速度。
典例、2012年4月30日，西昌卫星发射中心的中圆轨道卫 星，其轨道半径为2.8×107m。它与另一颗同质量的同步 轨道卫星（轨道半径为4.2×107m）相比（ B ）
把v1=7.9km/s叫第一宇宙速度，它是发射卫星的最小发射速度，它等于近地卫
星的环绕速度，所以第一宇宙速度又叫环绕速度。
若想把卫星送到更高的轨道，则需要的发射速度就越大。 第二宇宙速度（脱离速度） 使卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表面发射需要的最 小发射速度叫做第二宇宙速度
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300年前牛顿的猜想
牛顿的手稿
×
思考讨论1:物体初速度达到多大时就可以成为一颗 人造卫星呢?
“东方红一号”中国第一颗人造地球卫星
齐奥尔科夫斯基 —“宇宙航行之父” 前苏联发射的第一颗人造地球卫星
各种各样的卫星……
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一、理性的思维过程
高山
从高山上用不同的 水平速度抛出物体， 速度一次比一次大， 落地点就一次比一 次远，当速度足够 大时，物体就将永 远不会落到地面上， 它将围绕地球旋转 成为一颗地球运动 的人造地球卫星。
地球
人 造 卫 星 的 发 射 过 程 ：
1、在实验 室组装飞船
飞船 分为轨道实 验仓、返回 仓、动力仓 三部分
2、将飞船装入运载火箭
3、飞船从总装 系统移向发射塔
4、飞船进入 发生勤务塔
5、发射升空
神六的发射 视频
梦想成真，展望未来
1957年10月4日，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。
第三章 万有引力定律
3.4 人造卫星 宇宙速度
知识回顾：
• 1.万有引力定律的表达式？
• 2.行星运动向心力的来源？ • 3.小球从同一高度做平抛运动，随初速度的增大，轨 迹将如何变化？
古人的梦想
外国人的飞天梦
嫦娥奔月
万 户 飞 天
在14世纪中国明代，有一位叫万户的军 中工匠，制造了一把“飞天椅”，并在椅子后 面捆绑了47支“飞龙”火箭，试图乘坐它上天 飞行。万户坐到椅子内，手持两只大风筝， 点燃火箭，“飞龙”火箭把座椅推向半空，随 风筝飞了起来，但很快一声爆炸，“飞天椅” 摔到山坡下，万户以生命为代价的尝试终告 失败。 万户是世界上第一个利用火箭向太空 搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借 助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因 此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了 纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球 上的一座环形火山命名为“万户山”。
1969年7月20日，阿波罗11 号将人类送上了月球。
我国的航天成就
1970年4月24日我国 第一颗人造卫星升空
2003年10月15日 神舟五号杨利伟
嫦娥工程
2004年，中国正式开展月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”。嫦 娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶 段。2007年10月24日18时05分，“嫦娥一号”成功发射升空，在圆满完 成各项使命后，于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日18时57 分59秒“嫦娥二号”顺利发射，也已圆满并超额完成各项既定任务。 2012年9月19日，月球探测工程首席科学家欧阳自远表示，探月工 程已经完成嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。嫦娥四号是 嫦娥三号的备份星。嫦娥五号主要科学目标包括对着陆区的现场调查和 分析，以及月球样品返回地球以后的分析与研究。
截止2016年4月北斗卫星发射完成60%
西昌卫星发射中心
风雪中领命出征
四川科技馆
北极
极地卫星
北极
南极
南极
一、卫星的轨道
卫星的轨道
极地轨道
倾斜 轨道
赤道轨道 同步 轨道 自转轴
卫星的轨道
温馨提示：请做笔记！
卫星轨道特点： 所有卫星的轨道都必须以地心为轨道圆心或焦点。
重力=万有引力=向心力
轨道位置： ①②③ 以下那些轨道是可能的？ ①与赤道共面轨道 ②通过两极点上空轨道 ③与赤道成某一角，地球质量为M， 人造卫星到地心的距离为r。 讨论：随着人造卫星到地心的距离为r的 m 增大，卫星的线速度v、向心加速度a、角 速度w、周期T分别怎么变化？
（1） （2） （3）
r
M
（4）
理想模型—圆形轨道 2 GMm v GM = m ∴ v 2 r越大， r r r GM GMm 有： ∴ a 2 ma r r2 v越小， GMm GM 2 ∴ m r 3 2 r a越小， r GMm 2 2 r3 w越小， m( ) r ∴ T 2 2 GM T r
万户飞天
认识卫星
太阳
恒星
人造卫星
地球
行星
月亮
卫星
人造卫星
• 1957年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造 地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪 元．我国在 1970 年 4 月 20 日发射了第一颗人造 地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己 力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回 收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国 家． • 卫星主要有侦察卫星、通信卫星、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．
人造卫星的发射速度与运行速度
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,并且一旦发射就再也没有补充能 量,被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力 做功上升一定高度,进入运行轨道.因卫星上升过 程中要克服引力和空气阻力(在大气层中时)做功 消耗动能,所以卫星越高,发射速度越大 2、运行速度(环绕速度)是指卫星在进入轨道后 绕地球做匀速圆周运动的线速度,根据 v GM 可 r 知,卫星越高轨道半径越大,卫星运行速度(环绕 速度)就越小,近地卫星可认为v发=v运 ,其它较高 卫星的v发＞v运.
故:
r V 发 V环
温馨提示：请做笔记！
第一宇宙速度v1=7.9km/s是人造卫星的 最小发射速度，近地卫星的最大环绕速度.
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。
2.第二宇宙速度（脱离速度）
当物体的速度(发射速度)大于或等于 11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再 绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。 达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
T越大。
二、 宇宙速度
１.第一宇宙速度（环绕速度）
对于靠近地面的卫星（近地卫星），可以认为 此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代 入，可以求出
v1
GM R
6.6710 11 5.9810 24 6.3710 6
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 圆周运的最大环绕速度，叫做第一宇宙速度。