人教版高中物理必修二课件65宇宙航行1
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【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
人教版高一物理必修2-6.5宇宙航行课件
二、卫星的轨道平面
• 有三种轨道：
D
赤道轨道：
极地轨道：极地卫星的轨道平
面相对于地球每天转一周
（实际上是地球每天转一周, 就相对于地球每天转一周了）
其他轨道
C B A
【牢记】： 环绕天体做圆周运动的轨道平面的圆心必须是中
心天体的球心。
关于发射卫星 的问题，牛顿在思 考万有引力定律时 就曾想过，他的构 想是什么样的？
(第二宇宙速度是第一宇宙速度的 倍)
• 第三宇宙速度：16.7km/s
【牢记】：
①抛出速度v满足v=7.9km/s时，物体将在
地表环绕地球做匀速圆周运动。Байду номын сангаас
②抛出速度v满足7.9km/s<v<11.2km/s时，
物体将环绕地球做椭圆轨道的运动。
③抛出速度v满足11.2km/s≤v<16.7km/s时， 物体将脱离地球的引力，永远离开地球进而
我们刚学习的测天体的质量、发现未知 天体是万有引力定律的应用。
我国具有世界上最先进的航天技术 神州五号载人航天的成功离不开万有引 力定律。 现在我们头顶上有很多的人造卫星，它 们的发射离不开万有引力定律。 卫星如何上天？如何到达指定的高度或 位置？上去后会掉下来吗……有很多的问 题…… 本节课我们利用万有引力定律和圆周运动 的知识对人造卫星作一个初步的了解与研究。
需要选择不同的值 • D.它只能在赤道的正上方，但离地心的距离是一
定的
D
经托付别国发射了人造卫星。
巩固练习
1、如图所示，m1＞m2=m3＞m4， 试比较四颗卫星的线速度、角速度、周 期和加速度的大小
2、假设地球质量不变，而地球半径增大到本来的2 倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度为本 来的多少倍？
高一物理6.5《宇宙航行》课件1(新人教版必修2)
速度，也叫做地面附近的环绕速度。
②即绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度，
③也是最小发射速度；
训练１：
利用所学知识，推导第一宇宙速度的另一表达式v＝
2019/6/11
• 解：在地球表面忽略地球自转的影响，则
•
= mg
•
•
即 mg =
•
•
7.9km/s卫星的运动将会怎样呢？
2019/6/11
• 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。也叫地面附近的逃逸速度。
• 3.第三宇宙速度
• 大小：v=16.7km/s
• 意义：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。
2019/6/11
二、宇宙速度
探究1:
抛出速度至少为多大,物体才不会落回地面而绕地 球做圆周运动呢?
• 已知地球和物体的质量分别为M 和 m，物体到 地心的距离为r，求物体绕地球作圆周运动的速 度v？
• 理论基础：万有引力提供向心力
2019/6/11
• 解：万有引力提供向心力
•
•
故
=
• 由此解出v =
2019/6/11
• 训练2： • 第一宇宙速度（环绕速度）V1= 7.9km/s ,它是人造地球卫星
的最小发射速度，也是地球卫星环绕地球运行的最大速度。如 果卫星的发射速度 小于 第一宇宙速度，卫星将落到地面而不 能绕地球运转；等于 这个速度卫星刚好能在地球表面附近做匀 速圆周运动；如果 大于 这个速度，卫星将沿椭圆轨道绕地球 运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点。（填“大于”、“小 于”或“等于”）
【高中物理】宇宙航行(第1课时)课件 高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
（2）环绕速度（也叫运行速度或绕行速度）：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．当卫星“贴着” 地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度．
注意：卫星的实际环绕速度一定小于发射速度
v发射
v运
行
讨论交流：将卫星送入低
轨道和高轨道所需的发射
速度哪一个更大？哪一个
更容易？为什么？
1
2
3
向高轨道发射卫星时, 需要的发射速度越大。发射 高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高 轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。
北
赤道平面
南
4.人造卫星的分类：
按轨道分类:极地卫星、赤道卫星、一般轨道卫星
按用途分类:通信卫星、气象卫星、导航卫星、预警卫星等
气象卫星
气象卫星
通信卫星
侦察卫星 预警侦察卫星
通信卫星
技术实验卫星
技术卫星
资源观测卫星
资源观测卫星
科学探测卫星
太空望远镜
5、人造卫星的两个速度
（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．
时的发射速度，是卫星获得相对地面的速度与地球自转速度的
合速度，所以赤道上自西向东发射卫星，可以节省一定的能量。
（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，但径迹是椭圆，地球处在椭圆的一个焦点上。 ②若 11.2km/s≤V发<16.7km/s卫星脱离地球的束缚而围绕太阳 运行，成为太阳系的一颗“小行星”。 ③若 V>16.7km/s，卫星脱离太阳的吸引，而成为自由天体。
人教版物理必修二课件6.5.1宇宙航行
高中物理课件
（金戈铁骑 整理制作）
6.5宇宙航行
万有引力定律两种思路Fra bibliotek万有引力约等于重力
mg
G
Mm R2
GM gR2 黄金代换式
万有引力提供向心力
G Mm mv2 m2r m 4π2 r
r2 r
T2
牛顿对人造卫星原理的描绘
牛顿就曾设想,从高山上用不
同的水平速度抛出物体,速度
一次比一次大,则落点一次比
万有引力提供向心力
人造卫星运行规律
线速率： v GM r
角速度：
GM r3
周期： T 2 r3
GM
例题
练习
练习
练习
ThankYou!
第三宇宙速度 逃逸速度
当物体的发射速度等于或大16.7km/s时，物体 可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的 宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度 。
三种速度的比较
v GM r
例题
练习
练习
人造卫星运行规律
• 设卫星的质量m，地球的质量M，卫星的 轨道半径r，线速度大小v，角速度大小w, 周期T
两个概念
发射速度：将人造卫星送入预定轨道所 必须具有的初速度 环绕速度：卫星在轨道上饶地球做匀速 圆周运动所具有的速度
第一宇宙速度是地球卫星最小的发射速度 地球卫星最大的环绕速度
其他宇宙速度
第二宇宙速度 脱离速度
当物体的发射速度等于或大于11.2km/s时，它 就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把 11.2km/s叫做第二宇宙速度。
一次远,如不计空气的阻力,
当速度足够大时,物体就永远
不会落到地面上来,而围绕地
（金戈铁骑 整理制作）
6.5宇宙航行
万有引力定律两种思路Fra bibliotek万有引力约等于重力
mg
G
Mm R2
GM gR2 黄金代换式
万有引力提供向心力
G Mm mv2 m2r m 4π2 r
r2 r
T2
牛顿对人造卫星原理的描绘
牛顿就曾设想,从高山上用不
同的水平速度抛出物体,速度
一次比一次大,则落点一次比
万有引力提供向心力
人造卫星运行规律
线速率： v GM r
角速度：
GM r3
周期： T 2 r3
GM
例题
练习
练习
练习
ThankYou!
第三宇宙速度 逃逸速度
当物体的发射速度等于或大16.7km/s时，物体 可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的 宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度 。
三种速度的比较
v GM r
例题
练习
练习
人造卫星运行规律
• 设卫星的质量m，地球的质量M，卫星的 轨道半径r，线速度大小v，角速度大小w, 周期T
两个概念
发射速度：将人造卫星送入预定轨道所 必须具有的初速度 环绕速度：卫星在轨道上饶地球做匀速 圆周运动所具有的速度
第一宇宙速度是地球卫星最小的发射速度 地球卫星最大的环绕速度
其他宇宙速度
第二宇宙速度 脱离速度
当物体的发射速度等于或大于11.2km/s时，它 就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把 11.2km/s叫做第二宇宙速度。
一次远,如不计空气的阻力,
当速度足够大时,物体就永远
不会落到地面上来,而围绕地
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
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造地球卫星，下列说法正确的是
( )．
A．根据v ＝ gr，可知v A＜v B＜v C B．根据万有引力定律，可知F A＞F B＞F C C ．角速度ω A＞ω B＞ω C D．向心加速度aA＜aB＜aC
图6－5－3
解析 同一轨道平面内的三颗人造地球卫星都绕同一中心 天体(地球)做圆周运动，根据万有引力定律 GMr 2m ＝m vr2，得
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__运动，
向心力由地球对它的
_万__有__引__力__提供，即
G
Mm r2
＝
v2 mr
，则
卫星在轨道上运行的线速度 v ＝
GM r.
思考1：卫星离地面越高，其线速度是越大还是越小？
提示： 由 v ＝
GM可知，卫星离地面越高，线速度越小． r
2.关于宇宙速度，下列说法正确的是
( )．
A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行的最小
发射速度
B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
C ．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速
度
D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度
答案 A
3．关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是 ( )． A．第一宇宙速度又叫环绕速度 B．第一宇宙速度又叫脱离速度 C．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D．第一宇宙速度跟地球的半径无关
Mm G r2
?? ? ? ＝? ?
ma v2
mr
mrω
2
? 4π2
??mr T2
? ? ?
a
＝GrM2 ?r
越大，
a
越小?
??v ＝ ??
GrM?r越大， v越小?
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
?? ω ＝
GM r3
?r
越大，
ω
越小
?
? ??T＝
4GπM2r 3?r 越大， T越大 ?
【典例1】 如图6－5－3所示，是同一轨道平面内的三颗人
v＝
GM r
，由题图可以看出卫星的轨道半径
rC>r
B>r
A，故
可以判断出v A>v B>v C，选项A错误．因不知三颗人造地球卫
星的质量关系，故无法根据F ＝G
Mm r2
判断它们与地球间的
万有引力的大小关系，选项B错误．由G
Mm r2
＝mω2r得ω＝
GrM3 ，又rC>rB>rA，所以ωA>ωB>ωC，选项C正确．
将减小到原来的
2 2
解析 从 v＝ GrM看出，离地球越远的卫星速度越小，当
半径加倍时，地球对卫星的万有引力变为原来的 14，即地球
提供的向心力减小到原来的14，速度变为原来的 22倍． 答案 CD
宇宙速度
数值
意义
第一宇宙速
卫星在地球表面附近绕地球做
度
_7_._9_km/s _匀__速__圆__周__运__动__的速度
2011 年11月3日和14日，“神舟八号”飞船与“天宫一号” 目标飞行器两次成功对接．
2012 年6月16 日，“神舟九号”飞船及三名宇航员顺利升 空．
4．如图6－5－2所示，宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的 空间站中会完全失重，下列说法中正确的是 ( )． A．宇航员仍受万有引力的作用 B．宇航员受力平衡 C．宇航员受万有引力和向心力 D．宇航员不受任何作用力
图6－5－2
解析 在绕地球做匀速圆周运动的空间站中，宇航员仍受万 有引力作用，万有引力充当向心力，对支持物不再有压力， 对悬挂物不再有拉力，处于完全失重状态，所以此时宇航员 受且只受万有引力的作用．A项正确． 答案 A
人造卫星的运动规律
人造卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期与半径的关 系 卫星在轨道上运行时，若卫星的轨道为圆形，则卫星受到的 万有引力全部提供卫星做匀速圆周运动的向心力． 设卫星的轨道半径为 r，线速度大小为 v ，角速度大小为 ω， 周期为T，向心加速度大小为a. 根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式得
第二宇宙速 度
1_1_._2_km/s
使卫星挣脱_地__球___引力束缚的最小 地面发射速度
第三宇宙速 度
_1_6_.7_km/s
使卫星挣脱_太__阳__引力束缚的_最__小__ 地面发射速度
思考2：下列说法是否正确： (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.( ) 提示：卫星绕地球做圆周运动飞行时的轨道半径越小，其线 速度就越大，最大速度等于第一宇宙速度 7.9 km/s ，(1)错； 地球卫星的最小发射速度为7.9 km/s ，即第一宇宙速度． (1)错 (2)对
解析 第一宇宙速度又叫环绕速度，A对，B错；卫星绕地
球运转时，万有引力提供向心力，由
G
mM R2
＝m
v
2 1
R
可知，第
一宇宙速度v 1＝
GM R
，与地球的质量和半径有关，C、D
错．
答案 A
梦想成真 1957年10月_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； 2007年10月24日我国“嫦娥一号”发射升空； 2008 年9月27日“神舟七号”宇航员翟志刚顺利完成出舱活 动任务． 2010 年10月1日18时59分57秒“嫦娥二号”卫星在西昌卫星 发射中心发射成功．
由G
Mm r2
＝ma
得a
＝G
M r2
，又
rC>r
B>r
A，所以
a
A>a
B>a
C，选项
D错误．
答案 C
(1)人造卫星运动问题的处理思路： 将人造卫星视为绕地球 (或其他天体 )做匀速圆周运动，所需 向心力等于地球(或其他天体)对卫星的万有引力，即：
5 宇宙航行
1．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度． 2．掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关
系． 3．了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况，激发
学生的爱国热情.
人造地球卫星
1．牛顿的设想 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 再落回地球表面，成为一颗绕地球转 动的_人__造__地__球__卫__星__．
1．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原
来的2倍，仍做圆周运动，则
( )．
A．根据公式 v ＝ωr ，可知卫星运动的线速度将增大到原
来的2倍 B．根据公式 F ＝mvr2，可知卫星所需的向心力将减少到原来
的12
C ．根据公式
F
＝
Mm G r2
，可知地球提供的向心力将减小到原
来的14
D．根据上述 B 和 C 中给出的公式，可知卫星运动的线速度