人教版高中物理必修二宇宙航行
人教版 高中物理宇宙航行教案
人教版高中物理宇宙航行教案第一章：宇宙的奥秘1.1 宇宙的起源学习宇宙大爆炸理论，了解宇宙的起源和演化过程。
讨论宇宙膨胀和宇宙背景辐射的概念。
1.2 宇宙的组成学习宇宙中的物质组成，包括恒星、行星、星系等。
探讨暗物质和暗能量的概念，了解它们对宇宙的影响。
第二章：恒星和星系2.1 恒星的诞生和演化学习恒星的诞生过程，了解恒星的形成和演化规律。
探讨恒星的生命周期，包括主序期、红巨星期和白矮星期等。
2.2 星系的分类和演化学习星系的分类，包括椭圆星系、螺旋星系和irregular星系等。
探讨星系的演化过程，包括星系的形成和星系间的相互作用。
第三章：黑洞和引力波3.1 黑洞的性质学习黑洞的定义和性质，了解黑洞的形成和观测。
探讨黑洞的辐射和黑洞的吞噬过程。
3.2 引力波的探测和意义学习引力波的概念和产生原因，了解引力波的探测技术。
探讨引力波的观测对物理学和宇宙学的影响。
第四章：宇宙探索技术4.1 航天器和探测器学习航天器的构造和工作原理，了解不同类型的探测器及其应用。
探讨航天器发射和轨道控制的技术。
4.2 宇宙观测的方法和仪器学习宇宙观测的方法和技术，包括光学观测、射电观测和X射线观测等。
探讨不同观测仪器的作用和适用范围。
第五章：宇宙的未来5.1 宇宙膨胀和暗能量学习宇宙膨胀的证据和暗能量的作用，了解暗能量对宇宙未来的影响。
探讨宇宙加速膨胀和宇宙未来的命运。
5.2 宇宙终结的可能性学习宇宙的热寂和宇宙大撕裂的概念，了解宇宙终结的可能性。
讨论宇宙的未来对人类的意义和探索宇宙的重要性。
第六章：地球和太阳系6.1 地球的宇宙位置学习地球在太阳系中的位置，了解地球的自转和公转。
探讨地球的宇宙环境，包括地月系统和太阳系的结构。
6.2 地球的大气和海洋学习地球的大气层结构和气候系统，了解大气对地球的影响。
探讨地球的海洋分布和海洋生态系统。
第七章：恒星和行星的物理性质7.1 恒星的结构和光度学习恒星的内部结构，了解恒星的光度和恒星能量的产生。
人教版高中物理必修二宇宙航行(新课标)
中国航天
三、梦想成真
地球同步卫星：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。
中国航天
三、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=24h 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。（不可能定点在我国某地上空，为什么？ ） 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。
1、第一宇宙速度
计算 地球半径R=6400km，地球质量M=5.98×1024kg
v=
GM = 7.9km / s R
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
要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s
最小发射速度
最大环绕速度
（半径最小）
二、宇宙速度 计算
中国航天
三、梦想成真
同步卫星
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
中国航天
三、梦想成真 同步卫星有以下几个特点：
三颗同步卫星作为 通讯卫星，则可覆 盖全球。（两级有 部分盲区）
中国航天
三、梦想成真
1992年，中国载人航天工程 正式启动． 2003年10月15日9时，我国 “神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫 星发射中心成功发射，把中国第 一位航天员杨利伟送人太空．
2、人造地球卫星
3 、梦想成真 （1）世界的成就 （2）中国的成就
4 、同步卫星 定点在赤道上空，周期T、高度h、线 速度v一定。T=24h h=36000km v=3.1km/s
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】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。
高中物理必修二人教版2019第7章万有引力与宇宙航行4宇宙航行
度、角速度、周期都跟卫星的轨道半径有关。
归纳提升
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
1.第一宇宙速度:第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做
匀速圆周运动必须具备的速度,即近地卫星的环绕速度。
2.第一宇宙速度的推导
项目
公式
结果
万有引力提供卫
重力提供卫星
星运动的向心力
运动的向心力
地
G
v=
=m
地
mg=m
v=
3.最小发射速度:向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困
2.地球静止卫星的特点
周期一定
与地球自转周期相同,即 T≈24 h的角速度相同
高度一定
卫星离地面高度 h=r-R≈6R(为恒量)≈3.6×104 km
速度大小一定
向心加速度大
小一定
轨道平面一定
v=
=3.07 km/s(为恒量),环绕方向与地球自转
方向相同
最小地面发射速度
使飞行器挣脱太阳引力的束缚,飞到太
阳系外的最小地面发射速度
二、人造地球卫星
1.人造地球卫星
(1)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。
(2)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。
(3)所有卫星的轨道平面均过地心。
2.地球同步卫星位于地面上方高度约36 000 km处,周期与地
高中物理 宇宙航行素材(1) 新人教版必修2
用心 爱心 专心 1 第六章 万有引力与航天第五节 宇宙航行 文本素材一、教材分析：本节内容主要介绍了宇宙速度、人造地球卫星、宇宙航天器等内容，人们在应用万有引力定律研究天体运动的基础上，实现人类的航天梦想，为科学研究、人类生活服务方面做出巨大的贡献。
通过本节学习了解如下知识：(1)第一宇宙速度:物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度, V=R GM /或V=gR ,数值上V 1=7.9km/s .(2)第二宇宙速度:克服地球引力,脱离地球的逃逸速度.V 2=11.2km/s.(3)第三宇宙速度:在地面附近发射物体挣脱太阳引力束缚的速度, V 3=11.2km/s.这节内容是万有引力理论的成就在生活中的应用,与我们的生活密切相关,让学生在学习物理的过程中感受到物理就在我们的身边,与我们的生活时刻联系在一起.从而引导学生进行科学和生活、和社会联系的思考，培养学生学习物理的兴趣，激发学生献身科学的热情，对学生科学价值观的形成起到重要的作用。
二、要点点拨1.第一宇宙速度7.9km/s 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，而如人造卫星绕地球做匀速圆周运动的半径越大，则所需的线速度相应越小。
2.若实际发射卫星的的速度大于7.9km/s 且小于11.2km/s ，则卫星绕地球做椭圆运动。
卫星如做椭圆运动，它在各点的速度大小是不同的由r GM v =可粗略看出，r 变大时，v 变小。
3.在求解有关人造卫星的的习题时，一定要注意卫星离地面高度与卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径是两个不同的概念。
4.第二、第三宇宙速度虽然数值上比第一宇宙速度大不多，但要达到这一速度是相当困难的。
三、解题思路1. 用万有引力定律处理天体问题，主要有两条解题思路：（1）在地面附近把万有引力看成等于物体受的重力，即mg F =引，主要用于计算涉及重力加速度的问题；（2）把天体的运动看成是匀速圆周运动，且向心引F F =，主要用于计算天体质量、密度以及讨论卫星的速度、角速度、周期随轨道的变化而变化等问题。
新教材 人教版高中物理必修第二册 第七章 万有引力与宇宙航行 知识点考点重点难点提炼汇总
第七章万有引力与宇宙航行7.1行星的运动 ....................................................................................................................... - 1 -7.2万有引力定律 ................................................................................................................... - 6 -7.3万有引力理论的成就...................................................................................................... - 14 -7.4宇宙航行 ......................................................................................................................... - 21 -7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性.............................................................................. - 30 -7.1行星的运动一、地心说和日心说开普勒定律1．地心说地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他星体都绕地球运动。
2．日心说太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。
[注意]古代两种学说都是不完善的，因为不管是地球还是太阳，它们都在不停地运动，并且行星的轨道是椭圆，其运动也不是匀速率的。
鉴于当时人们对自然科学的认识能力，日心学比地心说更进一步。
高中物理人教版《必修第二册》教案讲义：卫星的变轨问题及宇宙航行的几个问题辨析
人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆点点火加速，速度变大，进入椭圆轨道Ⅱ再次点火加速进入圆轨道Ⅲ卫星变轨问题分析方法速度大小的分析方法．①卫星做匀速圆周运动经过某一点时，其速度满足以此为依据可分析卫星在两个不同圆轨道上的②卫星做椭圆运动经过近地点时，卫星做离心运动，m v2.以此为依据可分析卫星沿椭圆轨r道和沿圆轨道通过近地点时的速度大小(即加速离心．发射“嫦娥三号”的速度必须达到第三宇宙速度．在绕月圆轨道上，卫星周期与卫星质量有关．卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比．在绕月轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力明白第三宇宙速度是指被发射物体能够脱离太阳系的最小发射速度，而“嫦娥三号”没有脱离太阳的引力范要熟记万有引力的表达式并清楚是万有引力提供卫星做圆如图所示，发射同步卫星的一般程序是：先让卫星进入一个近地的圆轨道，然后在P点变轨，进入椭圆形转移轨道椭圆轨道的近地点为近地圆轨道上的P点，远地点为同步卫星圆，到达远地点Q时再次变轨，进入同步卫星轨设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v1，在椭圆形转移轨道点的速率为v2，沿转移轨道刚到达远地点，在同步卫星轨道上的速率为v4，则下列说法正确的是点变轨时需要加速，Q点变轨时要减速点变轨时需要减速，Q点变轨时要加速D．v2>v1>v4>v3练2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相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示，卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是()A．卫星在轨道3上的运行速率大于在轨道1上的运行速率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上运动一周的时间大于它在轨道2上运动一周的时间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点时的加速度反思总结卫星变轨问题关键词转化二、有关宇宙航行的几个问题辨析辨析1.发射速度与运行速度的比较(1)发射速度在地面以某一速度发射一个物体，发射后不再对物体提供动力，在地面离开发射装置时的速度称为发射速度，三个宇宙速度都是指发射速度．(2)运行速度运行速度是指做圆周运动的人造卫星稳定飞行时的线速度，对于人造地球卫星，轨道半径越大，则运行速度越小．(3)有的同学这样认为：沿轨道半径较大的圆轨道运行的卫星的发射速度大，发射较为困难；而轨道半径较小的卫星发射速度小，发射较为容易．这种观点是片面的．因为高轨卫星的发射难易程度与发射速度没有多大关系，如果我们在地面上以7.9km/s 的速度水平发射一个物体，则这个物体可以贴着地面做圆周运动而不落到地面；如果速度增大，则会沿一个椭圆轨道运动．速度越大，椭圆轨道的半长轴就越大；如果这个速度达到11.2km/s，则这个物体可以摆脱地球的引力．可见，无论以多大速度发射一个物体或卫星，都不会使之成为沿较大的圆轨道做圆周运动的人造卫星，高轨卫星的发射过程是一个不断加速变轨的过程，并不是在地面上给一个发射速度就可以的．【典例2】(多选)如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则()A．该卫星的发射速度必定大于11.2km/sB．卫星在同步轨道Ⅱ上的运行速度大于7.9km/sC．在椭圆轨道上，卫星在P点的速度大于在Q点的速度D．卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道Ⅱ辨析2.分清三个不同(1)重力和万有引力的向心加速度等于重力加速度g 的运动周期有可能是20小时如图所示，地球赤道上的山丘e，近地资源卫星均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动．设、v3，向心加速度分别为v2<v33<a2已知地球赤道上的物体随地球自转的线速度大小为近地卫星线速度大小为，地球同步卫星线速度大小为设近地卫星距地面高度不计，同步卫星距地面高度约为地倍．则下列结论正确的是(。
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步卫星的说法中正确的是(D )
A.它可以在地面上任一点的正上方,且离地心的距离可按 需要选择不同值 B.它可以在地面上任一点的正上方,但离地距离是一定的 C.它只能在赤道的正上方,但离地心的距离可按需要选择 不同值 D.它只能在赤道的正上方,且离地心的距离是一定的
9.人造卫星的超重和失重 人教版高中物理必修二6.5宇宙航行(共33张PPT) (1)发射和回收阶段
发射 加速上升
超重
回收 减速下降
超重
(2)沿圆轨道正常运行
只受重力
a=g
完全失重
与重力有关的现象全部消失
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
天平 弹簧秤测重力
液体压强计
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
例1.关于地球同步卫星,下列说法正确的是（ AC ） A.它的运行速度小于7.9km/s B.它的运行速度大7.9km/s C.它的周期是24h,且轨道平面于赤道平面重 D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是不同的
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
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例3.如图所示,有A、B两个卫星绕地球做圆周运动,旋转方
向相同,A卫星的周期为T1,B卫星的周期为T2,在某一时刻 两卫星第一次相遇(即两卫星距离最近)
3.同步卫星应用:卫星通信、广播,天气预报、导航、地球 资源探测、育种、军事应用等
4.同步卫星高度固定不变
Mm m 4 2 R h h 3 GMT 2 R 3.6 104 km
R h2
T2
4 2
线速度：v 2r 2 3.14 4.237 107 m / s 3.1km/ s
T
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
卫星变轨原理V mA NhomakorabeaF引Mm F引 G r 2
F引＜F向 F引＞F向
F引 F向
F向
m
v2 r
M
在A点万有引力相同
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
m( 2
T
)2R h
an1 an3 an2
8.近地卫星、同步卫星、月球三者比较 (1)谁周期长? (2)谁角速度大? (3)谁轨道半径大?
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
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求:1.多少时间后两卫星第二次相遇?
2.多少时间后两卫星第一次相距最远?
2
T1
t
2
T2
t
2
t
T1T2
2T2 T1
2
T1
t
2
T2
t
t
T1T2
T2 T1
m1
v2
Q
m2
3.神六变轨:神六飞船入轨后先是在近
地点200公里,远地点350公里的椭圆 v3
轨道上运行,然后变轨到距地面343公
里的圆形轨道.比较v1、v2、v3的大小?
第三宇宙速度（逃逸速 度）v3 16.7Km / s
一.地球同步卫星
人类在宇宙发射了多种多样的人 造卫星,其中有一种特别的卫星称 为地球同步卫星(常用做通讯卫星)
1.地球同步卫星: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。
2.同步卫星特点(1)在赤道平面内 (2)周期一定T=24h(3)高度一定 所有同步卫星只能分布在赤道上 方一个确定轨道上,定高度、定周 期、定速率、定角速度、定轨道
6.5宇宙航行(第2课时)
知识回顾
卫星环绕地球做匀速圆周 v 运动的线速度
GM r
F万＝F向
人
造 卫 星
第（ 一环 宇绕
推导 F万 F向 v
GM R
宇 宙 速 度
宇宙速度
宙速
速度
卫星绕地球运
度）
v1 7.9Km / s
的最大速度 发射卫星的最小
速度
第二宇宙速度（脱离速度）v2 11.2Km/ s
同 步 卫 星 h=3.6×107m r=4.2×107m v=3km/s T=24h
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
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
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
7.赤道上随地球自转的物体,近地卫星,同步卫星都绕地心
F运1 动 m,但an是1 万m有( 2T引 )力2 R(an)3有.38什么10区2 N别？
F2
man2
G
Mm R2
9.7 1012 N
F3
ma n3
G
Mm
R h2
P v1
v1__>__v2 人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
v2__<__v3 v1__>__v3
v1>v3>v2
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二.卫星变轨
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 . 5宇宙 航行 ( 共 33张 PPT)
地球赤道上的 物体 R地
24h
V=ωR地
ma=mω2R =GMm/R地2=mg
a同/a物 =r同/ R =6.6/1
近地卫星 R地
85分钟（1.4h）
GM v
r近
ma= GMm/r近2
a同/a近 ＝r近 2/r同2 =1/(6.6)2
同步卫星 6.6R地
24h
v
GM r同
r同
ma=mω2r ＝GMm/r同2
24 3600
角速度： 2 2 3.14 rad / s 7.3105 rad / s
T 24 3600
5.同步卫星的个数: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.
注:凡是人造卫星的问题都可从万有引力=向心力去
列运动方程,即:
Fn
G
Mm r2
man
m
v2
r
m2
r
m
4 2
T2
r
mv
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6.注意区别:地球赤道上的物体,近地卫星,同步卫星
运行半 径r
运行周 期T
线速度 的计算
向心加 速度的 计算 向心加 速度之 比
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