高一物理宇宙航行PPT教学课件 (4)
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第4节 宇宙航行-高一物理课件(人教版2019必修第二册)
2.周期：T＝24h
同步卫星的轨道
一、发射速度 二、环绕速度 三、同步卫星
第4节 宇宙航行
1.定义：相对于地面静止的人造卫星，
2.周期：T＝24h
3.轨道：赤道上方的一个确定轨道上
4.高度：r=6.6R地 h＝5.6R地
注意: 同步卫星的r、 v、ω、 a 、T均为定值
5.发射
同步卫星的发射
问1:卫星在经过同步轨道 和转移轨道都经过B点时 速度哪个大？ 同步轨道
2007年10月24日嫦 娥一号月球探测器发 射成功
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
2008年9月25日 神舟七号 翟志刚、刘伯明 景海鹏
展望未来 美国“凤凰”号火星探测器 2007年8月4日发射， 2008年5月25日在火星着陆。
“卡西尼”号土星探测器 1997年10月15日发射升空， 2004年1日飞抵土星。
问2:卫星在近地轨道和 转移轨道都经过A点时 速度哪个大？ 转移轨道
问3:卫星在同步轨道和近 地轨道时速度、角速度、 加速度哪个大？近地轨道
问4:卫星在哪个轨道周期 哪个大？ 同步轨道
同步轨道
A 8.9km/s
近 地
地球 轨
道
7.9km/s
B 2km/s 3km/s
转移轨道
例2：求同步卫星离地面高度
解：因为是近地卫星，则有h=0（r≈R）
卫星运动的 最大环绕速
度
v
GM R
＝
6.671011 61024 6.40106
m/
s
7.9km /
s
T
4 2R3
GM
43.142 6.67 1011
《宇宙航行》人教版高中物理ppt精美课件
由此解出v = gR = 9.8×6.4×106m / s = 7.9km/ s
自学感知 梳理教材夯实基础
二、人造地球卫星 1.1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功. 1970年4月 24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功.为我国航 天事业作出特殊贡献的科学家 钱学森 被誉为“中国航天之父”. 2.地球同步卫星的特点 地球同步卫星位于赤道 上方高度约36 000 km 处，因 相对地面静止， 也称静止卫星.地球同步卫星与地球以 相同 的角速度转动，周期与 地球自转周期 相同.
r m 4T r T 2 GrM 2
GM m an an r 2
（4）第三宇宙速度 在地面附近发射飞行器,如果要使其挣脱太阳引力的束缚,
飞到太阳系外,必须使它的速度等于或大于_1_6_.7__k_m_/_s__,这个速 度叫作第三宇宙速度。
总结：
发射速度v V<7.9km/s V=7.9km/s
7.9km/s<v<11.2km/s
11.2km/s≤v<16.7km/s 16.7km/s≤v
分别与其轨道半径r的关系吗？
（1）
Mm G r2
= man
解得
GM an = r2
（2）
G
Mm r2
=
m
ν2 r
解得
GM ν=
r
（3）
G
Mm r2
= mrω2
解得
GM ω = r3
（4）
G
Mm r2
4π2 = m T2 r
解得
r3 T = 2π
GM
1 an r 2
v 1 r
1
r3
T r3
自学感知 梳理教材夯实基础
二、人造地球卫星 1.1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功. 1970年4月 24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功.为我国航 天事业作出特殊贡献的科学家 钱学森 被誉为“中国航天之父”. 2.地球同步卫星的特点 地球同步卫星位于赤道 上方高度约36 000 km 处，因 相对地面静止， 也称静止卫星.地球同步卫星与地球以 相同 的角速度转动，周期与 地球自转周期 相同.
r m 4T r T 2 GrM 2
GM m an an r 2
（4）第三宇宙速度 在地面附近发射飞行器,如果要使其挣脱太阳引力的束缚,
飞到太阳系外,必须使它的速度等于或大于_1_6_.7__k_m_/_s__,这个速 度叫作第三宇宙速度。
总结：
发射速度v V<7.9km/s V=7.9km/s
7.9km/s<v<11.2km/s
11.2km/s≤v<16.7km/s 16.7km/s≤v
分别与其轨道半径r的关系吗？
（1）
Mm G r2
= man
解得
GM an = r2
（2）
G
Mm r2
=
m
ν2 r
解得
GM ν=
r
（3）
G
Mm r2
= mrω2
解得
GM ω = r3
（4）
G
Mm r2
4π2 = m T2 r
解得
r3 T = 2π
GM
1 an r 2
v 1 r
1
r3
T r3
高中物理必修2：第4节 宇宙航行ppt课件
【例2】 (多选)如图所示，近地人造卫星和月球绕地球的运行轨道均可视为圆。设 卫星、月球绕地球运行周期分别为T卫、T月，地球自转周期为T地，则( )
A.T卫＜T月 C.T卫＜T地
B.T卫＞T月 D.T卫＝T地
解析 设近地卫星、地球同步轨道卫星和月球绕地球运行的轨道分别为 r 卫、r 同 和 r 月，因 r 月＞r 同＞r 卫，由开普勒第三定律Tr32＝k，可知 T 月＞T 同＞T 卫，又同步 卫星的周期 T 同＝T 地，故有 T 月＞T 地＞T 卫，选项 A、C 正确。
解析 b、d 在同一轨道，线速度大小相等，不可能相撞，选项 A 错误；由 an＝GrM2 知 a、c 的加速度大小相等且大于 b 的加速度，选项 B 正确；由 ω＝ GrM3 知，a、 c 的角速度大小相等，且大于 b 的角速度，选项 C 错误；由 v＝ GrM知，a、c 的 线速度大小相等，且大于 d 的线速度，选项 D 错误。
解析 根据 v＝ GrM可知，卫星的轨道半径 r 越大，即距离地面越远，卫星的环 绕速度越小，v1＝7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，选 项 D 正确；实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆 轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项 A 错误；美国发射的“凤凰号”火 星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项 B 错误；第 二宇宙速度是使物体挣脱地球引力束缚而成为太阳的一颗人造小行星的最小发射 速度，选项 C 正确。 答案 CD
【例 3】 北京时间 2019 年 5 月 17 日 23 时 48 分，我国成功发射第 45 颗北斗导航 卫星。该卫星与此前发射的倾斜地球同步轨道卫星(代号为 P)、18 颗中圆地球轨 道卫星(代号为 Q)和 1 颗地球同步轨道卫星(代号为 S)进行组网，为亚太地区提供 更优质的服务。若这三种不同类型卫星的轨道都是圆轨道，中圆地球轨道卫星的 轨道半径是同步卫星的轨道半径的23，下列说法正确的是( )
高一下学期物理人教版2019必修第二册7.4 宇宙航行(共26张PPT)
行
人造地球卫星的分类
载人航天与太空探索
（2）数值 已知地球质量或重力加速度g，算出v＝_7_.9_k_m__/s_，这就是物
体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇 宙速度。
（3）物理意义 ①第一宇宙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； ②第一宇宙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（ v GM ）；也就是紧贴地面的运行速度。
在我国的探月工程与深空探测任务中，嫦娥四号于2019年1月3日实 现了人类航天器首次月球背面软着陆与巡视探测。嫦娥五号于2020 年12月1日着陆于月球的天船基地，共获取月球样品1 731 g，成为 人类历史上无人自动采集月球样品最多的一次。2021年5月15日， 天问一号探测器着陆火星，祝融号火星车随后开展了探测火星巡视 区形貌和地质构造等任务，并传回科学影像图，这标志着我国首次 火星探测任务取得圆满成功。
7.4 宇宙航行
1.知道宇宙三大速度，并能会推导第一宇宙速度。 2.知道同步卫星和其他卫星的区别，能分析、解决人造地球卫星 运动的较简单的问题。 3.了解宇宙航行的历程和进展。
前面咱们学习过平抛运动，也就是说在 地面上抛出一个物体，水平初速度越大， 抛出的水平距离也就越远。如果水平速 度足够大的话，物体呢就不会落回地面。 牛顿猜想，抛出速度很大时，物体就不 会落回地面，这个速度有多大呢？
3.第三宇宙速度 （1）大小：v3＝16.7 km/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。 （3）别称：脱离速度
第一宇宙速度 第二宇宙速度 第三宇宙速度
三个宇宙速度的对比
数值
7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s
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。
《高一物理宇宙航行》课件
空间站
解释空间站的功能和国际空间站 的建设。
月球车
讨论月球车在月球探索中的重要 作用。
宇宙航行的原理与实践
引力和运动定律
解释宇宙中的引力和运动定 律对宇宙航行的影响。
航天器设计
介绍航天器的不同部分和设 计原理。
航天员训练
阐述航天员训练的内容和重 要性。
未来的宇宙探索计划
1
宙的探索计划。
《高一物理宇宙航行》 PPT课件
本课件将介绍物理宇宙航行的精彩内容，带你领略宇宙的探索历程、太阳系 和行星、太空探索技术、宇宙航行的原理与实践、未来的宇宙探索计划以及 总结和展望。
课程介绍
介绍本课程的目标和重要性，激发学生的学习兴趣，并解释宇宙航行对人类 的意义。
宇宙的探索历程
1
古代观星
人类通过观测星象开始对宇宙进行认识。
伽利略望远镜
2
伽利略通过望远镜首次观测到月球和其
他星体，改变了人们对宇宙的看法。
3
太空探索时代
科学家开始使用火箭和太空船进入太空 实施探索任务。
太阳系和行星
太阳系
介绍太阳系的构成以及各个行星的特点。
行星探索
解释人类对行星的探测和研究，包括火星、木星等。
太空探索技术
航天飞机
详细介绍航天飞机的发展历程和 作用。
3
火星任务
介绍计划中的火星任务以及人类在火星 上的未来。
太阳系外生命探索
展望人类发现太阳系外生命的可能性。
总结和展望
总结宇宙航行的重要性和成就，展望未来的发展和挑战。
宇宙航行(课件)高一物理(人教版2019必修第二册)
新课讲授
一、宇宙速度
5. 第三宇宙速度：
达到第二宇宙速度的飞行器还无 法脱离太阳对它的引力。在地面附近 发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引 力的束缚，飞到太阳系外，必须使它 的速度等于或大于 16.7 km/s， 这个 速度叫作第三宇宙速度。
新课讲授
二、人造地球卫星
1.我国的发射的卫星
1970年4月24日，我国第 一颗人造地球卫星“东方红1号 ”发射成功，开创了中国航天 史的新纪元。
v＝7.9 km/s是最小的发射速度
新课讲授
(3)第一宇宙速度的理解：
②“ 最大环绕速度” ：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由
GMr2m＝m
v2可 r
得 v＝ GM，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运 r
动的卫星的最大环绕速度。
1 9
，火星的半径约为地球半径的
1 2
。下列关于火星探
测器的说法中正确的是（ CD ）
A．发射速度只要大于第一宇宙速度即可
B．发射速度只有达到第三宇宙速度才可以
C．发射速度应大于等于第二宇宙速度且小于第三宇宙速度
D．火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球第一宇宙速度的
2 3
课堂练习
【答案】CD
【详解】ABC．火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，但还在太阳系内，发射速度应大于等于第
2
3 ，D 正确。
故选 CD。
课堂练习
4．地球同步卫星离地心的距离为 r，运行速率为 v1，向心加速度为 a1，地球赤道上的物体
随地球自转的向心加速度为 a2，地球的第一宇宙速度为 v2，半径为 R，则下列比例关系中
人教版高一物理必修二宇宙航行PPT课件
r
（2）近地卫星的轨道半径等于地球半径。
2.速度计算
M
设地球的质量为M，人造卫星质量为m，
它到地心的距离为r，求卫星的速度v。
卫星运动所需的向心力由万有引力提供， 所以
mv2 r
G
Mm r2
解得： v GM
r
对于近地卫星，r=R=6.4×106m，
v
6.6710-11 5.981024
6.4 106
人教版高一物理必修二第六章 6.5宇宙航行（30张PPT）
六、地球同步卫星 1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星， 它位于地球赤道正上方，跟地球同步做匀速圆周运动， 它的周期：T＝24h
人教版高一物理必修二第六章 6.5宇宙航行（30张PPT）
人教版高一物理必修二第六章 6.5宇宙航行（30张PPT）
1. 发射速度 发射速度是指航天器搭载在火箭中 随火箭一起上升过程结束后与火箭 分离时的速度。
2. 运行速度
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。
3.说明：
（1）三个宇宙速度均是指发射速度。 （2）第一宇宙速度是在地面附近 发射卫星的最小速度，也是卫星 环绕地球运行的最大速度。
人教版高一物理必修二第六章 6.5宇宙航行（30张PPT）
m/s
7.9103m / s
7.9km/ s
三、宇宙速度
1.第一宇宙速度： v1 7.9km / s
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（又叫环绕速度）。
2.第二宇宙速度： v2 11.2km / s
当物体的速度等于或大于11.2km/s时， 它就会克服地球引力，永远离开地球。 我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。
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mg m v2 R
vg R 6 .3 7 1 0 6 9 .8 m /s 7 .9 k m /s
方法二：卫星做圆周运动，由万 有引力提供向心力，根据r
v G r M 6 .6 7 1 6 0 . 3 1 7 1 1 5 0 .8 6 9 1 0 2 4 m /s 7 .9 k m /s
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，卫星的环绕速度为v，由于
卫星运动所需的向心力由万有引力提供
卫星绕地球环绕的速度是?
GMm mv2
r2
r
v GM r
r大, v发射大;而v环绕却小
行星
地球同步卫星
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和 地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位 于赤道平面内，且到地面的高度一定。
v316.7km /s
②如果人造天体具有这样的速度并沿着地球 绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和 太阳引力的束缚而邀游太空了．
3 人造卫星的发射速度与 环绕速度是两个不同的概念
高轨道发射卫星比低轨道发射卫星困难。 原因是高轨道发射卫星时火箭要克服地球 对它的引力做更多的功．
环绕速度：是指卫星在进入环绕轨道后 绕地球做匀速圆周运动的线速度
在地球上抛出的物体，当它的速度足 够大时，物体就永远不会落到地面上，它 将围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。 简称人造卫星。
V0 O
地球
A
B
C
D
以平抛运动为模型的推理过程
牛顿人造卫星原理图
这个速度应该有多大呢？
方法一：由于卫星在地球附近环绕时，卫星 做圆周运动的向心力可看作由重力提供，根 据牛顿第二定律得
由此可见： V=7.9km/s
这就是物体在地面附近绕地球做匀 速圆周运动所必须具备的最小速度， 称为：第一宇宙速度（环绕速度）
在地面附近发射飞行器，如果它的 速度大于7.9km/s会怎么样呢？
在地面附近发射 飞行器，如果发 射速度大于 7.9km/s，而小于 11.2km/s，那么它 绕地球运动的轨 道就不是圆，而 是椭圆。
rvwTa “全部固定”
T=1天=86400秒 h=36000Km V=3.07Km/s
梦想成真：
谁为人类迈向太空提供科学思想 19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气 推进的多级火箭） 第一颗人造地球卫星何时何地发射成功
1957年10月4日苏联 第一艘载人飞船何时何地发射成功
1961年4月12日 苏联 加加林 东方一号载人飞船 人类何时登上月球
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
对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言， 却是巨大飞跃
中国航天事业
1992年载人航天工程正式启动 2003年10月15日9时，神州5号宇宙飞船在酒泉卫星中心成 功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行14圈，10月 16日6时23分降落在内蒙古主着陆场 中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家
神舟六号发射升空
宇航员聂海胜太空中拍照片
费俊龙聂海胜空地通话
两位宇航员凯旋归来
V3=16.7km/s
V2=11.2km/s
地球
V1=7.9km/s
如果速度继续增加，达到或大于 11.2km/s时，它就会克服地球的引力， 永远离开地球，成为绕太阳运动的 一颗人造行星
我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度
(脱离速度)
（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：
①意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小 发射速度．
vg R 6 .3 7 1 0 6 9 .8 m /s 7 .9 k m /s
方法二：卫星做圆周运动，由万 有引力提供向心力，根据r
v G r M 6 .6 7 1 6 0 . 3 1 7 1 1 5 0 .8 6 9 1 0 2 4 m /s 7 .9 k m /s
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，卫星的环绕速度为v，由于
卫星运动所需的向心力由万有引力提供
卫星绕地球环绕的速度是?
GMm mv2
r2
r
v GM r
r大, v发射大;而v环绕却小
行星
地球同步卫星
所谓地球同步卫星，是相对于地面静止的和 地球具有相同周期的卫星，同步卫星必须位 于赤道平面内，且到地面的高度一定。
v316.7km /s
②如果人造天体具有这样的速度并沿着地球 绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和 太阳引力的束缚而邀游太空了．
3 人造卫星的发射速度与 环绕速度是两个不同的概念
高轨道发射卫星比低轨道发射卫星困难。 原因是高轨道发射卫星时火箭要克服地球 对它的引力做更多的功．
环绕速度：是指卫星在进入环绕轨道后 绕地球做匀速圆周运动的线速度
在地球上抛出的物体，当它的速度足 够大时，物体就永远不会落到地面上，它 将围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。 简称人造卫星。
V0 O
地球
A
B
C
D
以平抛运动为模型的推理过程
牛顿人造卫星原理图
这个速度应该有多大呢？
方法一：由于卫星在地球附近环绕时，卫星 做圆周运动的向心力可看作由重力提供，根 据牛顿第二定律得
由此可见： V=7.9km/s
这就是物体在地面附近绕地球做匀 速圆周运动所必须具备的最小速度， 称为：第一宇宙速度（环绕速度）
在地面附近发射飞行器，如果它的 速度大于7.9km/s会怎么样呢？
在地面附近发射 飞行器，如果发 射速度大于 7.9km/s，而小于 11.2km/s，那么它 绕地球运动的轨 道就不是圆，而 是椭圆。
rvwTa “全部固定”
T=1天=86400秒 h=36000Km V=3.07Km/s
梦想成真：
谁为人类迈向太空提供科学思想 19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气 推进的多级火箭） 第一颗人造地球卫星何时何地发射成功
1957年10月4日苏联 第一艘载人飞船何时何地发射成功
1961年4月12日 苏联 加加林 东方一号载人飞船 人类何时登上月球
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
对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言， 却是巨大飞跃
中国航天事业
1992年载人航天工程正式启动 2003年10月15日9时，神州5号宇宙飞船在酒泉卫星中心成 功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行14圈，10月 16日6时23分降落在内蒙古主着陆场 中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家
神舟六号发射升空
宇航员聂海胜太空中拍照片
费俊龙聂海胜空地通话
两位宇航员凯旋归来
V3=16.7km/s
V2=11.2km/s
地球
V1=7.9km/s
如果速度继续增加，达到或大于 11.2km/s时，它就会克服地球的引力， 永远离开地球，成为绕太阳运动的 一颗人造行星
我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度
(脱离速度)
（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：
①意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小 发射速度．