第5节 宇宙航行
G Mm r
2
mvຫໍສະໝຸດ 2vGM r
r
v
1 r
卫星离地心越远，它运行的速度越慢。
近地面的卫星的速度是多少呢？
已 知 ： G 6.67 10
11
N m / kg
2
2
R 6.37 10 m
6
M 5.89 10 kg
24
24
v1
GM R
6.67 10
11
5.89 10
6
6.37 10
m / s 7.9 km / 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。
1．第一宇宙速度(7.9km/s)
卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，叫 第一宇宙速度． 将人造地球卫星送入预定的轨道运行所必须具 有的速度，叫发射速度． 轨道越高，绕地球运行的环绕速度越小．
第五节 宇宙航行
一、宇宙速度
从高山上用不 同的水平速度抛出 物体,速度越大,落 点离山脚越远. 如果没有空气阻力,当速度 足够大时,物体就永远不会落到 地面上,它将成为一颗绕地球运 动的人造地球卫星.
地球
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如何推算？
2005年 10月12日9时 整，航天员 费俊龙、聂 海胜驶乘神 舟六号载人 飞船飞向太 空，开始了 中国人首次 双人太空多 日行。 这标志着中国载人航天飞行由神舟五号的验 证性飞行试验完全过渡到真正意义上有人参与的 空间飞行试验。
四、人造卫星的超重和失重
1、发射和回收阶段
发射
回收
加速上升
减速下降
近地卫星、同步卫星、月球三者比较 月球
h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s T=27天 近 地 卫 星
同 步 卫 星
h=3.6×107m
r=4.2×107m v=3km/s T=24h
h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=84分钟
练习：
T 2 r
3
求近地卫星的周 期
地
GM
2 3.14
(6.37 10 )
6
3 24
6.67 10
3
11
5.89 10
s
5.07 10 s 84.5 min
我们能否发射一颗周期为 50min的卫星呢？
三、梦想成真
探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是 人类自古以来的梦想，现在真的“梦想成真” 了． 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星 发射成功． 1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了 “东方一号”载人飞船．火箭点火起飞绕地球飞 行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降 落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑． 1969年7月16日9时32分，“阿波罗11号”成 功登临月球，载人航天技术迅速发展．
二、人造卫星的运动规律
(1) 由 G
(2) 由 G
M 地 m卫 r
2
m卫
v
2
得 :v
2
GM 地 r
GM 地 r
3
r
M 地 m卫 r
2
m 卫 r 得 :
m卫 4 T
2 2
(3) 由 G
M 地 m卫 r
2
r 得 :T 2
r
3
GM 地
可见：v、ω、T 与 r 为 一 一对应关系
超重
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
天平 弹簧秤测重力 液体压强计
五、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，它在轨道上跟着地球自转，同步地 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。
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 送入太空． 这次成功发射实现 了中华民族千年的飞天 梦想． 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．
因此，第一宇宙速度是人造地球卫星在地面附 近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是人造 地球卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的最大速 度，也是发射人造地球卫星的最小速度．
2、第二宇宙速度： V3=16.7km/ 在地面上发射飞行器， s V2=11.2km/s 如果发射速度大于7.9 km/s 而小于11.2 km/s时，它绕 V1=7.9km/s 地球 地球运行的轨道不是圆而是 椭圆．当发射速度等于或大 于11.2 km/s时，它就会克服 地球的引力成为绕太阳运转的人造行星或飞到其 他行星上去．11.2 km/s称为第二宇宙速度． 3、第三宇宙速度： 当物体的速度v≥16.7km/s，物体就摆脱了太 阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。 这个速度叫第三宇宙速度。
对同步卫星： 其r、 v、ω、T 、g 均为 定值
练习：
GM 地 m卫 (R 地 h)
3 2
求同步卫星离地面高度
2 T
设卫星离地面高度为h m卫 ( ) (R 地 h)
2
由
h
4
解得h
GM 地T 4
2
2
R 地 3.6 10 km
5.6R 地
地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h ？
2
mvຫໍສະໝຸດ 2vGM r
r
v
1 r
卫星离地心越远，它运行的速度越慢。
近地面的卫星的速度是多少呢？
已 知 ： G 6.67 10
11
N m / kg
2
2
R 6.37 10 m
6
M 5.89 10 kg
24
24
v1
GM R
6.67 10
11
5.89 10
6
6.37 10
m / s 7.9 km / 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。
1．第一宇宙速度(7.9km/s)
卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，叫 第一宇宙速度． 将人造地球卫星送入预定的轨道运行所必须具 有的速度，叫发射速度． 轨道越高，绕地球运行的环绕速度越小．
第五节 宇宙航行
一、宇宙速度
从高山上用不 同的水平速度抛出 物体,速度越大,落 点离山脚越远. 如果没有空气阻力,当速度 足够大时,物体就永远不会落到 地面上,它将成为一颗绕地球运 动的人造地球卫星.
地球
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如何推算？
2005年 10月12日9时 整，航天员 费俊龙、聂 海胜驶乘神 舟六号载人 飞船飞向太 空，开始了 中国人首次 双人太空多 日行。 这标志着中国载人航天飞行由神舟五号的验 证性飞行试验完全过渡到真正意义上有人参与的 空间飞行试验。
四、人造卫星的超重和失重
1、发射和回收阶段
发射
回收
加速上升
减速下降
近地卫星、同步卫星、月球三者比较 月球
h=3.8×108m r≈3.8×108m v=1km/s T=27天 近 地 卫 星
同 步 卫 星
h=3.6×107m
r=4.2×107m v=3km/s T=24h
h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=84分钟
练习：
T 2 r
3
求近地卫星的周 期
地
GM
2 3.14
(6.37 10 )
6
3 24
6.67 10
3
11
5.89 10
s
5.07 10 s 84.5 min
我们能否发射一颗周期为 50min的卫星呢？
三、梦想成真
探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是 人类自古以来的梦想，现在真的“梦想成真” 了． 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星 发射成功． 1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了 “东方一号”载人飞船．火箭点火起飞绕地球飞 行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降 落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑． 1969年7月16日9时32分，“阿波罗11号”成 功登临月球，载人航天技术迅速发展．
二、人造卫星的运动规律
(1) 由 G
(2) 由 G
M 地 m卫 r
2
m卫
v
2
得 :v
2
GM 地 r
GM 地 r
3
r
M 地 m卫 r
2
m 卫 r 得 :
m卫 4 T
2 2
(3) 由 G
M 地 m卫 r
2
r 得 :T 2
r
3
GM 地
可见：v、ω、T 与 r 为 一 一对应关系
超重
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
天平 弹簧秤测重力 液体压强计
五、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，它在轨道上跟着地球自转，同步地 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。
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 送入太空． 这次成功发射实现 了中华民族千年的飞天 梦想． 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．
因此，第一宇宙速度是人造地球卫星在地面附 近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是人造 地球卫星绕地球做匀速圆周运动所具有的最大速 度，也是发射人造地球卫星的最小速度．
2、第二宇宙速度： V3=16.7km/ 在地面上发射飞行器， s V2=11.2km/s 如果发射速度大于7.9 km/s 而小于11.2 km/s时，它绕 V1=7.9km/s 地球 地球运行的轨道不是圆而是 椭圆．当发射速度等于或大 于11.2 km/s时，它就会克服 地球的引力成为绕太阳运转的人造行星或飞到其 他行星上去．11.2 km/s称为第二宇宙速度． 3、第三宇宙速度： 当物体的速度v≥16.7km/s，物体就摆脱了太 阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。 这个速度叫第三宇宙速度。
对同步卫星： 其r、 v、ω、T 、g 均为 定值
练习：
GM 地 m卫 (R 地 h)
3 2
求同步卫星离地面高度
2 T
设卫星离地面高度为h m卫 ( ) (R 地 h)
2
由
h
4
解得h
GM 地T 4
2
2
R 地 3.6 10 km
5.6R 地
地球同步卫星能否位于厦门正上方某一确定高度h ？
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6,5宇宙航行0PPT
一、牛顿关于卫星的设想 问 题 情 境
问题: 地面上抛出的物 体,由于受到地球引 力的作用,最终都要 落回到地面。
1. 月球也要受到地球引力的作用 , 为什么月亮 不会落到地面上来?
由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转 , 此时月球受 到的地球引力 (即重力), 用来充当绕地球运转的向心力 ,故 月球不会落到地面上来.
三、梦想成真
世界航天
1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上 亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈 出了一小步，确是人类迈出的一大步。
三、梦想成真
1984年4月12日，第一架航 天飞机哥伦比亚号发射成功。
世界航天
航天飞机资料：可重复使 用的用运载火箭发射的飞 行器，用于进入地球轨道， 在地球与轨道航天器之间 运送人员和物资，并滑翔 降落于地面。
第5节 宇宙航行
中 国 人 的 飞 天 梦
外国人的“飞天”梦
飞天之梦的历史
知道了行星的运动规律，学习了万有引力定律
我们将要讨论的问题：
为什么宇宙飞船 能登上月球？
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？
时至今日，数千颗人造卫星正在按照 万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地 球运转着。牛顿发现的万有引力定律取得 了如此辉煌的成就，以至于阿波罗8号从 月球返航的途中，当地面控制中心问及 “是谁在驾驶”的时候，指令长这样回答： “我想现在是牛顿在驾驶。”
拓展：同步卫星
5、同步卫星高度固定不变
（Ｒ＋ｈ） 高度 ：ｈ＝ -
km
2r 2 3.14 4.237 107 v m / s 3.1km / s 线速度： T 24 3600 2 2 3.14 5 角速度： T 24 3600 rad / s 7.3 10 rad / s
2020年高中物理第五节《宇宙航行》教案人教版必修2
第七章万有引力与航天第五节宇宙航行一、教学目标1、知识与技能：(1)了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
(2)知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
2、过程与方法：(1)通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。
3、情感态度与价值观：(1)通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。
(2)感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。
二、教学内容剖析1、本节课的地位和作用：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=GM / R或V= . gR,数值上M=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.V2=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,V3=11.2km/s.2、本节课教学重点：对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。
3、本节课教学难点：1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
三、教学思路与方法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。
四、教学准备多媒体课件，细线，塑料瓶课堂教学设计的呢？师：牛顿设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹, 初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。
人教版高中物理必修2第6章第5节《宇宙航行》ppt课件
③ 根据老师的提示抓住老师的思路。老师在教学中经常有一些提示用语，如“请注意”、“我再重复一遍”、“这个问题的关键是····”等等，这些 用语往往体现了老师的思路。来自：学习方法网
④ 紧跟老师的推导过程抓住老师的思路。老师在课堂上讲解某一结论时，一般有一个推导过程，如数学问题的来龙去脉、物理概念的抽象归纳、语 文课的分析等。感悟和理解推导过程是一个投入思维、感悟方法的过程，这有助于理解记忆结论，也有助于提高分析问题和运用知识的能力。
典型 例5 人类曾向木星发射“伽利略”号木星探测器，该
例题
探测器在太空中行程37亿千米并最终成功进入绕木星 运行的轨道。此后不断发回拍摄到的照片，为人类近 距离了解木星提供了大量的资料，则人类在地面上发 射“伽利略”号的速度应为（ ） A.等于7.9 km/s B.大于7.9 km/s而小于11.2 km/s C.大于11.2 km/s而小于16.7 km/s D.大于16.7 km/s
2019/8/11
最新中小学教学课件
26
① 根据课堂提问抓住老师的思路。老师在讲课过程中往往会提出一些问题，有的要求回答，有的则是自问自答。一般来说，老师在课堂上提出的问 题都是学习中的关键，若能抓住老师提出的问题深入思考，就可以抓住老师的思路。
② 根据自己预习时理解过的逻辑结构抓住老师的思路。老师讲课在多数情况下是根据教材本身的知识结构展开的，若把自己预习时所理解过的知识 逻辑结构与老师的讲解过程进行比较，便可以抓住老师的思路。
巩固练习
巩固练习
3.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地
球的6倍，半径是地球的1.5倍，则这颗行星的第一宇宙速
度约为多大？
（16 km/s）
布置作业
④ 紧跟老师的推导过程抓住老师的思路。老师在课堂上讲解某一结论时，一般有一个推导过程，如数学问题的来龙去脉、物理概念的抽象归纳、语 文课的分析等。感悟和理解推导过程是一个投入思维、感悟方法的过程，这有助于理解记忆结论，也有助于提高分析问题和运用知识的能力。
典型 例5 人类曾向木星发射“伽利略”号木星探测器，该
例题
探测器在太空中行程37亿千米并最终成功进入绕木星 运行的轨道。此后不断发回拍摄到的照片，为人类近 距离了解木星提供了大量的资料，则人类在地面上发 射“伽利略”号的速度应为（ ） A.等于7.9 km/s B.大于7.9 km/s而小于11.2 km/s C.大于11.2 km/s而小于16.7 km/s D.大于16.7 km/s
2019/8/11
最新中小学教学课件
26
① 根据课堂提问抓住老师的思路。老师在讲课过程中往往会提出一些问题，有的要求回答，有的则是自问自答。一般来说，老师在课堂上提出的问 题都是学习中的关键，若能抓住老师提出的问题深入思考，就可以抓住老师的思路。
② 根据自己预习时理解过的逻辑结构抓住老师的思路。老师讲课在多数情况下是根据教材本身的知识结构展开的，若把自己预习时所理解过的知识 逻辑结构与老师的讲解过程进行比较，便可以抓住老师的思路。
巩固练习
巩固练习
3.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地
球的6倍，半径是地球的1.5倍，则这颗行星的第一宇宙速
度约为多大？
（16 km/s）
布置作业
人教版高中物理必修2第六章第5节宇宙航行练习题
高中物理人教版必修2第六章5宇宙航行练习题一、单选题1.我国在轨运行的气象卫星有两类，如图所示，一类是极地轨道卫星“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为，另一类是地球同步轨道卫星“风云2号”，运行周期为下列说法正确的是A. “风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度B. “风云2号”的运行速度大于C. “风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度D. “风云1号”“风云2号”相对地面均静止2.北斗问天，国之夙愿．我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍．在发射地球静止轨道卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球静止轨道Ⅱ则下列说法中正确的是A. 该卫星的发射速度必定大于B. 卫星在地球静止轨道Ⅱ的运行速度必定大于C. 卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道ⅡD. 卫星在轨道Ⅰ上经过Q点加速度小于在轨道Ⅱ上经过Q点的加速度3.在发射一颗质量为m的人造地球同步卫星时，先将其发射到贴近地球表面运行的圆轨道Ⅰ上离地面高度忽略不计，再通过一椭圆轨道Ⅱ变轨后到达距地面高为h的预定圆轨道Ⅲ上。
已知它在圆轨道Ⅰ上运行的加速度为g，地球半径为R，卫星在变轨过程中质量不变，则A. 卫星在轨道Ⅲ上运行的加速度大小为B. 卫星在轨道Ⅲ上运行的线速度大小为C. 卫星在轨道Ⅲ上的动能大于在轨道Ⅰ上的动能D. 卫星在轨道Ⅲ上的机械能小于在轨道Ⅰ上的机械能4.利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯．目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的倍．假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为A. B. C. D.5.关于第一宇宙速度，下列说法不正确的是A. 它是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最小运行速度B. 它是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度C. 它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度D. 它是发射卫星时的最小发射速度6.地球赤道上的山丘e，近地资源卫星p、同步通信卫星q和月球m，均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动设e、p、q、m的圆周运动速率分别为、、、，向心加速度分别为、、、，则A. B.C. D.7.2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星同步卫星，该卫星A. 入轨后可以位于北京正上方B. 入轨后的速度大于第一宇宙速度C. 发射速度大于第二宇宙速度D. 若发射到近地圆轨道所需能量较少8.北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。
第5节 宇宙航行(教案)
(1)轨道平面：与赤道共面
(2)周期T＝24h
(3)轨道半径：r＝4.22×104Km
(4)运行速度：3.1km/s
(5)所有同步卫星的绕行方向相同，与地球自转方向一致
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度
设地球和绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量分别为M、m,飞行器到地心的距离是r，飞行器的速度为v：
从上式可以看出：卫星距地心越远，它的运行速度越小。（必须说明的是：虽然距地面高的卫星运行速度比靠近地球表面的卫星运行速度小，由于向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难,以后可用能量观点分析）
展望21世纪，人类将插上科技的翅膀，在更加广阔的宇宙空间纵横驰骋！
例题1：某人造地球卫星距地面高h，绕地球做匀速圆周运动。地球质量为M，地球半径为R，引力常量为G。
(1)用h、R、G、M表示卫星的周期、线速度V、角速度ω、向心加速度an
(2)离地面越高的卫星，T、V、ω、an如何变化？
(3)若已知地球半径为6400km，地球表面的重力加速度为9.8m/s2,求最小周期。
对靠近地面的人造卫星，可以认为它的轨道半径r近似等于地球的半径R，在上式中把r用R代入，可算出：
这就是物体Leabharlann 地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度。
2、第二宇宙速度
在地面附近发射飞行器，如果发射速度满足7.9km/s<V<11.2km/s，它将以椭圆轨道绕地球运行，当V>11.2km/s时，卫星就会克服地球引力，永远离开地球。把11.2km/s叫做第二宇宙速度。
教学过程
教学内容
二次备课
通过设计的问题情境，导入新课
牛顿在思考万有引力定律时就曾思考过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次离山脚远。如果速度足够大，物体就不会落到地面上来，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。可以想象，这个速度是很大的，现在来计算一下，这个速度究竟有多大？
(2)周期T＝24h
(3)轨道半径：r＝4.22×104Km
(4)运行速度：3.1km/s
(5)所有同步卫星的绕行方向相同，与地球自转方向一致
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度
设地球和绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量分别为M、m,飞行器到地心的距离是r，飞行器的速度为v：
从上式可以看出：卫星距地心越远，它的运行速度越小。（必须说明的是：虽然距地面高的卫星运行速度比靠近地球表面的卫星运行速度小，由于向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难,以后可用能量观点分析）
展望21世纪，人类将插上科技的翅膀，在更加广阔的宇宙空间纵横驰骋！
例题1：某人造地球卫星距地面高h，绕地球做匀速圆周运动。地球质量为M，地球半径为R，引力常量为G。
(1)用h、R、G、M表示卫星的周期、线速度V、角速度ω、向心加速度an
(2)离地面越高的卫星，T、V、ω、an如何变化？
(3)若已知地球半径为6400km，地球表面的重力加速度为9.8m/s2,求最小周期。
对靠近地面的人造卫星，可以认为它的轨道半径r近似等于地球的半径R，在上式中把r用R代入，可算出：
这就是物体Leabharlann 地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度。
2、第二宇宙速度
在地面附近发射飞行器，如果发射速度满足7.9km/s<V<11.2km/s，它将以椭圆轨道绕地球运行，当V>11.2km/s时，卫星就会克服地球引力，永远离开地球。把11.2km/s叫做第二宇宙速度。
教学过程
教学内容
二次备课
通过设计的问题情境，导入新课
牛顿在思考万有引力定律时就曾思考过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次离山脚远。如果速度足够大，物体就不会落到地面上来，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。可以想象，这个速度是很大的，现在来计算一下，这个速度究竟有多大？
§6.5宇宙航行
基本思路：卫星绕地球做圆周运动的 向心力由地球对卫星的万有引力提供
近地面的卫星的速度的得出：
对于靠近地面的卫星，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
6.6710115.891024 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，
轨道是椭圆（环绕地球）
脱离地球（环绕太阳） 脱离太阳
第二宇宙速度 第三宇宙速度
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越
小
（2）离地面越高，线速度越
小
（3）离地面越高，周期越
大
（4）离地面越高，角速度越
小
（5）离地面越高，向心加速度越 小
各种各样的卫星……
返回
北
F2
西
赤道平面
叫做第一宇宙速度。
描述卫星运动的量：
线速度、角速度、周期与半径的关系？
(1)由
GM
得:ｖ＝ r
(2)由Ｇ＝ｍω２ｒ得：ω＝
GM r3
(3)由G＝４π２
mR T2
得：Ｔ＝２π
R3 GM
可见：V 、W 、T 与 r 为 一 一对应关系
• 运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动
的线速度
• 发射速度 指被发射物体离开地面时的水平初
F1
F3
东
南
西昌卫星发射中心
酒泉卫星发射基地
太 原 卫 星 发 射 中
心
小结
1、宇宙速度 7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s 第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，
近地面的卫星的速度的得出：
对于靠近地面的卫星，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
6.6710115.891024 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，
轨道是椭圆（环绕地球）
脱离地球（环绕太阳） 脱离太阳
第二宇宙速度 第三宇宙速度
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越
小
（2）离地面越高，线速度越
小
（3）离地面越高，周期越
大
（4）离地面越高，角速度越
小
（5）离地面越高，向心加速度越 小
各种各样的卫星……
返回
北
F2
西
赤道平面
叫做第一宇宙速度。
描述卫星运动的量：
线速度、角速度、周期与半径的关系？
(1)由
GM
得:ｖ＝ r
(2)由Ｇ＝ｍω２ｒ得：ω＝
GM r3
(3)由G＝４π２
mR T2
得：Ｔ＝２π
R3 GM
可见：V 、W 、T 与 r 为 一 一对应关系
• 运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动
的线速度
• 发射速度 指被发射物体离开地面时的水平初
F1
F3
东
南
西昌卫星发射中心
酒泉卫星发射基地
太 原 卫 星 发 射 中
心
小结
1、宇宙速度 7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s 第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，
6.5宇宙航行.ppt
答案 A
题型一：天体运动规律的理解及应用
变式训练： 如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意 图，先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道Ⅰ上.在 卫星经过 A 点时点火实施变轨，进入远地点为 B 的椭圆 轨道Ⅱ，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ. 已知地球表面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球 的半径为R，求： (1)近地轨道Ⅰ上的速度大小； (2)远地点B距地面的高度．
题型三：
卫星、飞船的发射和变轨问题
变式训练：．宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若 飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站， 可采取的方法是( ) A．飞船加速直到追上空间站，完成对接 B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空 间站完成对接 C．飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对 接 D．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接
答案 B
题型二：“赤道物体”与“同步卫星”以及“近地卫星”的区别
• 变式训练:
• 设同步卫星离地心距离为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( AD ) 2 a1 r a1 R 2 r • A． a 2 R B． a 2
h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=85分钟
比较赤道上的某一点、近地卫星、 同步卫星的T、ω、v、a
题型一：天体运动规律的理解及应用
1.如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕 质量为M和2M的行星做匀速圆周运动.下列说法正确的是 ( ) A.甲的向心加速度比乙的小 B.甲的运行周期比乙的小 C.甲的角速度比乙的大 D.甲的线速度比乙的大
例题分析
1、人造地球卫星的轨道半径越大，则( A、速度越小，周期越小 B、速度越小，加速度越小 C、加速度越小,周期越大 D、角速度越小,加速度越大
题型一：天体运动规律的理解及应用
变式训练： 如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意 图，先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道Ⅰ上.在 卫星经过 A 点时点火实施变轨，进入远地点为 B 的椭圆 轨道Ⅱ，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ. 已知地球表面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球 的半径为R，求： (1)近地轨道Ⅰ上的速度大小； (2)远地点B距地面的高度．
题型三：
卫星、飞船的发射和变轨问题
变式训练：．宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若 飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站， 可采取的方法是( ) A．飞船加速直到追上空间站，完成对接 B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空 间站完成对接 C．飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对 接 D．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接
答案 B
题型二：“赤道物体”与“同步卫星”以及“近地卫星”的区别
• 变式训练:
• 设同步卫星离地心距离为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( AD ) 2 a1 r a1 R 2 r • A． a 2 R B． a 2
h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=85分钟
比较赤道上的某一点、近地卫星、 同步卫星的T、ω、v、a
题型一：天体运动规律的理解及应用
1.如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕 质量为M和2M的行星做匀速圆周运动.下列说法正确的是 ( ) A.甲的向心加速度比乙的小 B.甲的运行周期比乙的小 C.甲的角速度比乙的大 D.甲的线速度比乙的大
例题分析
1、人造地球卫星的轨道半径越大，则( A、速度越小，周期越小 B、速度越小，加速度越小 C、加速度越小,周期越大 D、角速度越小,加速度越大
课件6：6.5 宇宙航行
C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度
D.它运行的线速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
【解析】地球同步卫星一定位于赤道上空,故选项A正确;根
据万有引力提供向心力可知,地球同步卫星的轨道是确定的,故
选项B正确;稳定运行时v=
,故同步卫星的速度小于第一宇
宙速度,选项C正确、选项D错误。
4.下列关于三种宇宙速度的说法正确的是( CD )。
第三宇宙速度,选项B错误;第二宇宙速度是物体挣脱地球束缚,而
成为一颗绕太阳运行的人造行星的最小发射速度,选项C正确。
拓展一:对卫星运动问题的分析
1.如图所示,a、b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造
地球卫星,a、b质量相同且小于c的质量,下列说法中正确的是
( C )。
A.b、c的线速度大小相等,且大于a的线速度
-R=3.59×107
m
又G
=m
(+) +
得v=
=3.08×103
+
m/s。
【答案】3.59×107 m
3.08×103 m/s
谢谢
大家
所以v=
∝
,与卫星质量无关,由图知rb=rc>ra,则
vb=vc<va,A选项错误
∝
,与卫星质量无关,由rb=rc>ra,得ab=ac<aa,B选项错
a=
T=
∝
,与卫星质量无关,由rb=rc>ra,得Tb=Tc>Ta,C选项
正确;F=G ∝ ,与质量m和半径r有关,由ma=mb<mc,rb=rc>ra,
D.它运行的线速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
【解析】地球同步卫星一定位于赤道上空,故选项A正确;根
据万有引力提供向心力可知,地球同步卫星的轨道是确定的,故
选项B正确;稳定运行时v=
,故同步卫星的速度小于第一宇
宙速度,选项C正确、选项D错误。
4.下列关于三种宇宙速度的说法正确的是( CD )。
第三宇宙速度,选项B错误;第二宇宙速度是物体挣脱地球束缚,而
成为一颗绕太阳运行的人造行星的最小发射速度,选项C正确。
拓展一:对卫星运动问题的分析
1.如图所示,a、b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造
地球卫星,a、b质量相同且小于c的质量,下列说法中正确的是
( C )。
A.b、c的线速度大小相等,且大于a的线速度
-R=3.59×107
m
又G
=m
(+) +
得v=
=3.08×103
+
m/s。
【答案】3.59×107 m
3.08×103 m/s
谢谢
大家
所以v=
∝
,与卫星质量无关,由图知rb=rc>ra,则
vb=vc<va,A选项错误
∝
,与卫星质量无关,由rb=rc>ra,得ab=ac<aa,B选项错
a=
T=
∝
,与卫星质量无关,由rb=rc>ra,得Tb=Tc>Ta,C选项
正确;F=G ∝ ,与质量m和半径r有关,由ma=mb<mc,rb=rc>ra,
第五节宇宙航行探索
03年10月29日， 美国阿拉斯加州安克雷奇的东北部山脉上空出现美 丽的极光。近日，太阳风暴光临地球，引起地球两极出现极光。
小档案· “智能１号”
欧洲首个月球探测器“智能１号”的英文名叫“ＳＭＡＲＴ－１”。探测器全部由低 成本、小型化的尖端技术部件构成，造价约１．１亿欧元（约合１．４亿美元）。 一、体貌
白羊座（3月21日~4月19日出生者）白羊座是位 于从晚秋到初秋，稍微偏南的天空上的一个星座。符 号用羊的角来表示。白羊座的守护星为【火星】，守 护神为【战神】。
金牛座（4月20日~5月20日出生者），金牛座是 在冬天夜晚出现于南侧的星座。金牛座的符号，象徽 牛的头部，其守护星为【金星】，守护神为爱与美的 女神—【维纳斯】。
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。
二、宇宙速度
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，也叫 逃逸速度。
二、宇宙速度 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
1、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 2、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
3、最小发射速度 最大环绕速度 （半径最小时）
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
Mm G R2
mg
或：T
4π2 m T2 R
Mm G R2
课件3：6.5 宇宙航行
力近似等于万有引力．在地球表面，m0g＝GMR2m0； 在月球表面，m0g′＝Gmr2m0. 由以上两式得 g′＝1861g. 由于地球表面第一宇宙速度 v1＝ gR＝7.9 km/s. 则月球表面 v′＝ g′r＝ 8116g×14R＝29 gR≈ 1.8 km/s.
答案：B
名师归纳：处理天体运动问题，就要明确天体表面重力加 速度、第一宇宙速度及天体质量与半径的关系，熟练运用这些 关系去解决问题．
v＝ GrM，由题图可以看出卫星的轨道半径 rC>rB>rA，故
可以判断出 vA>vB>vC，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＝
GMr2m判断它们与地球间的万有引力的大小关系，选项 B 错误．
由 GMr2m＝mω2r 得 ω＝
GM r3
，又
rC>rB>rA，所以
ωA>ωB>ωC，选项 C 正确．
卫星的绕行速度v≤7.9 km/s，即7.9 km/s是卫星绕地球做圆 周运动的最大速度，即卫星紧“贴”地面的环绕速度．
尝试应用
2．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是( ) A．它是人造地球卫星绕地球运转的最小速度 B．它是人造卫星在近地圆形轨道上的远行速度 C．它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速度 D．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度 解析：第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，也是卫星环 绕地球做圆周运动的最大速度，离地越远，速度越小．卫星沿 椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明在近地点的速度 大于环绕速度． 答的半径约为地球半径的 1 ，地
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4
球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的
速率约为( )