物理：人教版必修二 宇宙航行
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高一物理人教版必修第二册教学课件《宇宙航行》
r3
1
v
r
1
r3
Mm
2 2
G 2 m( ) r
r
T
r3
T 2
GM
T r
3
v、ω、T 与r为一一对应关系，且越高越慢。
Sz-lwh
SZ-LWH
二、人造地球卫星
3.地球同步卫星
（1）定义：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
质量
Sz-lwh
SZ-LWH
课堂小结
一、三个宇宙速度
1.第一宇宙速度 v1=7.9km/s
推导式： v
GM
R
=7.9km/s
v
gR =7.9km/s
2.第二宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s
第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s
二、人造地球卫星
GM
M
GM
1.人造地球卫星的向心加速度 an G 2 、线速度 v
v1
M1 R2
1 4
5
v2，则有v ＝ M ·R ＝ 80×1＝ 10 ，可知 B 正确。
2
2 1
Sz-lwh
02
SZ-LWH
人造地球卫星
SZ-LWH
二、人造地球卫星
导学探究
在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动。请思考：
(1)这些卫星运动所需的向心力都是由什么力提供的？这些卫星的轨道
抛出速度非常大时，物体不能落回地球.
Sz-lwh
SZ-LWH
一、三个宇宙速度
物体抛出的速度要多大，才能成为人造卫星？
导学探究
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
高一物理人教版必修2课件：宇宙航行
宇宙航行
1981年4月12日，世界上第一架航 天飞机哥伦比亚号发射成功。同年 11月12日和1982年3月22日、6月 27日又相继进行了3次试飞，均获 得成功。 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）
则 v gR 9.86.4106 m / s
7.9km/ s 宇宙航行
思考：地面上的物体如何才能获得这么大的速度？
由此可见：要发射一颗绕地球半径运行的人造卫星， 发射速度必须等于7.9km/s 。所以宇宙第一速度是最 小的发射速度。
所谓发射速度是指卫星在地面附近离开发射火 箭的初速度。要发射一颗人造地球卫星，其发射 速度就不能小于第一宇宙速度。
Mm
2
G r2
m 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
10-11 6.0 4.2 107
1024
m
/
s
3.1103
m
/
s
宇宙航行
同步卫星发射过程
卫星的变宇轨宙航行问题
四、梦想成真 世界航天史
1957年10月4日，原苏联发 射了世界上第一颗人造地球卫 星。卫星重83.6kg，每96min 绕地球飞行一圈。
造地球卫星，简称 人造卫星
由此可见，人造地球卫星运行遵
从的规律是：卫星绕地球做匀速圆
周运动，地球对卫星的引力提供向
心力。
宇宙航行
思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四条轨 道中可以作为卫星轨道的是哪一条？ 探究问题一：
根据：卫星做圆周运动的 向心力必须指向地心。
1981年4月12日，世界上第一架航 天飞机哥伦比亚号发射成功。同年 11月12日和1982年3月22日、6月 27日又相继进行了3次试飞，均获 得成功。 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）
则 v gR 9.86.4106 m / s
7.9km/ s 宇宙航行
思考：地面上的物体如何才能获得这么大的速度？
由此可见：要发射一颗绕地球半径运行的人造卫星， 发射速度必须等于7.9km/s 。所以宇宙第一速度是最 小的发射速度。
所谓发射速度是指卫星在地面附近离开发射火 箭的初速度。要发射一颗人造地球卫星，其发射 速度就不能小于第一宇宙速度。
Mm
2
G r2
m 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
10-11 6.0 4.2 107
1024
m
/
s
3.1103
m
/
s
宇宙航行
同步卫星发射过程
卫星的变宇轨宙航行问题
四、梦想成真 世界航天史
1957年10月4日，原苏联发 射了世界上第一颗人造地球卫 星。卫星重83.6kg，每96min 绕地球飞行一圈。
造地球卫星，简称 人造卫星
由此可见，人造地球卫星运行遵
从的规律是：卫星绕地球做匀速圆
周运动，地球对卫星的引力提供向
心力。
宇宙航行
思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四条轨 道中可以作为卫星轨道的是哪一条？ 探究问题一：
根据：卫星做圆周运动的 向心力必须指向地心。
人教版高中物理必修二宇宙航行(共33张PPT)
在低轨道上加速，使其沿椭
圆轨道运行，当行至椭圆轨
·
道的远点处时再次加速，即
可使其沿高轨道运行。
1、卫星在二轨道相切点 2、卫星在椭圆轨道运行
万有引力相同
速度—内小外大（切点看轨迹） 近地点---速度大，动能大 远地点---速度小，动能小
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 .5宇宙 航行 (共 33张 PPT)
联立解得
M1 M 2 GT 2
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 .5宇宙 航行 (共 33张 PPT)
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 .5宇宙 航行 (共 33张 PPT)
• 例2.在天体运动中，把两颗相距很近的恒星 称为双星，这两颗星必须各自以一定的速 率绕某一中心转动才不至于由于万有引力 而吸在一起。已知两恒星的质量分别为M1 和M2两恒星距离为L。求：(1)两恒星转动 中心的位置；(2)转动的角速度。
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
使 卫 星 加 速 到v4， 使
mv 4 2 L
G
Mm L2
v4 v3
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 .5宇宙 航行 (共 33张 PPT)
卫 星 的 回 收
人 教 版 高 中 物理必 修二 6 .5宇宙 航行 (共 33张 PPT)
人教版高一物理必修2第章六第5节宇宙航行课件
二、宇宙速度
1.卫星环绕地球运转的动力学方程是什么？
2.人造卫星绕地球运转时速度究竟有多大呢？
答案
1.动力学方程：F引=F心
2.由于卫星运动所需的向r
v GM r
可见：卫星轨道半径越大即离地心越远，它的运行速度越小。
对于靠近地面运行的卫星，即近地卫星 (方法1）可认为轨道半径近似等于地球半径R
第一宇宙速度（环绕速度）：
是人造卫星近地环绕地球做匀速 圆周运动必须具有的速度，是人造卫 星的最小发射速度，最大环绕速度。
V=7.9km/s
对第一宇宙速度的理解：
卫星绕地球运行的轨道最低时为近地卫星， 此时卫星的轨道半径近似等于地球半径R，由速 度公式可知，此时卫星运行速度最大，所以又
叫最大环绕速度。
3.若抛出速度足够大，物体飞行的距离也很大，由于地是一个圆 球体，故物体不会再落回地面，由于此时物体已具有速度，且地 球对它的引力提供绕地运行的向心力，所以物体将要绕地运行。
牛顿设想卫星发射原理 1.如果在地面上抛出一个物体时速度足够大，
那么它将不再落回地面，而成为一个绕地 球运转的卫星。
2.发射速度越大，人造卫星的运转轨道越 大，即离地面越远。
5.宇宙航行
一、人造卫星
问题
1 .在地面上抛出的物体为什么要落回地面？
2.月球也要受到地球引力的作用，为什么月球不会落到地面上 来？ 3.若抛出物体的水平速度足够大，物体将会怎样？
结论
1.在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终
要落回地面。 2.月球绕地球沿近似圆轨道运动，月球受到的地球引力用来提供 绕地运转的向心力，故月球不会落到地球上。
发射卫星时，发射的轨道越高，需克服地球引 力做功越多，所以发射近地卫星时，克服地球引 力做功最少，所需的发射速度也就最小，所以第
人教版高一物理必修2：6.5《宇宙航行》
6.5 宇 宙 航 行
二、人造卫星
思考1：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，线速度越
小
（2）离地面越高，周期越
大
（）离地面越高，角速度越
小
（4）离地面越高，向心加速度越 小
思考2：我们能否发射一颗周期为80min的卫星 吗？
6.5 宇 宙 航 行
二、人造卫星
练习1：有两颗人造地球卫星，均绕地球运行，已知它们的轨道半 径之比r1：r2=4:1，求卫星的： （1）线速度之比； （2）角速度之比； （3）周期之比； （4）向心加速度之比；
6.5 宇 宙 航 行
中 国 人 的 飞 天 梦
外国人的“飞天”梦
请同学们阅读课文回答一下问题
牛顿如何设想物体成为人造地球卫星？ 什么是第一宇宙速度？ 什么是第二宇宙速度？什么是第三宇宙速度？ 人造地球卫星线速度与轨道半径的关系？ 人造地球卫星角速度与轨道半径的关系？ 人造地球卫星周期与轨道半径的关系？ 什么是地球同步卫星？ 地球同步卫星的特点是什么？
6.5 宇 宙 航 行
问题： 地面上的物体，怎样才能离开地面
300多年前，牛顿提出设想
6.5 宇 宙 航 行
问题： 地面上的物体，怎样才能离开地面
300多年前，牛顿提出设想
一、宇宙速度
思考？以多大的速度将物体抛出，它才会成为绕地球表面运
动的卫星?
推导方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
GMm R2
6.5 宇 宙 航 行
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
说明： （１）第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度， 发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；
人教版高中物理必修二6.5宇宙航行(共27张ppt)
四、梦想成真
世界航天史：
1、1957年10月4日世界上第一颗人造卫星在苏联发射成功。
2、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。飞船绕地球飞行一圈，历时108分，安全降落在地面， 铸就了人类进入太空的丰碑。
3、1969年7月16时32分，阿波罗11号飞船在美国卡纳维拉尔 角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月20 日10时56分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出那句 载入史册的名言：“对个人来说，这不过十小小的一步，但对 人类而言，却是巨大的飞跃。”
4、1992年中国载人航天工程正式启动。2003年10月15日9时， 我国神州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。飞船绕地球飞行14圈后，于 10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。
5、2005年10月12日—17日，神舟六号载人飞船经 过115小时32分的太空飞行，在完成我们真正意义 上有人参与的空间科学实验后返航顺利着陆，航天 员费俊龙、聂海胜安全返回。 6、我国探月计划 2004年－2007年 为“绕”的阶段，主要目标是发 射“嫦娥一号”探测卫星，对月球进行为期1年的全 球性、整体性和综合性探测。 2007年－2012年 为“落”的阶段，主要目标是实 现月球表面软着陆与月球巡视探测。 2012年－2017年 为“回”的阶段，主要目标是实 现月球表面软着陆并采样返回。
A 火卫一距离火星表面较近 B 火卫二的角速度较大 C 火卫一的运动速度较大 D 火卫二的向心加速度较大
5.在地球(看作质量均匀分布的球体)上空有许多 同步卫星,下列说法中正确的是 ( A )
A.它们地质量可能不同
B.它们的速率可能不同
C.它们的向心加速度大小可能不同
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2
2．飞天——卫星的发射
• 第一宇宙速度
v 7.9 km/s
2．飞天——卫星的发射
• 第一宇宙速度 7.9 km/s –最小发射速度 –最大环绕速度
1
2
3 4
R
2R
Mm v G 2 m r r
2
GM v r
v=16.7km/s
第三宇宙速度
第二宇宙速度
v=11.2km/s
7
地球是人类的摇篮，但是人类不 会永远生活在摇篮里。 ——齐奥尔科夫斯基
1
3 2 4
第5节
宇宙航行
1.巡航——卫星的环绕运动
• 线速度 v1>v2=v3>v4 • 角速度 ω1>ω2=ω3>ω4
3 2 4
1
• 周期 T1<T2=T3<T4
GM v r GM 3 r
r T 2 GM
3
1
3
2 4
（1） v，ω，T 只与r有关
2 2
Mm v 4 2 G 2 m m r m 2 r r r T
Mm v 4 2 G 2 m m r m 2 r r r T
2 2
• 环绕运动的线速度、角速度、周期只与 轨道半径有关 • 轨道平面必过球心
1
2 4 3
2．飞天——卫星的发射
v0
2．飞天——卫星的发射
2．飞天——卫星的发射
• 第一宇宙速度
Mm v G 2 m R R
GM v R
GM v r
最大环绕速度 7.9 km/s
GM v R
2 2 v
1
3
2 4
Mm v v 4 mg 2 G m m m r m6 2 r R r 10 6.4 10 T r
gR2
2
（2）轨道平面过球心
北 F2
西
赤道平面
F F
F1
东
南
1 ．巡航——卫星的环绕运动
第一宇宙速度
v=7.9km/s
11.2km/s>v>7.9km/s
3．应用——同步轨道卫星通信
• • • •
相对地面静止 周期T=24 h 轨道高度h=？ 定点在赤道正上方 运行方向与地球自转相同（自西向东）
Mm 4 G m 2 ( R h) 2 ( R h) T
2
h 3.6 10 m 5.6 R
2．飞天——卫星的发射
• 第一宇宙速度
v 7.9 km/s
2．飞天——卫星的发射
• 第一宇宙速度 7.9 km/s –最小发射速度 –最大环绕速度
1
2
3 4
R
2R
Mm v G 2 m r r
2
GM v r
v=16.7km/s
第三宇宙速度
第二宇宙速度
v=11.2km/s
7
地球是人类的摇篮，但是人类不 会永远生活在摇篮里。 ——齐奥尔科夫斯基
1
3 2 4
第5节
宇宙航行
1.巡航——卫星的环绕运动
• 线速度 v1>v2=v3>v4 • 角速度 ω1>ω2=ω3>ω4
3 2 4
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• 周期 T1<T2=T3<T4
GM v r GM 3 r
r T 2 GM
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（1） v，ω，T 只与r有关
2 2
Mm v 4 2 G 2 m m r m 2 r r r T
Mm v 4 2 G 2 m m r m 2 r r r T
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• 环绕运动的线速度、角速度、周期只与 轨道半径有关 • 轨道平面必过球心
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2．飞天——卫星的发射
v0
2．飞天——卫星的发射
2．飞天——卫星的发射
• 第一宇宙速度
Mm v G 2 m R R
GM v R
GM v r
最大环绕速度 7.9 km/s
GM v R
2 2 v
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Mm v v 4 mg 2 G m m m r m6 2 r R r 10 6.4 10 T r
gR2
2
（2）轨道平面过球心
北 F2
西
赤道平面
F F
F1
东
南
1 ．巡航——卫星的环绕运动
第一宇宙速度
v=7.9km/s
11.2km/s>v>7.9km/s
3．应用——同步轨道卫星通信
• • • •
相对地面静止 周期T=24 h 轨道高度h=？ 定点在赤道正上方 运行方向与地球自转相同（自西向东）
Mm 4 G m 2 ( R h) 2 ( R h) T
2
h 3.6 10 m 5.6 R