高中物理必修二6.5《宇宙航行》ppt
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人教版高中物理必修二6.5 宇宙航行 课件 (共27张PPT)
（3）速率、角速度、加速度一定
（4）高度一定: 在赤道上空 （5）轨道平面一定：与地球赤道平面共面
三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。
例3.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ACD ） A.它的运行速度小于7.9km/s B.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合 D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
C.c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上
的c D.a卫星由于某原因，轨道半径 缓慢减小，其线速度将增大
3.根据观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星
的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度V与该 层到土星中心的距离R之间的关系。下列判断正确的是 （ AD ） A.若V与R成正比，则环为连续物
R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是( D ) A.周期之比T1∶T2=3∶1 B.线速度之比v1∶v2=3∶1 C.向心力之比F1∶F2=1∶9
D.向心加速度之比a1∶a2=1∶9
2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动 的3颗卫星，下列说法正确的是（ D ） A.b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度 B.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度
例1.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是 （ BC ）
A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C.它是能使卫星进入近地圆形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
三、人造卫星的超重和失重
1.发射和回收阶段 发射 回收 2.沿圆轨道正常运行 只受重力 a = g 完全失重 加速上升 减速下降 超重 超重
【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.
人教版高中物理必修二6.5《宇宙航行》ppt课件1
地球
例3. 人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说
法正确的是（
B）
A. 半径越大，速率越大，周期越小
B. 半径越大，速率越小，周期越大 C. 所有卫星的角速度均相同，与半径无关 D. 所有卫星的速率均相同，与半径无关
1.卫星轨道的圆心在哪儿？
在地心上
2.现在有几种卫星？
按用途分类:通信卫星;气象卫星 按轨道分类:极地卫星;赤道卫星;其他卫星
合牛顿运动定律自己推导第一宇宙速度。然后大家讨论第二、
第三宇宙速度的物理意义，区别环绕速度与发射速度。顺着这 个思路大家推导人造卫星的速度、角速度、周期、加速度等公
式。介绍人类的各种卫星，理解并推导同步卫星的规律。每个
环节进行同步训练，及时反馈教学情况。在“梦想成真”栏目 里，简述人类航天事业的发展简史。最后在“科学漫步”栏目 里，介绍黑洞的有关知识。
v= GM = 7.9 km/s R
如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速
度 g，如何求宇宙第一速度 v ？
Mm v2 由 G 2 m R R
则v
和 gR 2 GM
gR 9.8 6.4 106 m s 7.9 103 m s 7.9 km s
由此可见，v = 7.9 km/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发射速度，称为
点位速 较移度 远大大 ，的 落水 地平
A B
C
D
如果被抛出物体的速度足够大，物体的运动情 形又如何呢？
牛顿的猜想
牛顿曾设想，从高山上用不同的 水平速度抛出物体，速度一次比一次
大，则落点一次比一次远，如果速度
足够大， 物体就不再落到地面上来， 它将绕地球运动，成为一颗人造地球
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
人教版高一物理必修二：6.5《宇宙航行》优质课件
铅球是这样成为人造卫星的
地球
探 究 一 宇 宙 速 度
1、铅球绕地球做什么运动？ 2、是什么力提供它做圆周运动的向心力？ 3、如果F万>F向，铅球会如何什么运动？
4、如果F万<F向，铅球会如何什么运动？
5、在什么情况下铅球才会稳定的围绕地球 做圆周运动？ 小结：F万=F向，铅球才不会掉回地面从而 做稳定的圆周运动
2
解析:由 G Mm m v ，得v= GM ，即v∝ 1， 则r减小时，v增大. r r r2 r
③ 高度h=36000km ④ R、v、ω、T、an “全部固定”
探 究 表征人造卫星运行状态的物理量有三个: 二 (1) 环绕速度v, (2)转动半径r(或R+h,h为离地的高度) 人 造 (3)转动周期T 卫 星 你知道不同轨道上的卫星稳定运行时，线速 度、周期的大小关系吗？
探 究 二 人 造 卫 星
探 1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s． 究 一 宇 （1）如果卫星的发射速度小于第一宇宙速度，卫星 宙 将落到地面而不能绕地球运转； 速 度 （2）等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近 作匀速圆周运动； （3）大于7.9km/s小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道 绕地球运行，地心即椭圆轨道的一个焦点．
探 究 一 宇 宙 速 度
3、第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7 km/s 这是卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．
如果人造天体具有这样的速度，就可以摆脱地球 和太阳引力的束缚而飞到太阳系外了．
探 究 一 宇 宙 速 度
人造卫星发射原理
探 究 二 人 造 卫 星
（1）a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪一条？ c b 提示：卫星作圆周运动的向 心力必须指向地心 a
新人教版高中物理必修二 教学课件：6.5 宇宙航行(共28张PPT)
到太阳系以外。
概念辨析
发射速度和运行速度
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置 时的速度。
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度为在地面发射卫星的最小速度，也 是环绕地球运行的最大速度 2、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。
GM v1 r
r↑ v↓
近地卫星 v发 v运 其它卫星 v发 >v运
（4）如果卫星发射速度大于7.9km/s，而小于 11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行．
2.第二宇宙速度（大小：v=11.2km/s ）：当物体的速度大
于或等于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开 地球。 3.第三宇宙速度（大小：v=16.7km/s ）：如果物体的速度 大于或等于16.7km/s，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞
例1.发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它
的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙 速度的多少倍？ 解:由万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力得
Mm v2 G 2 m r r
v GM r
设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2
v2 v1 r1 1 r2 2
1 v2 v1 2
地球
３．人造卫星运动参量的关系
（1）、线速度、角速度、周期、加速度等 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,求卫星运 动的线速度v、角速度ω、 周期T 、加速度an?
V
F
由F引=F向得到：
Mm v G 2 m r r
GMm 2 mr ω r2
2
v
ω
2
GM ( r↑,v ↓) r
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
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)
人教版高中物理必修二ppt课件：6.5宇宙航行课件
东
南
人造地球卫星的运行轨道
卫星绕地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供 向心力，卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆 周运动的向心力方向始终指向圆心，所以卫星圆周运 动的圆心和地球的地心重合。这样就存在三类人造地 球卫星轨道：
①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面， 卫星始终处于赤道上方； ②极地轨道，卫星轨道平面与赤道 平面垂直，卫星通过两极上空； ③一般轨道，卫星轨道和赤道成 一定角度。
学科网
v1
GM R
6.6710 11 5.9810 24 6.3710 6
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速度，叫做第一宇宙速度。
第一宇宙速度的另一表达式
根据地球表面（忽略自转）物体的重力近似
于对物体的万有引力可得:
v gR 9.8 6.4 10 6 m / s 7.9km / s
v 1 1.第一宇宙速度(环绕速度) ：
二、宇宙速度
GM R
gR
（对任何天体都适用）
对地球(1)v1=7.9km/s 是人造卫星的最小发射速 度和最大环绕速度。若7.9km/s<v<11.2km/s 卫星绕地球做椭圆运动。 2、第二宇宙速度(逃逸速度): v 2=11.2km/s 是 卫星挣脱地球束缚的最小发射速度 3、第三宇宙速度(逃逸速度):v3 =16.7km/s是 卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度
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
4．1990年3月，紫金山天文台将该台发现 的2752号小行星命名为“吴健雄星”。将 其看作球形，直径为32km，它的密度和地 球密度相近。若在此小行星上发射一颗卫 星环绕 其表面附近运转。求此卫星的环绕 速度。（地球半径取6400km）
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。
人教版高中物理必修2第六章6.5宇宙航行(共26张PPT)
1、人造卫星的发射原理 2、宇宙速度 3、人造卫星的运动规律 4、地球同步卫星
高中物理 · 人教版·必修二
1－1 1、人造卫星的发射原理
从平抛运动的思考说起
回答下列问题： 1、平抛物体速度逐渐增大，
物体的落地点怎样变化？
2、速度达到一定值后，物体 能否落回地面
第7页
高中物理 · 人教版·必修二
总结：
人造卫星的问题都可从下列关 系去列运动方程，即:
重力=万有引力=向心力
mg =G
Mm r2
m
v2 r
式中：r R h
g是高空h处的重力加速度
晚年，陶成道把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在 上面，双手举着2只大风筝，然后叫人点火发射。设想利 用火箭的推力，加上风筝的力量飞起。 那仆人说:"倘若飞天不成，主人的性命怕是难保。"
万户仰天大笑，说道:"飞天，乃是我中华千年之夙愿。今 天，我纵然粉身碎骨，血溅天疆，也要为后世闯出一条 探天的道路来。你等不必害怕，快来点火!" 不幸火箭爆炸，万户也为此献出了生命。
第24页
高中物理 · 人教版·必修二
巩固练习（二）
天舟一号货运飞船于2017年4月20日19时41分发射升空，天舟
一号发射获得圆满成功。进入高度约380公里的运行轨道。已知地
球半径为6400km，这颗卫星的运动速度约为
A、11.2km／s
C B、7.9km／s
C、7.6km／s
D、2.1km／s
第25页
g 10m / s2
R 6.37106 m
第12页
高中物理 · 人教版·必修二
总结：凡是人造卫星的问题都可从 下列关系去列运动方程，即:
高中物理 · 人教版·必修二
1－1 1、人造卫星的发射原理
从平抛运动的思考说起
回答下列问题： 1、平抛物体速度逐渐增大，
物体的落地点怎样变化？
2、速度达到一定值后，物体 能否落回地面
第7页
高中物理 · 人教版·必修二
总结：
人造卫星的问题都可从下列关 系去列运动方程，即:
重力=万有引力=向心力
mg =G
Mm r2
m
v2 r
式中：r R h
g是高空h处的重力加速度
晚年，陶成道把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在 上面，双手举着2只大风筝，然后叫人点火发射。设想利 用火箭的推力，加上风筝的力量飞起。 那仆人说:"倘若飞天不成，主人的性命怕是难保。"
万户仰天大笑，说道:"飞天，乃是我中华千年之夙愿。今 天，我纵然粉身碎骨，血溅天疆，也要为后世闯出一条 探天的道路来。你等不必害怕，快来点火!" 不幸火箭爆炸，万户也为此献出了生命。
第24页
高中物理 · 人教版·必修二
巩固练习（二）
天舟一号货运飞船于2017年4月20日19时41分发射升空，天舟
一号发射获得圆满成功。进入高度约380公里的运行轨道。已知地
球半径为6400km，这颗卫星的运动速度约为
A、11.2km／s
C B、7.9km／s
C、7.6km／s
D、2.1km／s
第25页
g 10m / s2
R 6.37106 m
第12页
高中物理 · 人教版·必修二
总结：凡是人造卫星的问题都可从 下列关系去列运动方程，即:
人教版高中物理必修二 6.5 宇宙航行(共19张PPT)
P
Ⅱ Ⅰ
Q
vP>vQ
卫星变轨中速度的关系
思考2：卫星在轨道Ⅱ上经过Q点时的速 度为大小 vQ3 与它在轨道Ⅲ上经过Q点时的 速度大小为vQ4，试比较二者大小关系？
Ⅲ
vQ4>vQ3
P
Ⅰ Ⅱ
Q
Ⅲ
卫星变轨中加速度的关系
思考3：比较卫星在轨道Ⅰ上经过P点时 的加速度ap1 与它在轨道Ⅱ上经过P点时 的加速度ap2 的大小？ P
a p1 a p 2
Ⅰ
Ⅱ
如图，地球赤道上山丘e，近地资源卫 星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕 地球做匀速圆周运动。设e、p、q的圆周 运动速率分别为v1、v2、v3，向心加速度 分别为a1、a2、a3，则 A．v1>v2>v3 B．v1<v3<v2 C．a1>a2>a3 D ． a 1< a 3 < a 2
r最小，是最小发射速度 归纳：第一宇宙速度是最小发射速度，也是最 大运行速度。
三、卫星如何实现变轨？
播放视频
三次点火，两次变轨
思考：卫星如何从圆轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ
卫星在P处 向后喷火加速 万有引力不够 提供向心力
ⅠⅠ
P
Ⅲ
Ⅰ F
Ⅱ
Ⅲ
离心运动
椭圆
Q
v
思考：卫星如何从椭圆轨道Ⅱ进入圆轨道Ⅲ
卫星在Q处 向后喷火加速
万有引力与航天
—宇宙航行
一、知识回顾—宇宙速度
Mm v G 2 m r r
近地卫星
2
GM v r
r R地
v 7.9km / s
三种宇宙速度（发射速度）
第三宇宙速度:物体挣脱太阳引力,飞出太
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
高中物理必修二人教版6.5宇宙航行(28张PPT)
下列说法正确的是（ B ）
A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
2.(多选)关于地球的第一宇宙速度，下面说
法中正确的是（ BC ）
A.它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行 速度 C.它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速 度 D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度
嫦
娥
奔
外
月
国 人
的
飞
天
梦
问题： 地面上的物体，怎样才能离开地球呢
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为多少？
Mm v2
G
r2
m r
v GM r
近地卫星的速度是多少呢？
（如何求？）
4. R、v、ω、T、an
__“__全__部__固___定__”__
为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗， 这样地球的同步卫星只能有120颗。
近地卫星、同步卫星、月球月三球者比较
同 步 卫 星 h=3.6×107m
v=3km/s T=24h
h=3.8×108m
v=1km/s T=27天
v1
GM R
6.6710115.891024 6.37106
m
/
s
7.9km
/
s
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
（１）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低 于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；
A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
2.(多选)关于地球的第一宇宙速度，下面说
法中正确的是（ BC ）
A.它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行 速度 C.它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速 度 D.它是能使卫星进入轨道的最大发射速度
嫦
娥
奔
外
月
国 人
的
飞
天
梦
问题： 地面上的物体，怎样才能离开地球呢
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为多少？
Mm v2
G
r2
m r
v GM r
近地卫星的速度是多少呢？
（如何求？）
4. R、v、ω、T、an
__“__全__部__固___定__”__
为了卫星之间不互相干扰，大约3°左右才能放置1颗， 这样地球的同步卫星只能有120颗。
近地卫星、同步卫星、月球月三球者比较
同 步 卫 星 h=3.6×107m
v=3km/s T=24h
h=3.8×108m
v=1km/s T=27天
v1
GM R
6.6710115.891024 6.37106
m
/
s
7.9km
/
s
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
（１）第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低 于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转；
新人教版物理必修二 6.5宇宙航行课件 (共20张PPT)
2．人造地球卫星绕地球做圆周运动的线速度 可以是( B ) ①11.2km/s ③6km/s A．①② ②7.9km/s ④16.7km/s B．②③
C．③④
D．①④
3．在地面上某一高度运行的人造卫星，下列 说法中正确的是( BC ) A．该卫星在轨道上的运行速度大于第一宇宙 速度 B．该卫星在轨道上的运行速度小于第一宇宙 速度 C．发射该卫星时的发射速度大于第一宇宙速 度 D．发送该卫星时的发射速度小于第一宇宙速 度
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。
GMm 2 r
mv r
2
v
v
1 r
,
GM r
从上式可以看出:
卫星离地心越远，它运行的的 r 近似 等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出
GM 6.67 10 5.89 10 V R 6.37 10 7.9 10 m / s 7.9km / s
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．
高中物理必修二：6.5宇宙航行课件(共15张PPT)
四、地球同步（通讯）卫星
• 分析讨论：
• 若将地球同步卫星的质量加倍，其轨道半径是否变为 原来的2倍？
• 若已知月球绕地球的公转周期约为27天，公转半径约 为63R（R为地球半径），试求地球同步卫星距地面的 高度大约是多少？
• 说说地球同步卫星还有那些物理量为定值。
练习1
• 如图，A为地球赤道上的一 个物体，B为地球的一颗近 地卫星，C为地球的一颗同 步卫星。试比较他们三者 加速度的大小。
黑洞
• 2011年天文 学家首次抓 拍到黑洞吞 噬恒星瞬间
• 天龙座内黑 洞正在吞噬 恒星
三、梦想成真
• 思考讨论：
• 通过人造卫星的受力分析确定其做 匀速圆周运动的圆心在哪?
• 讨论人造卫星的轨道是否可以在下 列平面上：
A.通过南北两极的任意一个平面； B.任意一经线所确定的平面； C.任意一纬线所确定的平面。
•5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/192021/11/192021/11/1911/19/2021
•7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不堪忍 受。他不仅应该是一个学生，而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2021/11/192021/11/19November 19, 2021
• 阅读讨论：
• 我们常把7.9km/s称为“最小发射速度最大 绕行速度”，试结合刚才所求得的关系式 谈谈自己的理解。
• 利用离心运动相关知识谈谈自己对第二宇 宙速度和第三宇宙速度的理解。
• 月球的第一宇宙速度是否也为7.9km/s？某 星体的第一宇宙速度有没有可能比7.9km/s 大的多？谈谈在什么情况下存在这种可能 性。
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第六章 万有引力与航天
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
嫦 娥 奔 月
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
敦煌飞天的美丽壁画
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
外国人的 “飞天”梦
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
飞天之梦的历史
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
将卫星绕地球运动近似看成匀速圆周运动，则 卫星环绕线速度、角速度、周期、 向心加速度 与轨道半径的关系?
依据：F引=F向
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
三、人造卫星的运动规律
(1)
由
G
M地m r2
v2 m
r
得:v
GM地 r
(2)
由
G
M地m r2
m 2r
得:
GM地 r3
问 题 情 境
一、牛顿关于卫星的设想
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。
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
一、牛顿关于卫星的设想
问 1、物体做平抛运动时,水平速度越大，飞
题 行的水平距离越远。
V0
情
O
境
问题:
A
B
C
D
2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会 怎样?试大胆猜想。
所以， 第一宇宙速度是 发射地球卫星的 最小发射速度。
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度： (环绕速度）
GM
v1
7.9km / s R
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
法二：v1 gR 7.9km / s
2、第二宇宙速度：
地球
V1=7.9km/s
2.特点：
(1)定赤道平面
h
(2)定周期T=24h
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
基本思路： 天体运动看为匀速园周运动， 万有引力等于向心力。
(3) 定高度h
G M m m( 2π )2 (R h)
(R h)2
T
h F
R
h3
GMT 2 4π 2
R 3.6104 Km
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
思考：卫星的轨道圆心在哪儿？ 分析：所有卫星的圆心都在地心上。
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
四、人造地球同步卫星
1.定义： 相对地球静止的赤道卫星
2019年11月13步卫星的特点:
1、所有的同步卫星只能分布在赤道正上 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 5.6R地 。
（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别
2019年11月13日星期三
概念辨析 §6.5 宇宙航行 发射速度和环绕速度
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开
发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度为在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的最大速度
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做
v g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得： 7.9km/ s
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度。
如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好 贴着地球表面作匀速圆周运动，所以又叫环绕 速度。
如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将 落到地面;
h R
3.610 4 6.4 10 3
5.6倍
2019年11月13日星期三
h R 6.6倍 R
§6.5 宇宙航行
（4）定线速度v
M m
v2
G
(R h)2
m (R h)
v GM 3.1Km / s Rh
同解：v 2π(R h) 3.1Km / s T
T2
r
得:T 2 r 3
GM 地
我们能否发射一颗周期为 60min的卫星呢？
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
练习：求近地卫星的周期
T 2 r3
GM 地
23.14
(6.37 106 )3 6.67 1011 5.981024 s
5.06103 s 84.3min
匀速圆周运动的速度。
v1
GM r
2019年11月13日星期三
r↗
v↘
近地卫星 其它卫星
v发 v运 v发 >v运
§6.5 宇宙航行
三、人造卫星的运动规律
(1)
由
G
M地m r2
v2 m
r
得:v
GM地 r
(2)
由
G
M地m r2
m 2r
得:
GM地 r3
(3)
由
G
M地m r2
m
4 2
牛顿人造卫星原理 图
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
二、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
m
v2 R
,
v
GM R
推导方法二：地表附近，重力近似等于万有引力
mg m v2 , R
gvR2 GgMR,
(脱离速度)
→人造行星 v2 11.2km / s
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v3 16.7km / s
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
三、人造地球卫星运行的规律
表征人造卫星运行状态的物理量:
环绕速度v, 转动半径r (或R+h,h为离地的高度) 转动周期T.
由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时, 物体飞行的距离也很大, 故物体不能再落回地面,而成为一 颗绕地球运转的卫星.
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
一、牛顿关于卫星的设想
从高山上水平抛出物体， 速度越大，落地点离山脚越远。 如果没有空气阻力，当速度足 够大时，物体就永远不会落到 地面上来，它将围绕地球旋转， 成为一颗永远绕地球运动的人 造卫星。
(3)
由
G
M地m r2
m
4 2
T2
r
得:T 2 r 3
GM 地
4由G
M地m r2
man
2019年11月13日星期三
得 an
GM 地 r2
§6.5 宇宙航行
三、人造地球卫星运行的规律
结论：
1、v、、T、a与轨道半径r为一一对应关系 2、r ，v， ，a，T
所以，第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度， 也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。
§6.5 宇宙航行
§6.5 宇宙航行
嫦 娥 奔 月
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
敦煌飞天的美丽壁画
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
外国人的 “飞天”梦
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
飞天之梦的历史
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
将卫星绕地球运动近似看成匀速圆周运动，则 卫星环绕线速度、角速度、周期、 向心加速度 与轨道半径的关系?
依据：F引=F向
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
三、人造卫星的运动规律
(1)
由
G
M地m r2
v2 m
r
得:v
GM地 r
(2)
由
G
M地m r2
m 2r
得:
GM地 r3
问 题 情 境
一、牛顿关于卫星的设想
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。
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
一、牛顿关于卫星的设想
问 1、物体做平抛运动时,水平速度越大，飞
题 行的水平距离越远。
V0
情
O
境
问题:
A
B
C
D
2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会 怎样?试大胆猜想。
所以， 第一宇宙速度是 发射地球卫星的 最小发射速度。
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度： (环绕速度）
GM
v1
7.9km / s R
V3=16.7km/s V2=11.2km/s
法二：v1 gR 7.9km / s
2、第二宇宙速度：
地球
V1=7.9km/s
2.特点：
(1)定赤道平面
h
(2)定周期T=24h
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
基本思路： 天体运动看为匀速园周运动， 万有引力等于向心力。
(3) 定高度h
G M m m( 2π )2 (R h)
(R h)2
T
h F
R
h3
GMT 2 4π 2
R 3.6104 Km
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
思考：卫星的轨道圆心在哪儿？ 分析：所有卫星的圆心都在地心上。
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
四、人造地球同步卫星
1.定义： 相对地球静止的赤道卫星
2019年11月13步卫星的特点:
1、所有的同步卫星只能分布在赤道正上 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 5.6R地 。
（补充）：卫星发射速度和卫星运行速度的区别
2019年11月13日星期三
概念辨析 §6.5 宇宙航行 发射速度和环绕速度
1、发射速度：是指被发射物在地面附近离开
发射装置时的速度。
①宇宙速度均指发射速度
②第一宇宙速度为在地面发射卫星的最 小速度，也是环绕地球运行的最大速度
2、运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做
v g=9.8m/s2，R=6400km，代入数据得： 7.9km/ s
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
把7.9km/s这个速度称作第一宇宙速度。
如果发射速度等于第一宇宙速度，卫星刚好 贴着地球表面作匀速圆周运动，所以又叫环绕 速度。
如果发射速度如小于第一宇宙速度,卫星将 落到地面;
h R
3.610 4 6.4 10 3
5.6倍
2019年11月13日星期三
h R 6.6倍 R
§6.5 宇宙航行
（4）定线速度v
M m
v2
G
(R h)2
m (R h)
v GM 3.1Km / s Rh
同解：v 2π(R h) 3.1Km / s T
T2
r
得:T 2 r 3
GM 地
我们能否发射一颗周期为 60min的卫星呢？
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
练习：求近地卫星的周期
T 2 r3
GM 地
23.14
(6.37 106 )3 6.67 1011 5.981024 s
5.06103 s 84.3min
匀速圆周运动的速度。
v1
GM r
2019年11月13日星期三
r↗
v↘
近地卫星 其它卫星
v发 v运 v发 >v运
§6.5 宇宙航行
三、人造卫星的运动规律
(1)
由
G
M地m r2
v2 m
r
得:v
GM地 r
(2)
由
G
M地m r2
m 2r
得:
GM地 r3
(3)
由
G
M地m r2
m
4 2
牛顿人造卫星原理 图
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
二、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
m
v2 R
,
v
GM R
推导方法二：地表附近，重力近似等于万有引力
mg m v2 , R
gvR2 GgMR,
(脱离速度)
→人造行星 v2 11.2km / s
11.2km/s>v>7.9km/s
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v3 16.7km / s
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
三、人造地球卫星运行的规律
表征人造卫星运行状态的物理量:
环绕速度v, 转动半径r (或R+h,h为离地的高度) 转动周期T.
由于地球是一个圆球,当平抛的水平初速度足够大时, 物体飞行的距离也很大, 故物体不能再落回地面,而成为一 颗绕地球运转的卫星.
2019年11月13日星期三
§6.5 宇宙航行
一、牛顿关于卫星的设想
从高山上水平抛出物体， 速度越大，落地点离山脚越远。 如果没有空气阻力，当速度足 够大时，物体就永远不会落到 地面上来，它将围绕地球旋转， 成为一颗永远绕地球运动的人 造卫星。
(3)
由
G
M地m r2
m
4 2
T2
r
得:T 2 r 3
GM 地
4由G
M地m r2
man
2019年11月13日星期三
得 an
GM 地 r2
§6.5 宇宙航行
三、人造地球卫星运行的规律
结论：
1、v、、T、a与轨道半径r为一一对应关系 2、r ，v， ，a，T
所以，第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度， 也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。