【人教版】高中物理必修二：《宇宙航行》精品课件
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2．运行规律．
根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式得
问题 探究
＝ma Mm ＝mvr2 G r2 ＝mrω2
＝mr4Tπ2 2
a＝GrM2 （r越大，a越小） v＝ GrM（r越大，v越小） ω＝ GrM3 （r越大，ω 越小） T＝ 4GπM2r3（r越大，T越大）
2．人造卫星绕地球运行的动力学原因．
人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引 力作用，人造卫星做圆周运动的向心力由__万__有__引__力__提供．
课前
导 读 二、宇宙速度
1 ．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，也叫地面附近的环绕速度．
问题 探究
(3)如果卫星的速度大于 7.9 km/s 而小于 11.2 km/s，卫星将
沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点．
3．人造卫星的发射速度和绕行速度．
(1)发射速度是指将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的
速度．要发射一颗人造卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度．因
此，第一宇宙速度又是最小的发射速度．卫星的发射速度越大，
问题 探究
名师提示：人造地球卫星的运动情况(线速度、角 速度、周期等)是由其轨道半径r唯一决定的，与卫星自 身的质量等因素无关．
在轨道半径、线速度、角速度和周期这四个物理 量中，当一个量发生变化时，另外三个量会同时发生 变化．
问题 探究
尝试应用
1．(双选)假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大源自原来到原来的2 2
答案： CD
问题
问题二 怎样理解第一宇宙速度？怎样区
探 究 分人造卫星的发射速度和绕行速度？
1．第一宇宙速度的推导． 方法一：卫星在地球表面附近运动时，r＝R(R 为地球半径) 由于向心力是由地球的万有引力提供，所以 GMRm2 ＝mvR2，v＝
GRM＝7.9 km/s. 方法二：在地面附近，重力等于万有引力，重力完全提供卫
第五节 宇 宙 航 行
情景 切入
“嫦娥三号”卫星是嫦娥绕月探月工程计划中嫦娥 系列的第三颗人造绕月探月卫星．“嫦娥三号”要携带 探测器在月球着陆，实现月面巡视、月夜生存等重大突 破，开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成 分等探测活动．根据中国探月工程三步走的规划，中国 将在2013年前后进行首次月球软着陆探测和自动巡视勘 察．
2．近地卫星的
轨道半径为： GMm
rv＝2 __R______，万有
引
力提供向心力，则有__R__2 ____＝_m__R_____．从而第一宇
宙速度为：v＝_____G__M_＝___7_._9___km/s.
3．第二宇宙速度R 的大小为11_._2_k_m__/．s 如果在地面附
近发射飞行器，发射速度7.9 km/s<v<11.2 km/s；则它绕
卫星离地面越高，贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最
小，其运行速度即第一宇宙速度．
问题 探究
(2)运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线
速度．根据 v＝ 度就越小．
GrM可知，卫星越高，半径越大，卫星的运行速
名师提示：本节中的宇宙速度是指在地球上满足不同要求的发射
速度，不能理解成运行速度．
卫星绕地球运行的轨道可以是椭圆轨道，也可以 是圆轨道．
卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一 个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定 律．
问题 探究
卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万 有引力提供了卫星绕地球运行的向心力，而万有引力指向 地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心．卫星的轨道 平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面 垂直，还可以和赤道平面成任一角度，如图所示．
问题 探究
3．卫星变轨． 在人造卫星的运行过程中，由中心天体对卫星的万有引力充 当向心力．当万有引力恰好充当向心力时，卫星在原轨道上运动， 若所需向心力大于或小于万有引力时，卫星就会脱离原轨道，发 生变轨． (1)当卫星速度变小时，由 F 向＝mvr2知其绕行所需向心力减 小，但万有引力提供的向心力不变，故卫星轨道半径减小． (2)当卫星速度变大时，其绕行所需向心力增加，但万有引力 提供的向心力不变，故卫星做离心运动，轨道半径增加．
课标 点击
1．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙 速度．
2．掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨 道半径的关系．
3．了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的 情况，激发学生的爱国热情．
课前 导读
一、人造卫星
1．牛顿对人造卫星原理的描绘．
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人造 地球卫星．
地面运行的轨迹是___椭__圆___．
课前 导读
4．第三宇宙速度的大小为1_6_._7_k_m__/_s，即若在地 面附近发射一个物体，使物体能够挣脱太阳引力的束 缚，飞到太阳系外，则必须使它的速度等于或大于第 三宇宙速度．
问题 探究
问题一 人造卫星的轨道有什么特点？卫星 运行时有哪些规律？
1．卫星的轨道．
的 2 倍，仍做圆周运动，则( )
A．根据公式 v＝ωr，可知卫星运动的线速度将增大到原来的 2 倍 B．根据公式 F＝mvr2，可知卫星所需的向心力将减少到原来的12
C．根据公式 F＝GMr2m，可知地球提供的向心力将减小到原来的14
D．根据上述 B 和 C 中给出的公式，可知卫星运动的线速度将减小
星做匀速圆周运动的向心力，mg＝mvR2，所以 v＝ gR＝7.9 km/s.
问题 探究
2．第一宇宙速度的意义． 当卫星距地心的距离越远，由 v＝ GrM可知，运动的速度越 小，所以 7.9 km/s 是人造卫星环绕地球的最大运动速度，叫第一宇 宙速度，也叫环绕速度．它是发射人造卫星所必须具备的最小速度． (1)如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能 绕地球运转． (2)如果卫星的速度等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近 做匀速圆周运动．
根据万有引力定律、牛顿第二定律和向心力公式得
问题 探究
＝ma Mm ＝mvr2 G r2 ＝mrω2
＝mr4Tπ2 2
a＝GrM2 （r越大，a越小） v＝ GrM（r越大，v越小） ω＝ GrM3 （r越大，ω 越小） T＝ 4GπM2r3（r越大，T越大）
2．人造卫星绕地球运行的动力学原因．
人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引 力作用，人造卫星做圆周运动的向心力由__万__有__引__力__提供．
课前
导 读 二、宇宙速度
1 ．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，也叫地面附近的环绕速度．
问题 探究
(3)如果卫星的速度大于 7.9 km/s 而小于 11.2 km/s，卫星将
沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点．
3．人造卫星的发射速度和绕行速度．
(1)发射速度是指将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的
速度．要发射一颗人造卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度．因
此，第一宇宙速度又是最小的发射速度．卫星的发射速度越大，
问题 探究
名师提示：人造地球卫星的运动情况(线速度、角 速度、周期等)是由其轨道半径r唯一决定的，与卫星自 身的质量等因素无关．
在轨道半径、线速度、角速度和周期这四个物理 量中，当一个量发生变化时，另外三个量会同时发生 变化．
问题 探究
尝试应用
1．(双选)假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大源自原来到原来的2 2
答案： CD
问题
问题二 怎样理解第一宇宙速度？怎样区
探 究 分人造卫星的发射速度和绕行速度？
1．第一宇宙速度的推导． 方法一：卫星在地球表面附近运动时，r＝R(R 为地球半径) 由于向心力是由地球的万有引力提供，所以 GMRm2 ＝mvR2，v＝
GRM＝7.9 km/s. 方法二：在地面附近，重力等于万有引力，重力完全提供卫
第五节 宇 宙 航 行
情景 切入
“嫦娥三号”卫星是嫦娥绕月探月工程计划中嫦娥 系列的第三颗人造绕月探月卫星．“嫦娥三号”要携带 探测器在月球着陆，实现月面巡视、月夜生存等重大突 破，开展月表地形地貌与地质构造、矿物组成和化学成 分等探测活动．根据中国探月工程三步走的规划，中国 将在2013年前后进行首次月球软着陆探测和自动巡视勘 察．
2．近地卫星的
轨道半径为： GMm
rv＝2 __R______，万有
引
力提供向心力，则有__R__2 ____＝_m__R_____．从而第一宇
宙速度为：v＝_____G__M_＝___7_._9___km/s.
3．第二宇宙速度R 的大小为11_._2_k_m__/．s 如果在地面附
近发射飞行器，发射速度7.9 km/s<v<11.2 km/s；则它绕
卫星离地面越高，贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最
小，其运行速度即第一宇宙速度．
问题 探究
(2)运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线
速度．根据 v＝ 度就越小．
GrM可知，卫星越高，半径越大，卫星的运行速
名师提示：本节中的宇宙速度是指在地球上满足不同要求的发射
速度，不能理解成运行速度．
卫星绕地球运行的轨道可以是椭圆轨道，也可以 是圆轨道．
卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一 个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定 律．
问题 探究
卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万 有引力提供了卫星绕地球运行的向心力，而万有引力指向 地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心．卫星的轨道 平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面 垂直，还可以和赤道平面成任一角度，如图所示．
问题 探究
3．卫星变轨． 在人造卫星的运行过程中，由中心天体对卫星的万有引力充 当向心力．当万有引力恰好充当向心力时，卫星在原轨道上运动， 若所需向心力大于或小于万有引力时，卫星就会脱离原轨道，发 生变轨． (1)当卫星速度变小时，由 F 向＝mvr2知其绕行所需向心力减 小，但万有引力提供的向心力不变，故卫星轨道半径减小． (2)当卫星速度变大时，其绕行所需向心力增加，但万有引力 提供的向心力不变，故卫星做离心运动，轨道半径增加．
课标 点击
1．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙 速度．
2．掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨 道半径的关系．
3．了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的 情况，激发学生的爱国热情．
课前 导读
一、人造卫星
1．牛顿对人造卫星原理的描绘．
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人造 地球卫星．
地面运行的轨迹是___椭__圆___．
课前 导读
4．第三宇宙速度的大小为1_6_._7_k_m__/_s，即若在地 面附近发射一个物体，使物体能够挣脱太阳引力的束 缚，飞到太阳系外，则必须使它的速度等于或大于第 三宇宙速度．
问题 探究
问题一 人造卫星的轨道有什么特点？卫星 运行时有哪些规律？
1．卫星的轨道．
的 2 倍，仍做圆周运动，则( )
A．根据公式 v＝ωr，可知卫星运动的线速度将增大到原来的 2 倍 B．根据公式 F＝mvr2，可知卫星所需的向心力将减少到原来的12
C．根据公式 F＝GMr2m，可知地球提供的向心力将减小到原来的14
D．根据上述 B 和 C 中给出的公式，可知卫星运动的线速度将减小
星做匀速圆周运动的向心力，mg＝mvR2，所以 v＝ gR＝7.9 km/s.
问题 探究
2．第一宇宙速度的意义． 当卫星距地心的距离越远，由 v＝ GrM可知，运动的速度越 小，所以 7.9 km/s 是人造卫星环绕地球的最大运动速度，叫第一宇 宙速度，也叫环绕速度．它是发射人造卫星所必须具备的最小速度． (1)如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能 绕地球运转． (2)如果卫星的速度等于这个速度，卫星刚好能在地球表面附近 做匀速圆周运动．