《宇宙航行》PPT新教材2
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6.5《宇宙航行》课件(新人教版必修2)
已知：地球质量 ，半径R，卫星距地面高度h， 已知：地球质量M，半径 ，卫星距地面高度 ，引 力常量G 请你利用已学的知识 请你利用已学的知识， 力常量 .请你利用已学的知识， 探究卫星绕地球的运 行速度v 周期T与高度 的关系. 与高度h的关系 行速度 、周期 与高度 的关系
课堂练习
减速制动
月球探测卫星发射
（地球卫星的最小发射速度） 地球卫星的最小发射速度）
GM v= 或 v = gR R 第二宇宙速度（逃逸速度）： =11.2千米 ）：v 千米/ 第二宇宙速度（逃逸速度）：v =11.2千米/秒
（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度） 卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）
Mm v2 mg = G 2 = m R R
专题学习网站
中国载人航天工程网： 中国载人航天工程网： 中国探月网： 中国探月网：/
韦纳·冯 布劳恩 韦纳 冯·布劳恩
第5节 宇 宙 航 行
4、 梦 想 成 真
历史放映厅：人类载人航天 年 历史放映厅：人类载人航天50年
课堂小结
1、宇宙速度： 宇宙速度
第一宇宙速度： 第一宇宙速度：v＝7.9km／s 是卫星发射的最小 7.9km／ 速 是卫星绕地球运行的最大速度。 度，是卫星绕地球运行的最大速度。 第二宇宙速度： 11.2km／ 第二宇宙速度：v＝11.2km／s，是卫星挣脱地球 束 缚的最小发射速度 第三宇宙速度: v＝16.7km／ 第三宇宙速度: v＝16.7km／s，是挣脱太阳束缚 的 最小发射速度。 最小发射速度。
月球
地月转移轨道
点火加速
地球
月 球 轨 道
我国发射的探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的， [例1] 我国发射的探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的， 且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的1 80， 且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的1/80，月球的半 径约为地球半径的1 地球第一宇宙速度约为7 km/s， 径约为地球半径的1/4，地球第一宇宙速度约为7.9km/s，求“嫦 娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？ 娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？
宇宙航行-人教版新高中物理必修第二册课件-ppt精品课件
地球的第一宇宙 速度：
同理：
火星的：
土星的： 月亮的：
7.4宇宙航行-人教版（2019）高中物 理必修 第二册 课件(共 21张PP T)
7.4宇宙航行-人教版（2019）高中物 理必修 第二册 课件(共 21张PP T)
3、第三宇宙速度
当物体的速度等于或大于16.7km/s时，物 体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳 系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫 做第三宇宙速度。
宫二号空间实验室实施分离。
成 2018年9月15日，天宫二号空间实验室已圆满完成2年在轨飞行和各 就 项试验任务，天宫二号平台及装载的应用载荷功能正常、状态良好。
为进一步发挥空间应用效益。 2019年7月19日21时06分，天宫二号空间实验室受控离轨并再入大 气层，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。天宫二号受控再入大气 层，标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部任务圆满完成。
反过来又抑制 了 生长 素 促 进 切 段细 胞 伸 长 的 作用 。
•
6. 科 学 家 在对 黄 化 豌 豆 幼苗 切 段 的 实 验研 究 中 发 现 ，低 浓 度 的 生 长素 促 进 细 胞 的伸 长 ， 但 生 长素 浓 度 增 高 到一 定 值时 ， 就 会 促 进切 段 中 乙 烯 的合 成 ， 而 乙 烯含 量 的 增 高 ，
•
8. 内 质 网 以类 似 于 “ 出 芽” 的 形 式 形 成具 有 膜 的 小 泡， 小 泡 离 开 内质 网 ， 移 动 到高 尔 基 体 与 高尔 基 体 融 合 ，成 为 高尔 基 体 的 一 部分 。 高 尔 基 体又 以 “ 出 芽 ”方 式 形 成 小
泡 ，移 动 到 细 胞 膜与 细 胞 膜 融 合， 成 为 细 胞 膜的 一 部 分 。
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
人教版必修二6.5《宇宙航行》精品.
(
2
T
)2
(R
地
h)h
3
解得h
GM 地T 2
4 2
R地
3.6 104 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 ？
同步卫星
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。可 见，空间位置也是一种资源。
凡是人造卫星的问题都可从下列关 系去列运动方程，即:
• 教学重点： 第一宇宙速度的推导． • 教学难点：运行速率与轨道半径之间的关系． • 教学方法 ：探究、讲授、讨论、练习 • 教具准备：录像资料、多媒体
一、人造卫星的发射原理 二、宇宙速度 三、人造卫星的运动规律 四、地球同步卫星
一、人造卫星的发射原理
牛顿设想： 抛出速度很大时，物体就不会落加地面
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？
G
Mm r2
m
v2 r
v GM 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 .6 7 1 0 1 1 N m 2 /k g 2 R6.37106m M5.891024kg
高中物理新必修２ 系列
序言
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宇宙航行课件2 新人教版必修2课件
v GM R
13
2 4
mg m v 2 v gR R 10 6.4 106
（2）轨道平面过球心
北
F2
西
赤道平面 F
F1 东
F
南
1 ．巡航——卫星的环绕运动
• 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
13 2
4
2．飞天——卫星的发射
v0
2．飞天——卫星的发射
——齐奥尔科夫斯基
r2
r
R
v GM r
v=16.7km/s 第三宇宙速度
v=11.2km/s
第二宇宙速度
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
• 周期T=24 h
相对地面静止
• 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）
地球是人类的摇篮，但是人类不 会永远生活在摇篮里。
1 3
2
4
第5节 宇宙航行
1.巡航——卫星的环绕运动
1 3
2
4
• 线速度 v1>v2=v3>v4
• 角速度
ω1>ω2=ω3>ω4
• 周期
T1<T2=T3<T4
v GM r
GM
r3
T 2 r 3
GM
13 2
4
（1） v，ω，T 只与r有关
v GM r
最大环绕速度 7.9 km/s
2．飞天——卫星的发射
• 第一宇宙速度
G
Mm R2
பைடு நூலகம்
13
2 4
mg m v 2 v gR R 10 6.4 106
（2）轨道平面过球心
北
F2
西
赤道平面 F
F1 东
F
南
1 ．巡航——卫星的环绕运动
• 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
13 2
4
2．飞天——卫星的发射
v0
2．飞天——卫星的发射
——齐奥尔科夫斯基
r2
r
R
v GM r
v=16.7km/s 第三宇宙速度
v=11.2km/s
第二宇宙速度
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
• 周期T=24 h
相对地面静止
• 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）
地球是人类的摇篮，但是人类不 会永远生活在摇篮里。
1 3
2
4
第5节 宇宙航行
1.巡航——卫星的环绕运动
1 3
2
4
• 线速度 v1>v2=v3>v4
• 角速度
ω1>ω2=ω3>ω4
• 周期
T1<T2=T3<T4
v GM r
GM
r3
T 2 r 3
GM
13 2
4
（1） v，ω，T 只与r有关
v GM r
最大环绕速度 7.9 km/s
2．飞天——卫星的发射
• 第一宇宙速度
G
Mm R2
பைடு நூலகம்
宇宙航行-(新)人教版高中物理必修第二册PPT优秀课件
2.第二宇宙速度 在地面附近发射飞行器，使之能够克服地球的引力，永远离开地球所需的最小发 射速度，其大小为11.2 km/s.当发射速度7.9 km/s<v0<11.2 km/s时，物体绕地球运行 的轨迹是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同. 3.第三宇宙速度 在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发 射速度，其大小为16.7 km/s.
③定高度：由
GRm＋Mh2＝m4Tπ22(R＋h)可得，同步卫星离地面高度为
3
h＝
G4Mπ2T2－
R≈3.58×104 km≈6R.
④定速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此线速度、角速度大 小均不变. ⑤定加速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此向心加速度大小 也不变.
例3 (多选)“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回
知识深化 1.第一宇宙速度 (1)两个表达式
思路一：万有引力提供向心力，由 GMRm2 ＝mvR2得 v＝
GM R
思路二：重力提供向心力，由 mg＝mvR2得 v＝ gR
(2)含义 ①近地卫星的圆轨道运行速度，大小为7.9 km/s，也是卫星圆轨道的最大运行速度. ②人造卫星的最小发射速度，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，需要更 多能量.
地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料.设地球同步卫星的轨道半径是
地球半径的n倍，下列说法中正确的是
√A.同步卫星距地面的高度是地球半径的(n－1)倍
√B.同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的
1 n
C.同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得的速度的1n
D.同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1n(忽略地球的自转)
物理必修二宇宙航行ppt课件
的线速度、角速度、 向心加速度大小关 系？
精选编辑ppt
4
变式训练 1 我国发射的“嫦娥 2 号” 探月卫星的轨道是圆形的，且贴近月球 表面．已知月球的质量约为地球质量的 811，月球半径约为地球半径的14，地球上 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( )
A．0.4 km/s
B．1.8 km/s
C．11 km/s
D．36 km/s 精选编辑ppt
5
• 2.第二宇宙速度：
•
11.2km/s
• 使卫星挣脱地球引力的 束缚，成为绕太阳运行 的人造行星的最小发射
速度，也称为脱离速度。
精选编辑ppt
• 注意：
•
1.发射速度大于
7.9km/s，而小于
11.2km/s，卫星绕地球
运动的轨迹为椭圆；
代入数值得h= 3.6107m
精选编辑ppt
12
如图6－5－2所示的圆a、b、c，其圆心均在 地球自转轴线上，b、c的圆心与地心重合， 圆b的平面与地球自转轴垂直．对环绕地球 做匀速圆周运动的卫星而言( )
A．卫星的轨道可能为a B．卫星的轨道可能为b C．卫星的轨道可能为c D．同步卫星的轨道一定为 平行于b的某一同心圆
• C．小于7.9 km/s
• D．介于7.9 km/s和16.7 km/s之间
精选编辑ppt
10
• 如图6－2所示，“嫦娥一号”卫星在椭圆轨道Ⅰ
的近地点P处(距地面600 km)，将发动机短时点
火，实施变轨，变轨后卫星进入远地点高度约为
37万km的椭圆轨道Ⅱ，直接奔向月球，则卫星在
近地点变轨后的运行速度( ) • A．小于7.9 km/s • B．大于7.9 km/s，小于11.2 km/s • C．大于11.2 km/s • D．大于11.2 km/s，小于16.7 km/s
精选编辑ppt
4
变式训练 1 我国发射的“嫦娥 2 号” 探月卫星的轨道是圆形的，且贴近月球 表面．已知月球的质量约为地球质量的 811，月球半径约为地球半径的14，地球上 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( )
A．0.4 km/s
B．1.8 km/s
C．11 km/s
D．36 km/s 精选编辑ppt
5
• 2.第二宇宙速度：
•
11.2km/s
• 使卫星挣脱地球引力的 束缚，成为绕太阳运行 的人造行星的最小发射
速度，也称为脱离速度。
精选编辑ppt
• 注意：
•
1.发射速度大于
7.9km/s，而小于
11.2km/s，卫星绕地球
运动的轨迹为椭圆；
代入数值得h= 3.6107m
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12
如图6－5－2所示的圆a、b、c，其圆心均在 地球自转轴线上，b、c的圆心与地心重合， 圆b的平面与地球自转轴垂直．对环绕地球 做匀速圆周运动的卫星而言( )
A．卫星的轨道可能为a B．卫星的轨道可能为b C．卫星的轨道可能为c D．同步卫星的轨道一定为 平行于b的某一同心圆
• C．小于7.9 km/s
• D．介于7.9 km/s和16.7 km/s之间
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10
• 如图6－2所示，“嫦娥一号”卫星在椭圆轨道Ⅰ
的近地点P处(距地面600 km)，将发动机短时点
火，实施变轨，变轨后卫星进入远地点高度约为
37万km的椭圆轨道Ⅱ，直接奔向月球，则卫星在
近地点变轨后的运行速度( ) • A．小于7.9 km/s • B．大于7.9 km/s，小于11.2 km/s • C．大于11.2 km/s • D．大于11.2 km/s，小于16.7 km/s
7.4宇宙航行-人教版高中物理必修第二册课件(共21张PPT)
一、牛顿的设想
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- - - - -当速度足 够大时, 物体就围绕地 球旋转,成为一颗人造 卫星
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7.4 宇宙航行
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课前回顾
万有引力：
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宇宙速度 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，叫做第一宇宙
速度。
在地球上，卫星的最小发射速度
v1 7.9km / s （小于该速度则发射不成功）
轨道：贴着地球表面（附近）转动的速度
被称为：地球的第一宇宙速度
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计算：贴着地球表面转 动的那颗卫星，它的速 度是多少？
高一物理(新人教必修二)6.5《宇宙航行》课件2
• ⑦三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖 全球(两极有部分盲区)
3．人造地球卫星中的超重和失重 在人造卫星发射过程中，整个卫星以加速度 a 向上 加速运动，这时卫星中的人和物的动力学方程为 F－mg′＝ma F＝ma＋mg′ 其中 g′为当时卫星高度处的重力加速度． g′＝RG＋Mh2
• 处于超重状态，此种情况与“升降机”中 的超重相同．
的重力加速度为 g＝2tv，该星球的第一宇宙速度即为卫星 在其表面附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对 卫星的引力(重力)提供卫星做圆周运动的向心力．则 mg ＝mv21/R，该星球表面的第一宇宙速度为：
v1＝ gR＝ 2vtR.
答案：
2vR t
名师点拨：求第一宇宙速度时，一定要明确卫星在 地球(星球)表面附近绕星球做圆周运动时的线速度为第 一宇宙速度．
• 卫星绕地球沿圆轨道运动时，由于地球对 卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的 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 作任一角度，如图所示．
• 2．人造卫星的对比
• (1)近地卫星
• C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度
• D．b、c的线速度大小相等，且小于a的线 速度
解析：因卫星运动的向心力就是它们所受到的万有
引力，由 F＝GMr2m知 b 所受的引力最小，故 A 项对； 由 GMm/r2＝man，得 an＝GM/r2 即卫星的向心加速度与轨道半径的平方成反比，所
• 解析：所有地球的同步卫星都位于赤道的 正上方的同一个圆周轨道，显然选项A、B 是错误的；又因向心加速度、线速度是矢 量，尽管所有同步卫星的向心加速度、线 速度大小相等，但方向时刻变化且也不相 同，故C选项错误，D选项正确．
《宇宙航行》课件2人教版必修2
宇宙航行
一、牛顿设想
建立模型： 卫星绕地球做匀速圆周运动
设：地球质量为M，地球半径为R，卫 星距地球中心距离为r，卫星质量 为m，试求卫星运动的线速度v？
G
Mm r2
m
v2 r
r≈R=6.4×106m
M=5.98×1024Kg
v GM r
v GM r
令 r≈R=6.4×106m M=5.98×1024Kg
36000km，约5.6倍地球半径） 4.线速度大小 （约为3.1km/s）
五、梦想成真
讨论： 角速度和周期与轨道半径的关系呢？
结论：
根据G
Mm
m v2
m 2r
m
4 2
r
r2
r
T2
1、线速率：v GM
r
2、角速度：
GM r3
3、周期： T 2 r3
GM
高轨道上运行的卫星，线速度小、角 速度小，周期长。
四、同步卫星
特点： 1.定点在赤道上空 2.周期与地球自转周期相同 3.距离地面的高度一定（约距地面
A.0.4km/s B.1.8km/宇宙速度 1.第一宇宙速度： 7.9km/s 2.第二宇宙速度：11.2km/s 3.第三宇宙速度：16.7km/s
三、发射速度与环绕速度
三、发射速度与环绕速度
v GM r
7.9km/s为最小发射速度，最大环绕 速度。 轨道越高，卫星运行速度越小。
求得v=7.9×103m/s=7.9km/s
二、宇宙速度 1.第一宇宙速度： 7.9km/s
v GM R
gR
物体在地面附近绕地球做匀速 圆周运动的速度。
思考：若M未知，而告诉你地球表面的 重力加速度g，则第一宇宙速度如何求？
一、牛顿设想
建立模型： 卫星绕地球做匀速圆周运动
设：地球质量为M，地球半径为R，卫 星距地球中心距离为r，卫星质量 为m，试求卫星运动的线速度v？
G
Mm r2
m
v2 r
r≈R=6.4×106m
M=5.98×1024Kg
v GM r
v GM r
令 r≈R=6.4×106m M=5.98×1024Kg
36000km，约5.6倍地球半径） 4.线速度大小 （约为3.1km/s）
五、梦想成真
讨论： 角速度和周期与轨道半径的关系呢？
结论：
根据G
Mm
m v2
m 2r
m
4 2
r
r2
r
T2
1、线速率：v GM
r
2、角速度：
GM r3
3、周期： T 2 r3
GM
高轨道上运行的卫星，线速度小、角 速度小，周期长。
四、同步卫星
特点： 1.定点在赤道上空 2.周期与地球自转周期相同 3.距离地面的高度一定（约距地面
A.0.4km/s B.1.8km/宇宙速度 1.第一宇宙速度： 7.9km/s 2.第二宇宙速度：11.2km/s 3.第三宇宙速度：16.7km/s
三、发射速度与环绕速度
三、发射速度与环绕速度
v GM r
7.9km/s为最小发射速度，最大环绕 速度。 轨道越高，卫星运行速度越小。
求得v=7.9×103m/s=7.9km/s
二、宇宙速度 1.第一宇宙速度： 7.9km/s
v GM R
gR
物体在地面附近绕地球做匀速 圆周运动的速度。
思考：若M未知，而告诉你地球表面的 重力加速度g，则第一宇宙速度如何求？