2019-2020学年人教版(2019)必修2 7.4宇宙航行 教案
7.4 宇宙航行(教案)-2020-2021学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
第七章万有引力与宇宙航行第4节宇宙航行教学设计问题与目标目标与素养1.通过了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做匀速圆周运动时，各物理量之间的关系。
2.通过对三个宇宙速度含义的了解，能推导出第一宇宙速度。
情景与问题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.通过了解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。
过程与方法1.通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识分析问题和解决问题的能力。
2.通过对天体运动的认识，能运用万有引力定律及匀速圆周运动的规律解决卫星运动的有关问题。
重点与难点重点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。
难点1.人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2.掌握有关人造卫星的计算及计算过程中的一些代换。
教学准备教师要求多媒体课件、视频资料学生要求课前预习教材中的相关知识，查阅宇宙速度与人造卫星的有关材料。
教学过程一、导入新课教师简单介绍中国近几年的航天发展情况，并多媒体播放相关视频及一些图片资料：如今，人们的通信手段越来越多样，加强了世界的联系。
要保证稳定通畅的通讯，需要同步卫星进行信号的传递。
手机等便携设备的导航定位功能已经非常全面，要实现精确的导航，需要同步卫星发挥极大的作用。
教师提出问题：怎么样才能把物体发射上天空，且不再落回地面?这节课我们共同来学习相关知识二、新课教学（一）300多年前牛顿的设想教师指导学生阅读教材第59页“问题”部分并播放图片：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。
如不计空气的阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，而是围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。
学生阅读教材，观看图片，思考讨论总结出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，地球对卫星的万有引力提供向心力。
教师投影图片，提出问题：如图所示，你认为四条轨道中可以作为卫星轨道的是哪些?学生交流讨论分析回答问题：A、C、D可能，B不可能。
《第七章 4 宇宙航行》教学设计教学反思-2023-2024学年高中物理人教版2019必修第二册
《宇宙航行》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解宇宙航行的观点和原理。
2. 掌握人造卫星的运行原理和发射技术。
3. 能够分析人造卫星的变轨问题和宇宙速度的计算。
二、教学重难点1. 教学重点：掌握人造卫星的运行规律，理解变轨原理。
2. 教学难点：理解宇宙速度的观点和计算方法，能够进行实际应用。
三、教学准备1. 准备教学PPT和相关视频素材。
2. 准备模拟火箭发射和变轨实验器械。
3. 准备宇宙航行相关案例和习题，供学生分析和练习。
四、教学过程：1. 导入新课：通过播放一些宇航员在太空中的图片或视频，引发学生对宇宙航行的兴趣，提出问题：宇宙航行中需要思量哪些问题？2. 讲解知识点：（1）讲解万有引力定律：引导学生回忆万有引力定律的内容，并诠释在宇宙航行中如何利用万有引力定律。
（2）讲解宇宙速度：介绍第一宇宙速度和第二宇宙速度的观点和计算方法，并诠释这些速度在宇宙航行中的意义。
（3）讲解环绕速度和逃逸速度：引导学生理解环绕速度和逃逸速度的含义，并诠释在宇宙航行中如何利用这些速度。
3. 教室讨论：让学生分组讨论在宇宙航行中需要思量的其他问题，如轨道调整、姿态控制、能源供应等，并鼓励学生提出解决方案。
4. 实验演示：通过实验演示，让学生直观地了解宇宙航行的原理和过程。
例如，可以通过模拟火箭发射和升空的实验，让学生了解火箭的动力来源和推力原理。
5. 总结知识点：在教室即将结束时，对所学的知识点进行总结，强调重点和难点。
同时，引导学生思考宇宙航行的未来发展趋势和应用前景。
6. 安置作业：让学生通过查阅资料或进行小实验，探索如何在实际生活中应用所学知识，如设计一款适用于太空环境的机器人等。
7. 拓展阅读：推荐一些与宇宙航行相关的书籍和网站，鼓励学生继续深入学习相关知识。
教学设计方案（第二课时）一、教学目标1. 理解宇宙航行中的基本观点，如重力、速度、轨道、能量等。
2. 掌握宇宙航行中的基本规律，并能运用这些规律解决实际问题。
《第七章4宇宙航行》教学设计教学反思-2023-2024学年高中物理人教版2019必修第二册
《宇宙航行》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解宇宙航行的基本概念，如卫星、轨道、发射和返回等。
2. 掌握卫星在太空中的运动规律，以及如何计算它们的轨道参数。
3. 能够运用所学知识解释卫星在太空中的实际应用，以及卫星的发射和返回过程。
二、教学重难点1. 重点：理解卫星在太空中的运动规律，以及如何计算其轨道参数。
2. 难点：运用所学知识解释卫星在太空中的实际应用，以及卫星的发射和返回过程。
三、教学准备1. 准备教学PPT，包括图片、图表和相关视频。
2. 准备相关教学视频，包括卫星发射和返回过程的实况记录。
3. 准备教学用具，如计算器、笔和纸张，以方便学生记录和计算。
4. 确定互动环节，鼓励学生积极参与讨论和提问。
四、教学过程：（一）引入1. 复习：牛顿第二定律、万有引力定律、重力加速度2. 提问：为什么人造卫星要绕地球旋转？为什么它不会落到地面？3. 展示地球和人造卫星的图片，介绍人造卫星的发射和运行相关知识。
（二）新课讲解1. 讲解宇宙航行的概念和意义，介绍人类宇宙航行的历史。
2. 介绍人造卫星的种类和用途，包括通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星等。
3. 讲解人造卫星的运行轨道，包括近地轨道、地球同步轨道、太阳同步轨道、逃逸轨道等。
4. 讲解万有引力提供向心力这一重要原理，通过实例让学生理解这个原理的应用。
5. 介绍发射人造卫星所需的动力系统、控制系统、姿态稳定系统等。
6. 讲解发射人造卫星所需的各种技术，包括力学、光学、电子技术等。
7. 介绍太空垃圾对航天活动的影响以及如何避免和应对这些垃圾。
8. 引入地球同步轨道的应用场景，包括电视转播、远程教育、导航系统等，让学生了解其意义和应用。
（三）实践活动1. 让学生利用小球和细线模拟人造卫星绕地球运动的模型，加深对万有引力提供向心力的理解。
2. 分组进行太空垃圾的模拟实验，通过观察和记录实验现象，了解太空垃圾的特点和危害。
3. 让学生设计一种新型的人造卫星，发挥想象力和创造力，培养他们的创新意识和实践能力。
2019-2020年新人教版高中物理必修2《宇宙航行》教学设计
2019-2020年新人教版高中物理必修2《宇宙航行》教学设计一、概述本节课为1课时，40分钟。
《宇宙航行》是人教版新课标教材高中物理必修2第六章《万有引力与航行》中的第5节。
本节属于航天部分的重要知识，介绍万有引力的实践成就，要求学生知道是万有引力理论使人类实现“飞天”的梦想。
本节内容的核心是牛顿运动定律与万有引力定律在圆周运动条件下的综合应用。
重点是理解第一宇宙速度，激发学生科学献身精神。
难点是发射速度与环绕速度的区别。
二、教学目标分析（一）知识与技能1、了解人造卫星的有关知识。
2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
（二）过程与方法通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。
（三）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。
三、学习者特征分析学生是开平市开侨中学的高一级学生。
学生为高一的孩子，好奇心强，具有较强的探究欲望，但不喜欢个体发言，集体发言的居多，同时文字组织能力欠佳。
学生有过较少的小组合作经验。
四、教学策略选择与设计引导探究策略：探讨式学习和教师启发引导。
自主合作探究式学习策略：建立小组讨论、交流、合作的课堂氛围。
情景创设策略:运用已有的物理知识,设计问题,组织教学内容，提出启发性的引申问题，激发学生的学习兴趣，积极参与讨论、总结、探究的学习当中。
五、教学资源与工具设计人教版新课标教材高中物理必修2人教版新课标教材高中物理必修2教师教学用书专门为本课设计的多媒体课件多媒体教学平台六、教学过程在课堂中对学生的学习、探究、讨论等给予及时的评价、引导和总结；本课结束时，教师引导学生进行本次课综合性总结；课后，通过研究性活动和作业来评价反馈。
附：（一）、学生自我总结问题设计：1.本节课我学到了什么？2.本节课我有什么体会？3.本节课的问题解决主要采用了什么方式、方法？4.我对本节课的自主学习和实验探究有何感受？5.本节课的学习对我的学习生活有什么影响？（二）、课后探究活动设计：一、探究人造地球同步卫星特点要求：利用已有知识解决下列问题：1、它的运行轨道应在哪？2、绕地球作什么运动？3、周期T=？角速度ω=？4、所需向心力多大？由谁提供？5、线速度v=？6、离地高度h=?二、探究如何利用同步卫星实现全球通讯？一颗同步卫星能实现全球通讯？为什么？需要多少颗同步卫星才能实现全球通讯？请形成研究性小报告。
7.4 宇宙航行 教学设计-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
7.4 宇宙航行教学设计教学目的：1.了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度。
2.知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及卫星运动的简单问题。
3.了解发射速度与环绕速度的区别和联系。
教学重点：区分三个宇宙速度及含义教学过程教师活动学生活动【课前回顾】1、默写（1）地球的质量M公式（2）计算天体的质量公式2、请说出三种其他天体名称3、哈雷彗星的回归时间：上次？下次？4、作业问题解答提问强调重点作业点评默写订正教学过程教师活动学生活动【导入】1、拿一支粉笔水平抛出，粉笔做什么运动？——可以看作平抛运动2、在相同高度使抛出时的速度更大一些，与第一次抛出有什么区别？——水平飞出的距离更远3、是否可以一直运动不掉下来？为什么会这样呢？ ——不可以，因为受到重力作用，粉笔会向下运动。
[问题]牛顿的设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。
你知道这个速度究竟有多大吗？ 【新授】 一、宇宙速度（一）第一宇宙速度的推导[思考]：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm 2/kg 2，地球质m=6×1024kg ，地球半径R=6400km ，地球表面重力加速度g=9.8m/s 2） 1、拱桥法：当支持力为0时，重力提供物体作圆周运动的向心力。
由mg ＝m v2R 得：v ＝gR =7.9km/s第一宇宙速度的大小：v =7.9km/s ， 第一宇宙速度是航天器成为卫星的最小发射速度：发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。
提问 引导思考重点讲解板书P59[问题] 思考回答笔记记录教 学 过 程 教师活动 学生活动2、物体在地面附近绕地球的运动可视作匀速圆周运动，万有引力提供物体运动所需的向心力，轨道半径r 近似认为等于地球半径R由Gmm地R2＝mv2R，可得v＝Gm地R.第一宇宙速度是卫星的最大环绕速度（二）第二宇宙速度理论研究指出：在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9 km/s、小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同。
4宇宙航行-人教版高中物理必修第二册(2019版)教案
4 宇宙航行-人教版高中物理必修第二册（2019版）教案一、教学目标通过学习本节课的内容，学生应该能够：1.理解天体运动的基本规律；2.掌握众多的测量天体距离和质量的方法；3.理解探测器和卫星的工作原理以及其在探测地球和宇宙的应用；4.理解人类在航行宇宙中所遇到的问题，并掌握解决这些问题的方法；5.增强对宇宙探索的兴趣和好奇心，对未来航空航天领域的发展有初步了解。
二、教学内容和时长本节课的教学内容和时长如下：•天体运动的基本规律（20分钟）；•测量天体距离和质量的方法（30分钟）；•探测器和卫星的工作原理以及在探测地球和宇宙的应用（40分钟）；•宇宙航行中的问题和解决方法（30分钟）；•宇宙探索的前景和未来（20分钟）。
三、教学方法和手段本节课的教学方法和手段如下：•课堂讲解，通过PPT、黑板、手写板等方式进行；•影片欣赏，让学生更加深入的了解天文学和宇航科学的前沿知识；•活动和讨论，让学生更好的理解实验原理和规律；•实际操作，让学生亲手操作科学仪器，感受科学的魅力。
四、教学重点和难点本节课的教学重点和难点如下：1.理解天体运动的基本规律，并能够根据规律解决实际问题；2.掌握众多的测量天体距离和质量的方法，并在实际操作中熟练掌握；3.理解探测器和卫星的工作原理，并结合实际案例进行深入探究；4.理解人类在航行宇宙中所遇到的问题，并结合工程领域的实践进行讨论。
五、教学过程本节课的教学过程如下：1. 天体运动的基本规律（20分钟）1.介绍天体运动的基本规律；2.通过图例展示地球、月球、太阳等天体的运动轨迹；3.依次介绍行星、开普勒定律、牛顿万有引力定律的概念与应用。
2. 测量天体距离和质量的方法（30分钟）1.介绍测量天体距离的方法，包括巨星法、赤道坐标法、三角视差法等；2.介绍测量天体质量的方法，包括牛顿万有引力定律、开普勒定律等；3.示范如何实际操作天文望远镜进行观测和测量。
3. 探测器和卫星的工作原理以及在探测地球和宇宙的应用（40分钟）1.介绍探测器和卫星的基本构造和工作原理；2.介绍卫星在地球和宇宙探索中的应用，如人造卫星、深空探测器等；3.利用影片等展示实际探测器和卫星的应用和相关数据。
7.4 宇宙航行 说课课件-2024-2025学年高一上学期物理人教版(2019)必修第二册
拓展三：了解中国航天发展史，截取感兴趣的部 分与其他同学分享交流。
Step 06
教材分析 学情分析 教学目标 重难点分析
教法学法
教学过程 板书设计
宇宙航行 一、三个宇宙速度 1.第一宇宙速度 （环绕速度）v=7.9km/s 定义：物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度。 理解：第一宇宙速度是最大的环绕速度，最小的发射速度 2.第二宇宙速度（脱离速度） v=11.2km/s 3.第三宇宙速度（逃逸速度） v=16.7km/s 二、人造卫星 1.卫星分类 2.卫星分析 3.卫星参数和r的关系 三、同步卫星 1.概念：相对于地面静止，与地球自转具有相同的周期的通信卫星叫地球同步卫星。 2.五个一定： ①轨道平面一定，与赤道面重合 ②周期一定 ③高度一定 ④速度一定 ⑤运行方向一定：自西向东 四、航天发展史
板书设计
Step 02
活动一：通过用不同水平初速度扔出物体，速度 越大落地点越远，引发学生思考——“如果被抛 出的物体速度足够大，物体的运动情况如何？” 从而引出牛顿的设想。
v0
A
BCD
教材分析 学情分析 教学目标 重难点分析 教法学法
教学过程
板书设计
Step 03
活动二：学生通过构建物理模型用两种方法推导出 第一宇宙速度，通过自己推导的过程，加深学生对 于万有引力定律的理解和记忆。并进一步发散思考， 当速度大于第一宇宙速度，物体怎样运动，进而引 出第二、第三宇宙速度。
教材分析
学情分析
教学目标 重难点分析 教法学法 教学过程 板书设计
学生具备了解决宇宙航行问题的知识基础。学 生对万有引力定律在天文学上的应用有了初步 的认识。
学生的物理思维方式仍未养成，容易接受表象的知 识，对抽象知识的理解、对易混知识的辨析能力还 有所欠缺。
2019版新教材统编人教版高中物理必修第二册第七章《万有引力与宇宙航行》章节教案教学设计含章末综合与测试
【2019统编版】部编人教版高中物理必修第二册第七章《万有引力与宇宙航行》全章节备课教案教学设计7.1《行星的运动》教学设计教学流程教学目标一、知识与技能认识椭圆；了解人类对天体运行的研究历史；理解开普勒三定律。
二、过程与方法通过对天体运行研究历史的了解，体会科学研究的一般思路与方法──质疑、批判、猜测、观察与实验。
三、情感态度价值观通过对天体运行研究历史的了解，感悟科学家对科学的执著和献身精神，培养学生热爱科学、献身科学的精神和勇于创新、敢于坚持真理、实事求是的科学态度。
【教学重点】开普勒三定律。
【教学难点】行星的椭圆轨道。
【教具准备】细线、图钉、木板、铅笔、课件等【教学过程】一、复习提问1．曲线运动是变速运动吗？2．曲线运动中，质点经过曲线上某一点时的速度方向如何确定？3．质点做曲线运动的条件是什么？二、引入课题学生阅读──本章“引言”部分。
教师讲述──本节课，我们先来了解一下人类对天体运行的研究历史，回顾一下科学先贤的工作──学习《行星的运动》。
三、新课教学教师讲述：人类对天体运行的认识，起源于托勒密的“地心说”，经哥白尼发展到了“日心说”，开普勒的“行星运动定律”第一次为天体的运动立了法。
而完全解决天体运动问题的则是“站在巨人肩膀上”的牛顿。
探究一：第谷、开普勒的研究1．课件展示“阅读材料”──学生阅读讨论第谷与开普勒第谷（1510──1601）──天体运动的守候者1510年12月14日生于丹麦斯坎尼亚省基乌德斯特普的一个贵族家庭。
其父是律师。
1601年10月24日，第谷逝世于布拉格，终年57岁。
第谷于1559年入哥本哈根大学读书。
1560年8月，他根据预报观察到一次日食，这使他对天文学产生了极大的兴趣。
1562年第谷转到德国莱比锡大学学习法律，但却利用全部的业余时间研究天文学。
1563年他写出了第一份天文观测资料，记载了木星、土星和太阳在一直线上的情况。
1566年第谷开始到各国漫游，并在德国罗斯托克大学攻读天文学。
7.4宇宙航行-2023-2024学年高一物理同步精讲教学设计(人教版2019必修第二册)
教学方法/手段/资源：
-自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。
-信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。
作用与目的：
-帮助学生提前了解本节课的主要内容，为课堂学习做好准备。
-培养学生的自主学习能力和独立思考能力。
已知人造卫星的质量为m，地球半径为R，万有引力常数为G，地球质量为M，请设计一个卫星应用方案，包括卫星轨道类型、应用领域等。
答案：设计一个地球同步轨道的通信卫星，用于电话、电视、互联网等信号的传输。
内容逻辑关系
1.宇宙速度的计算
重点知识点：宇宙速度、第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度、万有引力常数、地球质量、地球半径。
2.课中强化技能
教师活动：
-导入新课：通过故事、案例或视频等方式，引出宇宙航行课题，激发学生的学习兴趣。
-讲解知识点：详细讲解宇宙速度、卫星轨道等知识点，结合实例帮助学生理解。
-组织课堂活动：设计小组讨论、角色扮演、实验等活动，让学生在实践中掌握宇宙航行的基本原理。
-解答疑问：针对学生在学习中产生的疑问，进行及时解答和指导。
1.宇宙速度的概念和计算，包括第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的定义及其计算方法。
2.卫星轨道的分类和特点，包括地球同步轨道、太阳同步轨道、地球静止轨道等。
3.卫星发射和返回的基本原理，包括卫星发射的必要条件、卫星返回地球的过程等。
4.人造卫星的应用领域，包括通信卫星、导航卫星、地球观测卫星等。
-设计预习问题：围绕“宇宙航行”课题，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考。
-监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。
2019-2020学年人教版必修第二册 第七章 第4节 宇宙航行 学案
第4节 宇宙航行学习目标核心素养形成脉络1.知道三个宇宙速度的含义，并会推导第一宇宙速度．2．认识同步卫星的特点．3．了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程.一、宇宙速度1．人造地球卫星的发射原理(1)牛顿的设想：在高山上水平抛出一个物体，当初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的人造地球卫星．(2)原理：一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力提供，即G mm 地r 2＝m v 2r，则卫星在轨道上运行的线速度v ＝Gm 地r. 2．宇宙速度(1)第一宇宙速度v Ⅰ：卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，v Ⅰ＝7.9 km/s. (2)第二宇宙速度v Ⅱ：使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度，v Ⅱ＝11.2 km/s. (3)第三宇宙速度v Ⅲ：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度，v Ⅲ＝16.7 km/s. 二、人造地球卫星1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星． 1969年7月，美国“阿波罗11号”登上月球．1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功． 2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空．2010年10月1日，我国的“嫦娥二号”探月卫星发射成功． 2013年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功．2016年9月15日， 天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射成功．2018年5月21日，嫦娥四号中继卫星“鹊桥”在西昌卫星发射中心发射成功，嫦娥四号中继卫星“鹊桥”，将运行在绕地月L 2点的HALO 轨道上，为月球背面的嫦娥四号着陆器(后续发射)和巡视器与地球间的通信和数据传输提供地月中继通信支持．思维辨析(1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.( )(2)在地面上发射火星探测器的速度应为11.2 km/s<v <16.7 km/s.( ) (3)要发射离开太阳系的探测器，所需发射速度至少为16.7 km/s.( ) (4)要发射一颗月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s.( ) 提示：(1)√ (2)√ (3)√ (4)× 基础理解人造卫星能够绕地球转动而不落回地面，是否是由于卫星不再受到地球引力的作用？ 提示：不是，卫星仍然受到地球引力的作用，但地球引力全部用来提供向心力．对宇宙速度的理解问题导引发射卫星，要有足够大的速度才行．(1)怎样求地球的第一宇宙速度？不同星球的第一宇宙速度是否相同？ (2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？ [要点提示] (1)根据G MmR 2＝m v 2R ，v ＝GMR，可见第一宇宙速度由质量和半径决定；不同．(2)轨道越高，需要的发射速度越大．【核心深化】1．第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的速度． 2．第一宇宙速度的推导万有引力提供卫星运动的向心力重力提供卫星运动的向心力公式 G MmR 2＝m v 2R mg ＝m v 2R结果 v ＝GMRv ＝gR普适性既适用于地球，也适用于其他星体3.对第一宇宙速度的理解(1)“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，因为发射卫星要克服地球对它的引力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度．(2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由G Mmr 2＝m v 2r可得v ＝GMr，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度．关键能力1 对三种宇宙速度的理解(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )A ．第一宇宙速度v 1＝7.9 km/s ，第二宇宙速度v 2＝11.2 km/s ，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v 1，小于v 2B ．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度C ．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度D ．第一宇宙速度7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度 [解析] 根据v ＝GMr可知，卫星的轨道半径r 越大，即距离地面越远，卫星的环绕速度越小，v 1＝7.9 km/s 是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度，选项D 正确；实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，故卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度都小于第一宇宙速度，选项A 错误；美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，仍在太阳系内，所以其发射速度小于第三宇宙速度，选项B 错误；第二宇宙速度是使物体挣脱地球束缚而成为太阳的一颗人造小行星的最小发射速度，选项C 正确．[答案] CD关键能力2 第一宇宙速度的推导计算我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”．设该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181，月球的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最大速率约为( )A ．0.4 km/sB ．1.8 km/sC ．11 km/sD ．36 km/s[解析] 星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度．卫星所需的向心力由万有引力提供，G Mmr 2＝m v 2r，得v ＝GMr， 又由M 月M 地＝181，r 月r 地＝14，故月球和地球上第一宇宙速度之比v 月v 地＝29，故v 月＝7.9×29 km/s ≈1.8 km/s ，因此B 项正确． [答案] B【达标练习】1．(2019·陕西汉中期末)嫦娥四号发射后进入近月点约100公里的环月轨道．关于“嫦娥四号”月球探测器的发射速度，下列说法正确的是( )A ．小于第一宇宙速度B ．介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间C ．介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间D ．大于第三宇宙速度解析：选B.嫦娥四号进入近月点约100公里的环月轨道后，仍围绕地球做椭圆运动，未摆脱地球的引力束缚，故嫦娥四号的发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间，故选项B 正确，A 、C 、D 错误．2．(2019·河南郑州高一检测)恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20 km ，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km ，密度为1.2×1017 kg/m 3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为( )A ．7.9 km/sB ．16.7 km/sC ．2.9×104 km/sD ．5.8×104 km/s解析：选D.中子星上的第一宇宙速度即为它表面处的飞行器的环绕速度．飞行器的轨道半径近似认为是该中子星的半径，且中子星对飞行器的万有引力充当向心力，由G Mmr 2＝m v 2r ，得v ＝GMr ，又M ＝ρV ＝ρ4πr 33，得 v ＝r4πG ρ3＝1×104×4×3.14×6.67×10－11×1.2×10173m/s≈5.8×107 m/s ＝5.8×104 km/s.人造地球卫星问题导引如图所示，在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动．(1)这些卫星的轨道平面有什么特点？(2)这些卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度等跟什么因素有关呢？[要点提示](1)轨道平面过地心．(2)与轨道半径有关．【核心深化】1．人造地球卫星的轨道特点卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道．(1)卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．(2)卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为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，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心．(3)卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示．2．地球同步卫星地球同步卫星位于地球赤道上方，相对于地面静止不动，它跟地球的自转角速度相同，广泛应用于通信，又叫同步通信卫星．地球同步卫星的特点见下表：周期一定与地球自转周期相同，即T＝24 h＝86 400 s角速度一定与地球自转的角速度相同高度一定卫星离地面高度h＝r－R ≈6R(为恒量)≈3.6×104 km速度大小一定v＝2πrT＝3.07 km/s(为恒量)，环绕方向与地球自转方向相同向心加速度 大小一定 a n ＝0.23 m/s 2 轨道平面一定轨道平面与赤道平面共面关键能力1 卫星运行参量的比较分析(2019·陕西咸阳期中)如图所示，我国“北斗卫星导航系统”由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，卫星轨道半径大小不同，其运行速度、周期等参量也不相同，下面说法正确的是( )A ．卫星轨道半径越大，环绕速度越大B ．卫星的线速度小于7.9 km/sC ．卫星轨道半径越小，向心加速度越小D ．卫星轨道半径越小，运动的角速度越小[解析] 人造地球卫星在绕地球做圆周运动时，由地球对卫星的引力提供圆周运动的向心力，故有G Mmr 2＝m v 2r＝ma ＝mω2r 得：v ＝GM r ，a ＝GMr2，ω＝GMr 3，A 、C 、D 错误；近地卫星线速度为7.9 km/s ，由于静止轨道卫星运行的半径大于近地轨道的半径，所以其线速度小于7.9 km/s ，故B 正确．[答案] B关键能力2 地球同步卫星的分析(2019·重庆一中期末)关于地球同步卫星，下列说法正确的是( ) A ．运行轨道可以位于重庆正上方 B ．稳定运行的线速度小于 7.9 km/sC ．运行轨道可高可低，轨道越高，绕地球运行一周所用时间越长D ．若卫星质量加倍，运行高度将降低一半[解析] 在除赤道所在平面外的任意点，假设实现了“同步”，那它的运动轨道所在平面与受到地球的引力就不在一个平面上，这是不可能的，所以同步卫星只能在赤道的正上方，故A 项错误；根据万有引力提供向心力G Mmr 2＝m v 2r得：v ＝GMr，卫星离地面越高r 越大，则速度越小，当r 最小等于地球半径R 时，线速度最大，为地球的第一宇宙速度7.9 km/s ，故同步卫星的线速度小于7.9 km/s ，故B 项正确；地球同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上的圆形轨道即轨道平面与赤道平面重合，运行周期与地球自转一周的时间相等，即为一天，根据万有引力提供向心力，列出等式GMm（R ＋h ）2＝m 4π2r 2(R ＋h )，其中R 为地球半径，h为同步卫星离地面的高度．由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，所以T 为一定值，根据上面等式得出：同步卫星离地面的高度h 也为一定值，故C 、D 项错误．[答案] B【达标练习】1．(多选)(2019·广东揭阳期末)关于地球同步卫星，下列说法正确的是( ) A ．它处于平衡状态，且具有一定的高度 B ．它的加速度小于9.8 m/s 2C ．它的周期是24 h ，且轨道平面与赤道平面重合D ．它的速度等于7.9 km/s解析：选BC.同步卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，离地面的高度h 为一定值，没有处于平衡状态，故A 错误；同步卫星和近地卫星都符合GMmr 2＝ma ，近地卫星a ＝GMR 2＝9.8 m/s 2，由于同步卫星轨道半径大于近地卫星的半径，故同步卫星的加速度小于9.8 m/s 2，故B 正确；同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，同步卫星的周期为24 h ，轨道平面与赤道平面重合，故C 正确；根据万有引力提供向心力，G Mmr 2＝m v 2r ，解得运行速度v ＝GMr，近地卫星的运行速度为7.9 km/s ，则同步卫星的运行速度小于7.9 km/s ，故D 错误．2．(2019·山东青州月考)如图所示，在同一轨道平面上，有绕地球做匀速圆周运动的卫星A 、B 、C ，下列说法正确的是( )A ．A 的线速度最小B ．B 的角速度最小C ．C 周期最长D ．A 的向心加速度最小解析：选 C.根据万有引力提供向心力得GMmr 2＝m v 2r ＝m 4π2T 2r ＝mω2r ＝ma ，解得：v ＝GMr，T ＝2πr 3GM ，a ＝GMr2，ω＝GMr 3，A 的轨道半径最小，所以A 的线速度最大，选项A 错误；C 的轨道半径最大，C 的角速度最小，C 周期最长，选项B 错误，C 正确；A的轨道半径最小，则A 的向心加速度最大，选项D 错误．卫星变轨问题 【核心深化】卫星在运动中的“变轨”有两种情况：离心运动和向心运动．当万有引力恰好提供卫星所需的向心力，即G Mmr 2＝m v 2r 时，卫星做匀速圆周运动；当某时刻速度发生突变，所需的向心力也会发生突变，而突变瞬间万有引力不变．1．制动变轨：卫星的速率变小时，使得万有引力大于所需向心力，即G Mm r 2>m v 2r ，卫星做近心运动，轨道半径将变小．所以要使卫星的轨道半径变小，需开动反冲发动机使卫星做减速运动．2．加速变轨：卫星的速率变大时，使得万有引力小于所需向心力，即G Mm r 2<m v 2r ，卫星做离心运动，轨道半径将变大．所以要使卫星的轨道半径变大，需开动反冲发动机使卫星做加速运动．关键能力1 卫星变轨问题(2019·湖南长郡中学期中)我国首个火星探测器将于2020年在海南文昌发射场用“长征”五号运载火箭实施发射，一步实现火星探测器的“绕、着、巡”，假设将来中国火星探测器探测火星时，经历如图所示的变轨过程，下列说法正确的是( )A ．探测器在轨道Ⅱ上运动时，经过P 点时的速度大于经过Q 点时的速度B ．探测器在轨道Ⅰ上经过P 点时的速度大于探测器在轨道Ⅱ上经过P 点时的速度C ．探测器在轨道Ⅲ上运动到P 点时的加速度大于探测器在轨道Ⅱ上运动到P 点时的加速度D ．探测器在轨道Ⅱ上运动时的机械能大于在轨道Ⅲ上运动时所具有的机械能 [解析] 根据开普勒定律知探测器在椭圆轨道上运动时，在离火星最近的P 点速度大于最远的Q 点的速度，A 正确；飞船从轨道Ⅰ上变轨到轨道Ⅱ上，需要在P 点加速，所以在轨道Ⅰ上经过P 点时的速度小于在轨道Ⅱ上经过P 点时的速度，B 错误；不管在那个轨道上，飞船在P 点受到的万有引力是相等的，所以加速度相等，C 错误；飞船往高轨道运动需要点火加速，飞船在轨道Ⅱ上运动时的机械能小于在轨道Ⅲ上运动时所具有的机械能，D 错误．[答案] A关键能力2 卫星的对接、追及问题(2019·甘肃酒泉期末)如图所示，a 、b 、 c 是在地球大气层外圆形轨道上运行的3颗人造卫星，下列说法正确的是( )A ．b 、 c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度B ．a 卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变大C ．c 加速可以追上同一轨道上的b ，b 减速可以等候同一轨道上的cD ．b 、c 向心加速度相等，且大于a 的向心加速度[解析] 人造卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，设卫星的质量为m 、轨道半径为r 、地球质量为M ，有G Mmr 2＝m v 2r＝ma ，解得卫星线速度v ＝GMr，由图可知，r a ＜r b ＝r c ，则b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度，故选项A 错误；由v ＝GM r知，a 卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将变大，故选项B 正确；c 加速要做离心运动，不可以追上同一轨道上的b ；b 减速要做向心运动，不可以等候同一轨道上的c ，故选项C 错误；由向心加速度a ＝GMr 2知，b 、c 的向心加速度大小相等，且小于a 的向心加速度，故选项D 错误．[答案] B【达标练习】1．(2019·安徽江淮名校期中)一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，假如该卫星变轨后仍做匀速圆周运动，速度大小减小为原来的12，则变轨前后卫星的( )A ．周期之比为1∶8B ．角速度大小之比为2∶1C ．向心加速度大小之比为4∶1D ．轨道半径之比为1∶2解析：选A.根据万有引力充当卫星绕地球运动的向心力：G Mmr 2＝m v 2r ，卫星的线速度v＝GM r ，由题知，速度大小减小为原来的12，则轨道半径增大到原来的4倍，即变轨前后轨道半径之比为1∶4；卫星的角速度ω＝vr＝GMr 3，可得变轨前后角速度大小之比为8∶1；卫星的向心加速度a ＝v 2r ＝GMr2，可得变轨前后向心加速度大小之比为16∶1；卫星的周期T＝2πω，可得变轨前后周期之比为1∶8，故B 、C 、D 错误，A 正确．2．(多选)(2019·河北唐山期末)2016年我国成功发射了神舟十一号载人飞船并顺利和天宫二号对接．飞船在发射过程中先沿椭圆轨道1飞行，后在远地点P 加速，飞船由椭圆轨道变成图示的圆轨道2.下列判断正确的是( )A ．飞船沿椭圆轨道1通过P 点时的速度等于沿圆轨道2通过P 点时的速度B ．飞船沿椭圆轨道1通过P 点时的速度小于沿圆轨道2通过P 点时的速度C ．飞船沿椭圆轨道1通过P 点时的加速度等于沿圆轨道2通过P 点时的加速度D ．飞船沿椭圆轨道1通过P 点时的加速度小于沿圆轨道2通过P 点时的加速度 解析：选BC.飞船在发射过程中先沿椭圆轨道1飞行，后在远地点P 加速，由于点火加速飞船由椭圆轨道变为圆轨道，则飞船的速度增加，故A 错误，B 正确；据a ＝GMR 2可知，飞船变轨前后所在位置距离地球的距离都相等，则两者加速度相等，故C 正确，D 错误．1．(2019·广东实验中学期末)我国发射的“天链一号01号星”属于地球同步卫星．关于定点后的“天链一号01号星”，下列说法正确的是( )A ．它同时受到万有引力和向心力B ．它“定点”，所以处于静止状态C ．它处于失重状态，不受重力作用D ．它的速度大小不变，但加速度不为零解析：选D.地球同步卫星只受万有引力，万有引力完全充当了向心力，向心力不是物体实际受到的力，A 错误；同步卫星相对于地球静止，做匀速圆周运动，合力不为零，所以不是处于静止状态，B 错误；万有引力完全充当向心力，所以同步卫星处于完全失重状态，但完全失重状态只是视重为零，并不是不受重力，C 错误；同步卫星相对地球静止，角速度一定，根据v ＝rω可知它的速度大小不变，做匀速圆周运动，加速度大小恒定，但不为零，D 正确．2．(2019·广东佛山期末)现代人们的生活与各类人造卫星应用息息相关，下列关于卫星的说法正确的是( )A ．顺德的正上方可能存在同步卫星B ．地球周围卫星的轨道可以在任意平面内C ．卫星围绕地球转动的速度不可能大于7.9 km/sD ．卫星的轨道半径越大运行速度就越大解析：选C.同步卫星一定位于赤道的正上方，而顺德不在赤道上，所以顺德的正上方不可能存在同步卫星，故选项A 错误；卫星的向心力是由万有引力提供的，所以地球周围卫星的轨道平面一定经过地心，不是在任意平面内都存在地球卫星，故选项B 错误；根据v ＝GMr可知，当r 等于地球半径时的速度为7.9 km/s ，所以7.9 km/s 是最大的环绕速度，卫星围绕地球转动的速度不可能大于7.9 km/s ，故选项C 正确；根据v ＝GMr可知，卫星的轨道半径越大运行速度就越小，故选项D 错误．3．(2019·辽宁鞍山期中)北京时间2018年11月1日23点57分，第41颗北斗导航系统卫星在西昌卫星发射中心发射成功，并进入地球同步轨道，它是北斗全球卫星导航系统(即北斗三号工程)的第17颗卫星，北斗三号工程将向“一带一路”国家和地区提供基本导航服务．下列关于这颗卫星在轨道上运行的描述正确的是( )A ．速度介于7.9 km/s 与11.2 km/s 之间B ．周期大于地球自转周期C ．加速度小于地面重力加速度D ．处于平衡状态解析：选C.所有卫星的运行速度不大于第一宇宙速度7.9 km/s ，故选项A 错误；该卫星是地球同步卫星，周期与地球的自转周期相同，故选项B 错误；根据万有引力提供向心力GMm r 2＝ma 得卫星的向心加速度为a ＝GM r 2，根据重力与万有引力相等GMm R 2＝mg 得重力加速度g ＝GMR 2，由于r >R ，则有a <g ，故选项C 正确；卫星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，合外力不为零，不是平衡状态，故选项D 错误．4．某人在一星球上以速率v 竖直上抛一物体，经时间t 后，物体以速率v 落回手中．已知该星球的半径为R ，求该星球上的第一宇宙速度．解析：根据匀变速运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g ＝2vt ，该星球的第一宇宙速度，即为卫星在其表面附近绕星球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 ＝m v 21R，该星球表面的第一宇宙速度为v 1＝gR ＝2v Rt . 答案：2v Rt(建议用时：30分钟)A 组 学业达标练1．(2019·北师大附中期末)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解析：选D.同步卫星只能位于赤道正上方，A 项错误；由GMm r 2＝m v 2r 知，卫星的轨道半径越大，卫星做匀速圆周运动的线速度越小，因此入轨后的速度小于第一宇宙速度(近地卫星的速度)，B 项错误；同步卫星的发射速度大于第一宇宙速度，小于第二宇宙速度，C 项错误；若发射到近地圆轨道，所需发射速度较小，所需能量较少，D 项正确．2．(多选)(2019·广东实验中学期末)我国已实现了载人航天飞行，并着手实施登月计划，在载人空间站围绕月球沿圆轨道运行时( )A ．宇航员所受合外力总为零B ．宇航员所受重力总为零C ．宇航员不能用弹簧测力计测量物体的重力D ．载人空间站离月球越远，宇航员所受到的重力越小解析：选CD.宇航员所受合外力提供做圆周运动的向心力，A 错误；宇航员处于失重状态，但宇航员仍受重力的作用，B 错误；宇航员处于失重状态，不能用弹簧测力计测量物体的重力，C 正确；根据GMmr 2＝mg 可知，载人空间站离月球越远，即r 越大，宇航员所受到的重力越小，D 正确．3．已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍，则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( )A ．3.5 km/sB ．5.0 km/sC ．17.7 km/sD ．35.2 km/s解析：选A.由G Mm r 2＝m v 2r 得，对于地球表面附近的航天器有：G Mm r 2＝m v 21r ，对于火星表面附近的航天器有：GM ′m r ′2＝m v 22r ′，由题意知M ′＝110M 、r ′＝r 2，且v 1＝7.9 km/s ，联立以上各式得v 2≈3.5 km/s ，选项A 正确．4．(多选)(2019·陕西商洛期末)2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，“北斗二号”系统定位精度由10米提升至6米．若在北斗卫星中有a 、b 两卫星，它们均环绕地球做匀速圆周运动，且a 的轨道半径比b 的轨道半径小，则( )A ．a 的周期小于b 的周期B ．a 的线速度小于b 的线速度C ．a 的加速度小于b 的加速度D ．a 的角速度大于b 的角速度解析：选AD.北斗卫星绕地球匀速圆周运动，根据万有引力提供圆周运动向心力：G Mmr 2＝m 4π2T 2r ＝m v 2r ＝mrω2＝ma ，由上可得周期为：T ＝4π2r 3GM，a 的轨道半径小，所以a 的周期小，故选项A 正确；由上可得线速度为：v ＝GMr，a 的轨道半径小，所以其线速度大，故选项B 错误；由上可得加速度为：a ＝G Mr 2，a 的轨道半径小，所以加速度大，故选项C 错误；由上可得角速度为：ω＝GMr 3，a 的轨道半径小，所以角速度大，故选项D 正确． 5．(多选)“神舟九号”飞船与“天宫一号”目标飞行器在离地面343 km 的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接．对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气．下列说法正确的是( )A ．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间B ．如不加干预，在运行一段时间后，“天宫一号”的动能可能会增加C ．如不加干预，“天宫一号”的轨道高度将缓慢降低D ．航天员在“天宫一号”中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用解析：选BC.本题虽为天体运动问题，但题中特别指出存在稀薄大气，所以应从变轨角度入手．第一宇宙速度和第二宇宙速度为发射速度，天体运动的速度为环绕速度，均小于第一宇宙速度，选项A 错误；天体运动过程中由于大气阻力，速度减小，导致需要的向心力F n ＝m v 2r 减小，做近心运动，近心运动过程中，轨道高度降低，且万有引力做正功，势能减小，动能增加，选项B 、C 正确(功和能下章讲到); 航天员在太空中受地球引力，地球引力全部提供航天员做圆周运动的向心力，选项D 错误．6.(多选)(2019·重庆主城四区期末)如图所示，极地轨道卫星的运行轨道可视为圆轨道，其轨道平面通过地球的南北两极．若已知一个极地轨道卫星从北纬60°的正上方，按图示方向第一次运行到南纬60°的正上方时所用时间为t ，已知地球半径为R (地球视为均匀球体)，地球表面的重力加速度为g ，引力常量为G ，由以上已知量可以求出：( )。
宇宙航行+教学设计 高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
“一课一研精准教学”记录表年 级 学 科 物理 分包领导 备课时间 备课地点 理综组 主备人 备课主题 7.4 宇宙航行 一、精准讲解： 1.宇宙速度（1）牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，抛出的速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。
（2）近地卫星的速度：由rv m r mm G 22=地，得r Gm v 地=，用地球半径R 代替卫星到地心的距离r ，可求得v =7.9km/s 。
（3）宇宙速度及其意义宇宙速度 数值 意义第一宇宙速度 7.9km/s 物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度 第二宇宙速度 11.2km/s 使飞行器脱离地球引力束缚的最小地面发射速度 第三宇宙速度 16.7km/s 使飞行器脱离太阳引力束缚的最小地面发射速度（4）宇宙速度的理解 A. 第一宇宙速度 公式：gR RGMv ==1 推导：a.由R v m R Mm G 212= 得s m R GM v /107.9m/s 104.61098.51067.6362411-1⨯=⨯⨯⨯⨯== b.由于物体受到地球的万有引力近似等于该物体在地球表面的重力，即Rv m mg 21=得s m s m gR v /109.7/104.68.9361⨯=⨯⨯==。
意义：a.第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度。
b.第一宇宙速度也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，对应的运行周期是人造卫星的最小周期min 8550572min ≈==s gRT πB. 第二宇宙速度大小：s km v /2.112=意义：在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱地球引力的束缚，永远离开地球所需的最小发射速度。
第二宇宙速度与第一宇宙速度的关系：122v v =C. 第三宇宙速度大小：s km v /7.163=意义：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。
D. “最小发射速度”与“最大环绕速度”（1）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，因为发射卫星要克服地球对它的万有引力。
2019-2020学年人教版(2019)必修2 7.4宇宙航行 教案
宇宙航行参考答案：不能这样说。
这是因为如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；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。
可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
（4）第一宇宙速度意义第一宇宙速度是人造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，所以也称为环绕速度。
在地面附近发射飞行器，如果速度等于7.9km/s，这一飞行器只能围绕地球做圆周运动，还不能脱离地球引力的束缚，飞离地球实现星际航行。
思考：若卫星的发射速度大于7.9km/s，会出现什么情况？若卫星的发射速度大于7.9km/s，绕地球运动的轨迹不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。
当飞行器的发射速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
学生思考讨论学生阅读课文了解发射速度大于7．9km/s轨迹是椭圆，等于或大于11．2km/s，永远离开地球。
锻炼学生的自主学习能力2、第二宇宙速度大小：v=11.2km/s。
（1）当飞行器的速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
我们把11.2km/s叫作第二宇宙速度。
（2）意义：使卫星挣脱地球的束缚，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。
注意：达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。
3、第三宇宙速度大小：v=16.7km/s（1）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。
（2）意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
说出第二宇宙速度和第三宇宙速度学生动手推导出卫星运行时，其a n、v、ω、T，分别掌握推导过程，理解r越大a n越小、v越小、ω越小、T越大。
其半径R不大于2Gm/c2时这种天体称为黑洞。
7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
3.教学手段：我使用了多媒体演示和虚拟实验，帮助学生更好地理解和体验宇宙航行的原理和过程。通过学生的反馈，我发现他们对于这种方式的teaching method比较感兴趣，也能够更好地理解和记忆。但是，我也注意到有些学生的网络使用习惯可能不太好，会在课堂上分心。因此，我需要加强对学生的引导和监督，确保他们能够更好地利用网络资源进行学习。
现在，让我们来正式了解一下宇宙航行的基本概念。首先，我们要知道什么是宇宙速度。宇宙速度是指物体在地球表面上，要克服地球引力，进入宇宙空间所需的最小速度。接下来，我们还会学到地球轨道的相关知识。地球轨道是指地球围绕太阳运行的路径，它是一个椭圆形。在地球轨道上，地球的速度和距离太阳的距离都是不断变化的。
3.随堂测试：
-通过随堂测试评估学生对宇宙航行知识的掌握程度，包括基本概念、原理和应用。
-分析学生的答题情况，了解他们在理解和应用宇宙航行知识方面存在的问题。
4.作业完成情况：
-检查学生完成作业的质量，评估他们对宇宙航行知识的理解和应用能力。
-分析学生在作业中提出的问题和困惑，了解他们在学习中遇到的难题。
③地球轨道的特点和变化：最后，分析了地球轨道的特点和变化。通过讲解地球轨道的椭圆形形状和地球速度的变化，使学生了解地球轨道的相关知识。
板书设计：
宇宙航行：
1.宇宙速度
-定义：物体在地球表面上，要克服地球引力，进入宇宙空间所需的最小速度
-计算公式：v = √(GM/r)
7.4 宇宙航行(教学设计)高一物理(人教版2019必修第二册)
第4节宇宙航行教学设计复习与回顾：(1)在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？(2)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，成为一颗人造地球卫星。
物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢?复习与回顾：如果把拱桥半径增大到6400km，此时汽车以多大速度才能脱离桥面？一、宇宙速度1.建立模型与基本思路(1)建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动(2)基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供请计算：(1)已知地球半径R = 6400 km，地球质量M = 6.0×1024kg，卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度力。
在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s ， 这个速度叫作第三宇宙速度。
二、人造地球卫星 1.我国的发射的卫星(1)1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功，开创了中国航天史的新纪元。
(2)墨子号量子卫星和北斗导航卫星。
2.不同轨道的地球卫星3.卫星绕地球的运动、受力特点和动力学方程 (1)卫星绕地球的运动和受力特点：卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力：F 引= F 向 (2)卫星的动力学方程：22222πMm v Gm m r m r ma r r T ω⎛⎫==== ⎪⎝⎭4.地球静止同步卫星(1)定义：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)特点：六个“一定”①转动方向一定：和地球自转方向一致； ①周期一定：和地球自转周期相同，即T ＝24 h ； ①角速度一定：等于地球自转的角速度；①轨道平面一定：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；①高度一定：离地面高度固定不变(约3.6×104 km)；①速率一定：线速度大小一定(约3.1×103 m/s)。
7.4宇宙航行(含视频)(教学课件)-高中物理人教版(2019)必修第二册
公式推导
2
GMm mv
2
r
r
m 2 r
→
→
m 4 2
r
T
→
ma 向
→
GM
V
r
GM
r3
r3
T 2
GM
GM
a向 3
r
可见:卫星运动情况(a、V、ω、T)由r唯一决定
同步卫星
(1)定义:位于赤道正上方，相对于地面静止的卫星又叫静止卫星，常用于无
线电通信，故又称通信卫星。
（2）特点
地
2
=m
4π2
2
3
r 得 T=2π
,则 a、b 的
地
周期比 c 的小,A 错误。由于 a、b 的质量关系未知,则 a、b
的向心力大小无法确定,B 错误。由公式 G
a、b 的速度大小相等,C 正确。由公式 G
地
2
地
2
2
地
=m 得 v=
=ma 得 a=G
a、b 的向心加速度比 c 的向心加速度大,D 错误。
牛顿人造卫星原理图
人造卫星绕地球运动的原因
1.人造卫星受到地球对它的万有引力作用，
人造卫星作匀速圆周运动的向心力由万有引
力提供
2.人造卫星的运行规律：设地球质量为M，卫星质
量为m，卫星的绕行速度v角速度w 、周期T、向
心加速度a与轨道半径r 的关系
推导过程
物体只受到指向地心的引力作用，物体绕地球的运动可视作匀速圆周
速圆周运动所需要的向心力。
（2）相关参量
GMm mv 2
V
2
r
r
=mω²r
2019人教版必修二 第7章第4节《宇宙航行》说课稿
2019人教版必修二第7章第4节《宇宙航行》说课稿一、教材分析：①本节主要介绍了人类的宇宙探索历程和宇宙航行的基本原理。
②介绍了太阳系行星运动的规律和基本参数，以及宇宙航行的运动轨迹和速度计算方法。
③通过介绍宇宙航天器的发射和返回过程，让学生了解宇宙探索技术的现状和发展趋势。
二、学情分析：①学生普遍对宇宙探索和宇宙航行感兴趣，但对其中的物理原理了解不够深入。
②学生缺乏实际操作经验，对宇宙探索技术缺乏直观感受。
③学生需要了解宇宙探索对于人类科学发展和未来探索的重要意义。
④学生需要掌握一定的计算和推导能力，以便深入理解本节内容。
三、核心素养：1.物理观念：①掌握基本的运动和力学知识，理解宇宙航行的物理原理。
②理解重力场的基本特性和天体运动的规律。
③了解物体的自转和公转对于行星运动的影响。
④掌握速度和加速度的计算方法，理解宇宙航行的速度和加速度特点。
2.科学思维：①培养学生的物理思维和分析能力，帮助学生理解宇宙探索的重要性和科学价值。
②激发学生的科学兴趣，鼓励学生从科学的角度去看待宇宙。
3.科学探究：①培养学生的科学实验和观测能力，帮助学生了解宇宙探索的方法和技术。
②引导学生关注宇宙探索技术的发展，了解未来的宇宙探索计划。
4.科学态度与责任：①培养学生的科学态度和责任感，让学生了解科学和技术的发展对于人类社会的重要性。
②引导学生对宇宙资源和环境保护等问题有正确的认识和态度。
四、教学重难点：1.重点：①了解行星运动的规律和基本参数。
②掌握宇宙航行的运动轨迹和速度计算方法。
③理解宇宙探索技术的现状和发展趋势。
2.难点：①掌握速度和加速度的计算方法，理解宇宙航行的速度和加速度特点。
②了解宇宙航天器的发射和返回过程，掌握其中的物理原理。
五、教学环节：1.导入新课：①展示图片或视频，让学生感受到宇宙的浩瀚和神秘。
②介绍宇宙探索的历史和成就，如阿波罗登月和天宫一号等。
③给学生提供一些实际生活中的例子，如汽车、飞机等运动的方式，引导学生思考宇宙航行的运动方式。
7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
板书设计
① 第一宇宙速度：物体在地球表面附近绕地球做圆周运动的速度。
- 研究我国航天事业的发展历程，了解我国在宇宙航行领域的成就。
- 探索其他国家航天事业的发展情况，比较各国在宇宙航行领域的优劣势。
- 研究宇宙航行在现代社会中的应用，如卫星通信、导航系统等。
- 关注宇宙航行的最新动态，如火星探测、太空旅游等热门话题。
3. 实践项目：
鼓励学生参与与宇宙航行相关的实践项目。以下是一些建议：
（4）讨论环节：组织学生分组讨论卫星轨道的变化规律，鼓励学生发表自己的观点，培养学生的科学思维和交流能力。
（5）案例研究：介绍我国航天事业的成功案例，如北斗导航系统、嫦娥四号探测器等，让学生了解航天技术的应用和实际意义。
（6）项目导向学习：组织学生进行小组项目，设计一个简单的航天任务，如卫星轨道设计、卫星发射方案等，培养学生的实践能力和团队合作精神。
- 参加学校或社区举办的航天科技竞赛，如卫星设计、航天器模拟等。
- 参与航天科技俱乐部或兴趣小组，与同学们一起讨论和学习航天知识。
- 参观航天科技博物馆或相关设施，了解航天器的实际运行情况。
- 开展航天科技实验或课题研究，如卫星轨道模拟、航天器材料研究等。
希望以上拓展与延伸内容能够帮助学生在课后更好地学习和掌握宇宙航行的知识，并将其应用到实际生活中。祝大家学习进步！
拓展与延伸
1. 拓展阅读材料：
为了让学生更深入地了解宇宙航行的相关知识，我推荐以下拓展阅读材料：
高中物理新教材必修第二册7.4宇宙航行学案教学设计
《7.4 宇宙航行》学案【学习目标】1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况，认识同步卫星的特点.3.了解人类对太空的探索历程.【课堂合作探究】从嫦娥奔月到万户飞天，再到嫦娥五号、天问一号，中国一直在为“飞天”梦想努力着。
实际上，早在1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿就设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。
一、宇宙速度1.第一宇宙速度的分析与计算思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）思考：有人说，第一宇宙速度也可用v=√gR（式中g为重力加速度，R为地球半径）算出，你认为正确吗？（1）第一宇宙速度的大小：（2）是航天器成为卫星的发射速度。
2.认识第二宇宙速度理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于，又小于，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
当飞行器的速度等于或大于时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
我们把叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。
3.认识第三宇宙速度达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。
在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度（脱离速度）。
二、人造卫星1.人造卫星轨道的分类卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。
因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类：(1)赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。
(2)极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。
(3)任意轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。
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宇宙航行
参考答案：不能这样说。
这是因为如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；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。
可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
（4）第一宇宙速度意义
第一宇宙速度是人造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，所以也称为环绕速度。
在地面附近发射飞行器，如果速度等于7.9km/s，这一飞行器只能围绕地球做圆周运
动，还不能脱离地球引力的束缚，飞离地球实现星际航行。
思考：若卫星的发射速度大于7.9km/s，会出现什么情况？
若卫星的发射速度大于7.9km/s，绕地球运动的轨迹不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。
当飞行器的发射速度等于或大于
11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
学生思考讨
论
学生阅读课
文
了解发射速度
大于7．9km/s
轨迹
是椭圆，等于或
大于
11．2km/s，永
远离开地球。
锻炼学生的自
主学习能力
2、第二宇宙速度大小：v=11.2km/s。
（1）当飞行器的速度等于或大于
11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。
我们把11.2km/s叫作第二宇宙速度。
（2）意义：使卫星挣脱地球的束缚，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。
注意：达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。
3、第三宇宙速度大小：v=16.7km/s
（1）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。
（2）意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
说出第二宇
宙速度和第
三宇宙速度
学生动手推
导
出卫星运行
时，其a n、v、
ω、T，分别
掌握推导过程，
理解r越大a n
越小、v越小、
ω越小、T越
大。
其半径R不大于2Gm/c2时这种天体称为黑洞。
课堂练习
1、已知绕中心天体做匀速圆周运动的近地卫星的轨道半径为r，运动周期为T。
则中心天体的平均密度ρ=————。
答案：3π/GT2
2、人造地球卫星A和B的质量之比为1:2，轨道半径之比为2:1，它们受到地球的引力之比为————，它们运行的线速度之比为——————
，它们运行的周期之比为——————。
答案：1:8；2
:1；1:2
2
3、如图所示，我国“北斗卫星导航系统”由5颗静止轨道卫星（地球同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成，卫星轨道半径大小不同，其运行速度、周期等参量也不相同，下面说法正确的是（）
A．卫星轨道半径越大，环绕速度越大
B．卫星的线速度可能大于7.9km/s
C．卫星轨道半径越小，向心加速度越大
D．卫星轨道半径越小，运动的角速度越小
答案：C
4．据人民日报客户端1月3日的报道，
上午10点26分，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，完成了人类航天史上的一项壮举，实现了人类第一次在月背软着陆，成为2019年太空领域的“开门红”。
关于月球，下列说法正确的是（）
A．月球上地磁南极是地理的北极，和地球上相似；
B．月球上的重力加速度约是地球上的6倍；
C．地球同步卫星的轨道半径约是地月距离的十分之一；
D．月球的环绕速度要比地球同步卫星的线速度要大。
答案：C
5、在地球上空有许多同步卫星，下列关于地球多个同步卫星的说法中正确的是（）A．它们的质量可能不同
B．它们的速率可能不同
C．它们离地心的距离可能不同
D．它们的向心加速度大小可能不同
答案：A
拓展提高
1、所示，T和S是绕地球做匀速圆周运动的两颗人造地球卫星，虚线为各自轨道，其中T为地球同步卫星。
由此可以判定（）
A．T卫星可以相对地面静止在天津的正上方
B．T卫星的运行周期小于S卫星的运行周期
C．T卫星的运行速率大于S卫星的运行速率
D．T卫星、S卫星的运行速率均小于7.9km/s
答案：D
2．如图所示，a是赤道表面上一建筑物，随地球一起转动，b是地面附近近地轨道上正常运行的卫星，c、d两卫星在相同的轨道上（轨道平面跟赤道共面）且绕地球运行的方向一致、d在c的后面，则下列说法中正确的是（）
A．卫星b所需的向心力可能小于卫星c 所需的向心力
B．卫星c的线速度小于a的线速度
C．卫星b运行的线速度可能大于地球第一宇宙速度
D．卫星d加速后可追上c
答案：A
3、关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）
A．稳定运行轨道可以位于重庆正上方
B．稳定运行的线速度小于7.9km/s
C．运行轨道可高可低，轨道越高，绕地
球运行一周所用时间越长
D．若卫星质量加倍，运行高度将降低
一半
答案：B
课堂小结1、三个宇宙速度
第一宇宙速度v1=7.9km/s；第二宇宙速
度v2=11.2km/s；第三宇宙速度v3=16.7km/s。
2、第一宇宙速度是最小的发射速度，最
大的运行速度。
3、人造地球卫星
相对于地面静止，公转周期和地球自转
周期相同的卫星
4、a n、v、ω、T，分别与其轨道半径r
的关系
梳理自己本
节所学知识
进行交流
根据学生表述，
查漏补缺，并有
针对性地进行
讲解补充。
板书一、牛顿的设想
二、宇宙速度
1、第一宇宙速度：v=7.9km/s
物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周
运动的速度，叫作第一宇宙速度。
2、第二宇宙速度大小：v=11.2km/s。
使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运。