3.4 宇宙速度与航天 课件-2025-2026学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册

该高中物理课件围绕宇宙速度、人造卫星运动规律及航天发展展开，通过“石头落地与卫星不落”的生活问题导入，结合牛顿山顶抛物体设想，衔接万有引力与圆周运动知识，搭建学习支架帮助学生理解核心概念。 其亮点在于以问题驱动引导科学推理，通过万有引力提供向心力模型建构推导宇宙速度，结合中国航天史（如东方红1号、神舟系列）培养科学态度与责任，用表格梳理知识强化物理观念，助力学生系统掌握知识，提升教师教学效率。

3.4 宇宙速度与航天 问题：抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？ 卫星的速度很大 问题1：假想人站在山顶，平抛出一个物体，速度越大，物体飞的越远，若物体速度非常大可能会有什么情况？ 当物体被抛出的速度足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星。 一、宇宙速度 问题2：已知引力常量G和地球的质量为M，地球的半径为R，若要实现牛顿的设想，抛出物体的速度至少为多大? 提示：一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供 问题3：已知地球半径R=6400km，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有多大？ r=R 第一宇宙速度 问题5：发射更高更远的卫星所需的发射速度越大还是越小？为什么？ 当卫星的轨道半径越大时，卫星绕地球旋转时的速度越小，但卫星发射时越难，送入轨道需要消耗的能量越多，发射的速度必须越大。 v大于或等于11.2km/h，脱离地球 第二宇宙速度 第三宇宙速度 v大于或等于16.7km/h，脱离太阳 问题6：当发射速度继续增大到11.2km/h、16.7km/h时，会怎样？ 数值 意义 第一宇宙速度 ___km/s (1)卫星在地球表面附近绕地球做____________的速度 (2)人造卫星的最小地面发射速度 第二宇宙速度 ____km/s 使卫星挣脱_____引力束缚的最小地面发射速度 第三宇宙速度 ____km/s 使卫星挣脱_____引力束缚的_____地面发射速度 7.9 匀速圆周运动 11.2 地球 16.7 太阳 最小 【梳理深化】 二、人造卫星 在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想，把大炮从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出地速度足够大时，物体就会落到更远地方，甚至绕地球飞行。 v 谁率先提出了制造并发射人造卫星的设想呢？ 齐奥尔科夫斯基 1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星。开创了人类航天时代的新纪元。 第一颗人造地球卫星的发射 二、人造卫星 东方红1号卫星 钱学森 中国航天之父 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。现在已成为第三个掌握卫星回收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国家。 【交流讨论】 1.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的动力学原理是什么？ （1）赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，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，卫星经过两极上空； （3）一般轨道：卫星轨道和赤道成一定角度，如图所示。 2.人造卫星的轨道根据轨道可以如何划分？ 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。 3.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动时运行的快慢与什么因素有关？ 结论：轨道半径越大，线速度、角速度越小、周期越大 高轨低速大周期 地球同步卫星的“六定” 参数 运行方向 周期 轨道 高度 速度 加速度 特点 与地球自转相同 赤道的正上方 计算或图示 与地球自转周期相同 三、遨游太空 1.1895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基发表的题为《天地幻想和全球引力效应》的论文中关于制造人造地球星的设想，开启了现代人类探索太空的伟大征程。 2.1957年10月4日，前苏联发射了第一颗人造地球卫星，标志着人类对太空的探索进入了航天时代。 第一颗人造卫星 3.1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108 min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类首次进入太空的丰碑。 4.1969年7月16日9时32分，运载阿波罗11号飞船的土星5号火箭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日下午10时56分，指挥长阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。” 美国空间站 5.1971年4月9日,前苏联发射了“礼炮1号 ”空间站；两年后，美国将“空间实验室”空间站送入太空。 前苏联空间站 航天事业是国家综合国力的体现，考验着一个国家全方位的科学技术水平。1970年 4月24日，经过中国航天人的攻坚克难， 我国第一颗人造卫星——— “东方红一号”发射成功，成为全世界第五个发射人造卫星的国家中国的航天时代由此开启．4月24日由此被设立为“中国航天日”。 1.2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至2017年底，我国已经将11名(14人次)航天员送入太空，包括两名女航天员。 2.2008年9月25日，中国第三艘载人飞船“神舟七号”发射成功，三名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏顺利升空。中国随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。 3.2011年9月29日,在酒泉卫星发射中心发射的“天宫一号”是中国首个目标飞行器和空间实验室。 在轨期间，先后完成与“神舟八号”“神舟九号”和“神舟十号”飞船的对接任务，标志中国已经初步拥有建立空间站的能力。 4.2016年，中国成功发射“天宫二号”，并计划于2020年前后建立中国首个长期性太空空间站。 5.“嫦娥一号”是我国首颗月探测卫星，于2007年10月24日成功发射升空，而“嫦娥三号”则携带“玉兔号”月球车顺利登陆月球（如图）。中国人的登月梦想正一步步变成现实。 从奔月到探月，从无人飞行到载人飞行，从舱内实验到太空行走，从空间实验到空间应用，中国正一步一个脚印实现自己的航天梦。人类探索宇宙的过程，既有成功也有失败，无数科学家和探索者的艰辛和汗水铺就了人类通向宇宙的道路。科学的探索永无止境。如今，人类仍在向宇宙深处不断进发，无数宇宙的奥秘正等待我们去揭开，我国航天事业的发展需要大家的智慧和力量。 1.如图所示，中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统.其中有静止轨道同步卫星和中轨道地球卫星.已知中轨道地球卫星的轨道高度为5 000～15 000 km，则下列说法正确的是（ ） A.中轨道地球卫星的线速度小于静止轨道同步卫星的线速度 B.上述两种卫星的运行速度可能大于7.9 km/s C.中轨道地球卫星绕地球一圈的时间小于24小时 D.静止轨道同步卫星可以定位于北京的上空 C 2. (多选)如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判断正确的是( 　 　) A.三者的周期关系为TA＜TB＜TC B.三者向心加速度大小关系为aA＞aB＞ aC C.三者角速度的大小关系为ωA=ωC＜ ωB D.三者线速度的大小关系为vA＜vC＜vB 3.[2024·浙江效实中学月考] 如图是关于地球表面发射卫星时的三种宇宙速度的示意图,椭圆轨道为某卫星的运动轨道,下列说法正确的是( ) A.此卫星的发射速度大于第一宇宙速度 B.此卫星在远地点的速度大于第一宇宙速度 C.若想让卫星进入月球轨道,发射速度需大于第二宇宙速度 D.若想让卫星进入环太阳轨道,发射速度需大于第三宇宙速度 A 一、宇宙速度 第一宇宙速度：v＝ 7.9 km/s，最小发射速度，最大环绕速度。 第二宇宙速度：v＝ 11.2 km/s，克服地球引力，永远离开地球。 第三宇宙速度：v＝ 16.7 km/s，挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外。 二、人造卫星：人造地球卫星、地球同步卫星 三、遨游太空 Lavf58.12.100 $