第3章 第4节 第5节 太空探索(选学)(略)-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第二册教用课件(教科版)

该高中物理课件聚焦人造卫星与宇宙速度，涵盖第一宇宙速度推导、卫星运行规律及同步卫星等核心知识点。通过课前梳理人造卫星概念与宇宙速度定义，课堂以问题探究深化理解，构建从基础到应用的学习支架。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，通过推导第一宇宙速度培养科学推理，对比同步卫星与近地卫星建构模型。例题与巩固题结合实例，助力学生落实知识，教师可利用系统资源提升教学效率，促进学生理解天体运动规律。

第4节　人造卫星　宇宙速度 第5节　太空探索(选学)(略) 1 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。 3．了解发射速度与环绕速度的区别与联系，理解天体运动中的能量观。 4．会应用万有引力定律分析卫星运行规律。 返回导航 课前　知识梳理 1 课堂　深度探究 2 内容 索引 随堂　巩固落实 3 课前　知识梳理 PART 01 第一部分 4 一、从幻想到现实——人造卫星 1．卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体。 2．人造卫星用于通信、气象、侦察、导航和其他许多领域内的科学研究。 返回导航 课前　知识梳理 二、宇宙速度 1．第一宇宙速度：使卫星能环绕地球运行所需的______速度，其大小为v1＝________ km/s，又称环绕速度。 2．第二宇宙速度：使人造卫星脱离________的引力束缚，不再绕__________运行，从________表面发射所需的最小速度，其大小为v2＝________ km/s，又称脱离速度。 最小 7.9 地球 地球 11.2 地球 返回导航 课前　知识梳理 3．第三宇宙速度：使物体脱离________的束缚而飞离太阳系，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为v3＝________ km/s，也叫逃逸速度。   说明：对于椭圆而言，偏心率等于两焦点的距离的一半与半长轴的比值。可以看出，偏心率越小，椭圆越趋近于圆。 太阳 16.7 返回导航 课前　知识梳理 判断下列说法是否正确。 (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。(　　) (5)地球的同步卫星一定位于赤道的正上方。(　　) (6)地球同步卫星的周期与地球自转的周期相同。(　　) × √ √ √ √ √ 返回导航 课前　知识梳理 课堂　深度探究 PART 02 第二部分 9 知识点一　对宇宙速度的理解   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？ 提示：轨道越高，需要的发射速度越大。 返回导航 课堂　深度探究 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．第一宇宙速度的两种推导方法 对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R≈6 400 km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，g取9.8 m/s2。 方法一：   方法二： 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 角度1　对宇宙速度的理解 　　　关于第一宇宙速度，下列说法正确的是(　　) A．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动的最小速度 B．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度 C．第一宇宙速度是地球同步卫星环绕地球做匀速圆周运动的速度 D．不同行星的第一宇宙速度都是相同的 √ 返回导航 课堂　深度探究 地球同步卫星在地球的高空运行，所以它的线速度小于第一宇宙速度，所以C错误； 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 　　　(多选)(2023·陕西西安期末)我国航天事业的快速发展，充分体现了民族智慧、经济实力、综合国力，也大大促进了我国生产力的发展。下列关于我国航天器的发射速度、绕行速度的说法正确的是(　　) A．火星探测器天问一号的发射速度大于第三宇宙速度 B．探月工程中嫦娥五号的发射速度大于第二宇宙速度 C．北斗卫星导航系统中地球静止轨道卫星的绕行速度小于第一宇宙速度 D．中国空间站中天和核心舱的发射速度大于第一宇宙速度 √ √ 返回导航 课堂　深度探究 [解析]　火星探测器并没有脱离太阳引力束缚，发射速度应该小于第三宇宙速度，故A错误； 探月工程中嫦娥五号没有脱离地球引力束缚，发射速度小于第二宇宙速度，故B错误； 第一宇宙速度是最大的环绕速度，地球静止轨道卫星的绕行速度小于第一宇宙速度，故C正确； 第一宇宙速度是最小的发射速度，中国空间站中天和核心舱的发射速度大于第一宇宙速度，故D正确。 返回导航 课堂　深度探究 角度2　第一宇宙速度的求解 　　　(2024·河北邢台期中)航天员在某星球表面高h处以某速度水平抛出一个小球，小球经过时间t落在星球表面。该星球的质量为M，引力常量为G，星球表面的空气阻力不计，忽略星球的自转。求： (1)该星球的半径R； 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 (2)该星球的第一宇宙速度的大小v。 返回导航 课堂　深度探究 知识点二　卫星运行规律分析   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？ 提示：轨道平面过地心。 (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？ 提示：与轨道半径有关。 返回导航 课堂　深度探究 1．卫星运动遵循的规律：卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心在椭圆的一个焦点上，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。 2．卫星轨道的圆心：卫星绕地球沿圆形轨道运动时，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，所以地心是卫星圆轨道的圆心。 返回导航 课堂　深度探究 3.卫星的轨道：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(如极地卫星)，也可以和赤 道平面成任意角度。 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 角度1　卫星轨道特点 　　　如图所示的是一张人造地球卫星轨道示意图，其中圆轨道a、c、d的圆心均与地心重合，a与赤道平面重合，b与某一纬线圈共面，c与某一经线圈共面。下列说法正确的是(　　) A．a、b、c、d都有可能是卫星的轨道 B．轨道a上卫星的线速度大于7.9 km/s C．轨道c上卫星的运行周期可能与地球自转周期相同 D．仅根据轨道d上卫星的轨道半径、角速度和引力常量，不能求出地球质量 √ 返回导航 课堂　深度探究 [解析]　卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的引力提供向心力，可知地心为卫星的圆轨道圆心，故b不可能是卫星的轨道，A错误； 第一宇宙速度7.9 km/s是卫星在地球表面绕地球做匀速圆周运动时的线速度，是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大线速度，故轨道a上卫星的线速度小于7.9 km/s，B错误；  如果轨道c的半径等于地球同步卫星的轨道半径，则轨道c上卫星的运行周期等于地球同步卫星的周期，即轨道c上卫星的运行周期等于地球自转周期，C正确； 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 角度2　卫星运行参量分析 　　　(多选)(2024·山东菏泽期中)如图所示，a、b、c是北斗卫星导航系统中的3颗卫星，b、c位于同一轨道，a的轨道半径小于b、c的轨道半径，则(　　) A．a的线速度最小 B．a的向心加速度最大 C．a的周期最小 D．c加速可追上b √ √ 返回导航 课堂　深度探究 卫星c加速会发生离心运动，不能追上同轨道的b，故D错误。 返回导航 课堂　深度探究 √ √ √ 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 2．地球同步卫星 (1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星。 (2)特点 ①确定的转动方向：和地球自转方向一致。 ②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h。 ③确定的角速度：等于地球自转的角速度。 返回导航 课堂　深度探究 ④确定的轨道平面：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。 ⑤确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)。 ⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s)。 返回导航 课堂　深度探究 　　　同步卫星是与地球自转同步的人造地球卫星，它位于赤道正上方，而且(　　) A．运行速度可按需要取值 B．运行周期可按需要取值 C．到地心的距离是一确定的值 D．可以位于任何城市的上空 √ [解析]　地球同步卫星的特点是周期、角速度与地球自转周期、角速度相同，故B错误； 根据v＝ωr可知运行速度大小一定，故A错误。 返回导航 课堂　深度探究 √ √ 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 返回导航 课堂　深度探究 随堂　巩固落实 PART 03 第三部分 42 √ 1．(对第一宇宙速度的求解)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/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为(　　) A．7.9 km/s　　　　　　 B．16.7 km/s C．2.9×104 km/s D．5.8×104 km/s 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 √ √ 返回导航 随堂　巩固落实 解析：火星探测器前往火星，脱离地球引力束缚，但还在太阳系内，发射速度应大于第二宇宙速度、小于第三宇宙速度，A、B错误，C正确； 返回导航 随堂　巩固落实 3．(卫星运行规律的分析)(2024·广东广州期末)2023年2月10日，在中国空间站全面建成后，航天员首次出舱活动取得圆满成功。已知空间站在距地球表面约400 km的高空绕地球做匀速圆周运动，运行周期为1.5 h，地球半径约为6 400 km，下列说法正确的是(　　) A．空间站绕地球运动的线速度略大于第一宇宙速度 B．空间站绕地球运动的线速度大于同步卫星绕地球的线速度 C．空间站绕地球运动的角速度小于同步卫星绕地球运动的角速度 D．空间站绕地球运动的向心加速度小于同步卫星绕地球运动的向心速度 √ 返回导航 随堂　巩固落实 解析：第一宇宙速度是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，所以空间站绕地球做圆周运动的线速度小于第一宇宙速度，A错误； 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 √ 4．(卫星运行规律分析)(2024·江苏连云港期中)如图所示的是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知 a、b、c三颗卫星的运动均看作匀速圆周运动，其中a是地球同步卫星，则(　　) A．卫星b的周期等于24 h B．卫星 a发射时应该自东向西发射 C．卫星c的发射速度必须大于第二宇宙速度小于 第三宇宙速度 D．卫星a在运行时可以经过连云港的正上方，且离地面的高度是一定的 返回导航 随堂　巩固落实 地球的自转方向为自西向东，卫星a发射时为了节约能源，应该自西向东发射，故B错误； 由题图可知卫星c为地球的环绕卫星，其发射速度必须大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度，故C错误； 卫星a为地球同步卫星，在赤道上空与地球保持相对静止，且离地面的高度是一定的，在运行时不可能经过连云港的正上方，故D错误。 返回导航 随堂　巩固落实 5．(近地卫星、同步卫星和赤道上物体)(多选)(2023·陕西师大附中期中)如图所示，a为放在赤道上相对于地球静止的物体，随地球自转做匀速圆周运动，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星(轨道半径约等于地球半径)，c为地球的同步卫星。下列关于a、b、c的说法正确的是(　　) A．b卫星转动的线速度大于7.9 km/s B．a、b、c做匀速圆周运动的向心加速度的 大小关系为aa＞ab＞ac C．a、b、c做匀速圆周运动的周期关系为Ta＝Tc>Tb D．在b、c中，b的线速度较大 √ √ 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 返回导航 随堂　巩固落实 $