3.4 人造卫星 宇宙速度 课件-2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

该高中物理课件围绕人造卫星发射原理、宇宙速度、运动规律及同步卫星等核心知识点，以敦煌飞天壁画、嫦娥奔月传说及牛顿猜想导入，搭建历史与物理的学习支架，引导学生从地面物体运动过渡到天体运动。 其亮点在于通过两种方法推导第一宇宙速度培养科学推理能力，结合“旅行者1号”“神州五号”等实例渗透科学态度与责任，同步卫星“六个一定”及例题练习强化物理观念。学生能深化理解，教师可高效开展教学。

4 人造卫星 宇宙速度 嫦娥奔月 敦煌的飞天壁画 思考：地面上的物体，怎样才能离开地球？ 300多年前，牛顿提出设想 牛顿的猜想 牛顿的手稿 想一想: 物体初速度至少达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢? 一、人造卫星的发射原理 方法二：由于卫星在地球附近环绕时，卫星做匀速圆周运动的向心力可看作由重力提供，根据牛顿第二定律得 r=R 方法一：卫星做匀速圆周运动，由万 有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得 由此可见：V=7.9km/s，这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第一宇宙速度 在地面附近发射飞行器，如果它的速度大于7.9km/s会怎样呢？ 1.第一宇宙速度：v=7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动） 2.第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的吸引，不再绕地球运行。我们把这个速度叫作第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。 3.第三宇宙速度：如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。这个速度叫第三宇宙速度。 二、宇宙速度 16.7km/s称为第三宇宙速度。 “旅行者1号”探测器 1988年飞出太阳系 运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。 发射速度：指被发射物体离开地面时的水平初速度。 注意： （1）第一宇宙速度是最小的发射速度,最大的环绕速度。 （2）发射高轨道卫星比发射低轨道卫星困难，原因是发射高轨道卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。 V发射 例1.发射一颗绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度是第一宇宙速度的多少倍？ 解:万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律有 得 设第一宇宙速度为v1,卫星的轨道速度为v2 练习1. A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的环绕速度约为 km/s。 解: 整理得 2 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 例2.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是 （ ） A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度 C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度 BC 三、人造卫星的运动规律 1.卫星绕地球圆周运动受力和运动特点 卫星绕地球做圆周运动，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 (r-V-ω-T的关系) 地球 V Tω r R r M m 地球 V Tω R r M m ′ 地球 思考：对于绕地球运动的人造卫星： （1）离地面越高，线速度越_____________ （2）离地面越高，周期越_______________ （3）离地面越高，角速度越_____________ （4）离地面越高，向心加速度越_________ 小 大 小 小 不确定 （5）离地面越高，向心力大小_____________ 例3.人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ） A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大 C.所有卫星的角速度均相同，与半径无关 D.所有卫星的速率均相同，与半径无关 B 四、人造卫星的超重和失重 1.发射和回收阶段 发射 加速上升 超重 回收 减速下降 超重 2.沿圆轨道正常运行 只受重力 a = g 完全失重 与重力有关的现象全部消失 天平 弹簧秤测重力 液体压强计 各种各样的卫星…… 答案：C 思考：卫星轨道为圆时的圆心在哪儿？ 分析：所有卫星的圆心都在地心上。 例1.下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是 思考：若卫星轨道为椭圆，则椭圆的一个焦点在哪儿？ 分析：椭圆的一个焦点在地心上。 五、地球同步卫星（通信卫星） 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 同步卫星轨道 r R h 同步卫星离地面的高度是定值 五、地球同步卫星（通信卫星） h 3.地球同步卫星的特点：“六个一定” （1）周期一定：T=24h （2）轨道平面一定：与地球赤道平面共面 （3）高度一定: 在赤道上空 （4）速率、角速度、加速度一定 h R 地球同步卫星能否位于眉山正上方某一确定高度h处？ 3.1km/s 0.23m/s2 例5.关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ） A.它的运行速度小于7.9km/s B.它的运行速度大于7.9km/s C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合 D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的 ACD 疑问：地球同步卫星在轨道上会相撞吗？ 三颗同步卫星作为通讯卫星，则可覆盖全球。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 练习3.求近地卫星的周期 我们能发射一颗周期为80min的卫星吗？ 总结： 凡是人造卫星圆周运动的问题都可从下列关系去列运动方程，即: 重力=万有引力=向心力 地球 V Tω r R r M m 七、梦想成真 阿波罗登月 神州五号 六、卫星变轨问题 （供需关系） （供） （需） 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地 圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运 行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨 道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切 于P点，如图所示．则在卫星分别在1、2、 3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ） A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 C．卫星在轨道1上运动一周的时间小于于它在轨道2上运动一周的时间 D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度 1.两颗恒星均围绕共同的旋转中心做匀速圆周运动。 2.两恒星之间万有引力分别提供了两恒星的向心力，即两颗恒星受到的向心力大小相等。 3.两颗恒星与旋转中心时刻三点共线，即两颗恒星角速度相同，周期相同。 双星运动的特点： 七、“双星”问题： “双星” 由两颗绕着共同的中心旋转的恒星组成。对于其中一颗来说，另一颗就是其“伴星”。 黑洞 神州七号 嫦娥一号 太空站 美国“凤凰”号火星探测器2007年8月4日发射升空，2008年5月25日在火星着陆。 “卡西尼”号土星探测器1997年10月15日发射升空，2004年1日飞抵土星。 “先驱者”10号太空探测器1972年3月2日发射升空，1986年6月飞出太阳系。 2.如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动 的3颗卫星，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.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度 C.c加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上 的c D.a卫星由于某原因，轨道半径 缓慢减小，其线速度将增大 D o A B 4.如图所示，有A、B两个卫星绕地球做圆周运动，旋转方向相同，A卫星的周期为T1，B卫星的周期为T2，在某一时刻两卫星第一次相遇（即两卫星相距最近） 求：1.多长时间后两卫星第二次相遇？ 2.多长时间后两卫星第一次最远？ 1.两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是( ) A.周期之比T1∶T2=3∶1 B.线速度之比v1∶v2=3∶1 C.向心力之比F1∶F2=1∶9 D.向心加速度之比a1∶a2=1∶9 D 3.根据观察，在土星外层有一个环，为了判断该环是土星的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度V与该层到土星中心的距离R之间的关系。下列判断正确的是 （ ） A.若V与R成正比，则环为连续物 B.若V2与R成正比，则环为小卫星群 C.若V与R成反比，则环为连续物 D.若V2与R成反比，则环为小卫星群 AD 一、人造卫星的原理 二、宇宙速度 1.第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s 2.第二宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s 3.第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s 三、人造卫星的运动规律 四、人造卫星的超重和失重 五、同步卫星 1.周期T=24h 2.卫星轨道平面与地球赤道平面重合 六、“双星”问题 一、人造卫星 牛顿人造地球卫星的设想图 v 平抛 洲际 导弹 人造 卫星 增大 返回 $null宇宙飞船是用加速度很大的火箭送上太空的。由于加速度很大，起飞时超重现象很强，宇航员要承受几倍于体重的压力，动一动都很困难。而在飞船绕地球航行时，地球的引力等于他们需要的向心力，飞船中的人和物又处于完全失重状态，人经历超重和失重，生理机能和生活习惯都会失调。因此，宇航员必须穿抗荷服升太空前，也必须经过严格的超重失重训练桥。宇航员在太空中可以自由漂浮，看似自由，其实麻烦多着呢。吃饭得用软管往嘴里挤，喝水得用小管吸，所有的用具都得固定住呢。 nullnull中国自主研制的第一颗绕月探测卫星嫦娥一号，24号下午6点05分在中国的西昌卫星发射中心发射成功，标志着中国的绕月探测工程迈出了重要一步，也是中国深空探测。迈出。的第一步。654321点火火。嫦娥一号搭乘长征三号甲运载火箭飞往太空。这个型号的火箭此前已成功发射14次，成功率百分之百。火箭飞行24分钟后，北京航天飞行控制中心传来的数据表明星箭成功分离，卫星进入近地点205公里、远地点50930公里的地球同步。转移轨道。卫星已经准确入轨，目前正按照预定的方向顺利飞行，此次发射获得圆满成功。绕月探测作为探月工程的重要组成部分，是继人造地球卫星和载人航天之后，我国航天事业发展的又一个里程碑。绕月探测工程的实施，对巩固我国的航天大国的地位，对提高国家的科技实力、经济实力，增强核心竞争力和民众凝聚力具有重大的意义。今后。一段时间，嫦娥一号在地球轨道上将进行四次变轨，让卫星不断加速进入地月转移轨道。到达月球引力范围后，还将通过三次近月制动，建立起距月球200公里的绕月2级飞行员轨道，进行绕月探测飞行。这次嫦娥一号绕月探测飞行将完成四大科学任务，获取月球全表面三维图像。分析月球表面化学元素和物质类型的含量和分布。探测月壤特性。探测4万至40万公里间地月空间环境。此外，嫦娥一号卫星还携带着东方之珠、七子之歌等三十二首歌曲，飞往距地球38万公里之遥的月进。绕月探测工程是中国中长期科技发展的重大工程之一，由卫星、火箭、发射场、测控和地面应用五大系统组成。绕月探测工程的实施，对推动中国航天事业在空间领域的发展，提升自主创新能力，促进科学技术进步具有重要意义。嫦娥一号卫星发射现场聚集了来自全国各地两千多名游客，日本、德国、意大利等国的航天界人士也应邀前来观摩。有关负责人表示，中国坚持和平利用太空、造福人类的宗旨，愿意本着平等互利、和平利用、共同发展的原则，与世界各国开展航天合作交流。好，下面我们再来了解一下嫦娥一号月球探测卫星。嫦娥一号月球探测卫星由有效载荷和卫星平台两大部分组成。有效载荷包括CCD立体相机、成像光谱仪、太阳宇宙射线监测器和低能粒子探测器等科学探测仪器。卫星平台是利用东方红三号卫星平台技术研制的卫星箱体设计也基本相同。嫦娥一号外形为一个长方体，加上展开的太阳能电池，最大跨度可以达到18米，约有两间房子的长度。嫦娥一号月球探测卫星将用长征三号甲运载火箭从西昌卫星发射中心发射升空，发射之后，嫦娥一号卫星将用8天到9天的时间完成调相轨道段、地月转移轨道段和环月轨道段飞行，完成四大科学任务，即获取月球表面三维影像、分析月球表面元素含量和物质类型的分布特点、探测月壤厚度以及探测地月空间环境。其中前三项国外未曾进行过，第四项为我国首次在地球静止轨道以外获取空间环境数据。中国空间技术研究院月面巡视探测器课题组负责人说，嫦娥一号卫星走的是月球极地轨道，能把月球的每个角落都拍下来。从这个角度来说，比上个月日本发射的卫星更为先进。 点火。起飞。比亚迪威同志，你好。你辛苦了。你现在感觉怎么样？谢谢首长，我的关心。儿童房再看看。大哥，先这样，等一会，等会儿再出来玩，等会。 没有人见过黑洞，因为任何东西，甚至是光线都无法逃离黑洞的引力。其实宇宙也跟黑洞一样，有90%是看不见的，天文学家称为黑暗物质。任何波长的伽马射线或辐射线都无法探测到它内部的质量，因为10分之9的照片是模糊的，因此我们对宇宙的观感有可能根本是错的。黑暗物质或许是宇宙发展与结构的基本元素，问题是大多数的结构是看不见的，很多人甚至认为宇宙是由一群凶猛的怪兽所组成的。这两个星球共同环绕一个质量中心运行，彼此间有引力互相吸引着，但是我们看不见重力的存在，只能观察它们作用的结果。黑暗物质的重力影响着银河系的旋转，有关它的旋转都是借由多普勒效应的颜色转变来测量的。结果显示银河系外环部分旋转的速度比可见物质快，原因来自黑暗物质。也许有一个规模超过可见物质十倍的黑暗物质，正加速银河系的旋转。不过黑暗物质可不是黑暗星云，黑暗星云只是散布在银河系的一片稀疏尘埃罢了。我们真正努力要寻找的是深不可见的物质。这些物质早已存在于无数的星团之中，它们互相作用的频率远超过可见物质的100倍以上。但什么是黑暗物质呢？是死亡的星球、衰弱的星球、黑洞或是次原子粒子。这是我们一般所看到的宇宙，而黑暗物质及它参与宇宙形成所扮演的角色，成为宇宙学中最神秘的两个部分。一颗巨星正在吸收邻近的小星球的物质，巨星因为超新星爆炸而消失，但小星球存活下来了，仍然循着轨道运行，并逐渐失去质量，而超新星已经成为黑洞。我们看见存活下来的星体正绕着某一个空间运行，正好被天文学家拿来当作探测黑洞的线索。这是另一个黑洞，虽然它本身不为人所见，但在黑洞的边缘上，我们侦测到所有光线与空间都被扭曲了。若靠近黑洞，物体将被重力拉成细长状。黑洞可视为一个他缩星球，它的密度与重力无限的大，没有东西可以从洞口边缘逃脱。形成黑洞的条件必须是爆炸过后的星球核心质量达到太阳的三倍以上。若想象地球是一个黑洞，则地球质量将被压缩成只有8公里大小。它的密度如此之大，甚至连宇宙中速度最快的光都无法逃离它的重力。 null第三阶段，阿波罗计划。不幸的是在训练过程中有三位太空人牺牲了，一场火灾烧毁了他们的乘坐仓。阿波罗使用沃纳改良而成的神龙号火箭推进器。1968年，他成功。的环绕月球。1969年初，他们测试登月太空一级登陆组件。并且由阿波罗九号进行演练。阿波罗11号向月球迈进，阿姆斯撞见艾德琳踏上了月球。当老鹰号登陆舱开始降落，柯林斯留在。指挥舱内等待。阿姆斯壮研究过月球表面的地图，他清楚那里的每一个坑洞。现在老鹰号只剩下几秒钟的燃料，他选定一个。降落地点，完美的登上月球。梦想成真了。在1969年的7月20号，离70年代还有五个月的时间，美国真的踏上了月球。老鹰号在飞离地球21小时之后发射，在月球表面上停留了36分钟，采取一些岩石之后便返回。在月球轨道等待的指挥舱，我们看到两架太空舱小心翼翼的汇合。他们花了三天的时间返回地球。1970年，地面控制台发射阿波罗13号全球并行一带太空船，载着太空人罗威尔、史威哲及海斯。任务执行面临困难，服务舱失控了，他在阿波罗号上提供基本求生的物质。因为缺乏氧，太空人必须放弃指挥舱。他们一入小登陆艇，那是一架可以在月球上移动的救生艇，能勉强将太空人。带回地球。他们用一个。膨胀的甲板将服务舱丢弃舱外，随即回到指挥仓并返回地球大气层，从此阿波罗13号销声匿迹。然后太空人平安回到地球。我们前后一共登陆月球六次，最后一次是阿波罗17号，也是第一次承载科学家杰克史密德上太空。他乘坐月面遨游苍四处侦测。但是。当苏联也把目标移到月球上，美国人便不再对月球感兴趣了，他们取消了所有的月球计划。1975年最后一次阿波罗神龙号火箭行动的同时。苏联也发射一架火箭升空，进入地球轨道。两国太空人在太空相会，一个新的。梦想出现了。我们对宇宙的探索渴望成为全球性的合作计划。 null