7.4 宇宙航行（二）宇宙速度 导学案 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理导学案聚焦“宇宙航行（二）卫星发射与变轨”，核心知识点涵盖第一、二、三宇宙速度及卫星变轨规律。课堂导入通过展示火箭发射与空间站图片并设问，衔接万有引力定律，借助例题推导与思考讨论搭建学习支架，帮助学生理解发射速度与环绕速度的区别及变轨原理。 此资料亮点在于结合天舟九号、嫦娥七号等航天实例设计习题，强化科学思维中的模型建构与科学推理，渗透科学态度与责任。“导-学-练”结构清晰，助力学生自主学习，有效提升物理观念及解决复杂航天问题的能力。

中学高一物理导学案 课题 7.4宇宙航行（二）卫星发射与变轨 课型 新授课 编号 011 班级 姓名 制作人 导学案审批 课程 标准 1.知道第一宇宙速度。会推导第一宇宙速度。了解第二、第三宇宙速度的含义。 学习 目标 1. 明确第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，也是人造地球卫星的最小发射速度；能利用万有引力定律推导第一宇宙速度表达式。了解第二宇宙速度（脱离地球引力）、第三宇宙速度（脱离太阳引力）的物理意义，区分发射速度与环绕速度的概念。 2. 能够解决卫星变轨的复杂问题。 1、 导 情境：展示火箭发射与空间站图片。 提问：火箭为何要加速到 7.9km/s 才能上天？扔出的物体要多快，才能永远绕地球不掉落？ 点题：这个 “绕地不落” 的临界速度，就是今天要学的第一宇宙速度，也是人类迈向宇宙的 “入门速度”！ 二、学（20分钟） 目标1 宇宙速度 （一）第一宇宙速度 1. 含义： 0. a. 物体离开地面的最小发射速度 0. b. 卫星在地表附近的环绕速度 0. c. 地球卫星的最大环绕速度 1. 公式： 1. 地球的第一宇宙速度： 1. 例① 已知 ， ，求月球的第一宇宙速度 1. 例② 月球半径为，月球表面石块的高处自由下落时间t落地，求月球第一宇宙速度 （二）第二宇宙速度 1. 含义：物体脱离地球引力的最小发射速度 2. 大小关系： 3. 地球的第二宇宙速度： 思考讨论： 1. 探月卫星发射的最小发射速度是多少？ 2. 天问一号的最小发射速度是多少？ （三）第三宇宙速度 1. 含义：物体脱离太阳引力的最小发射速度 2. 地球的第三宇宙速度： 思考讨论：发射速度与运动轨迹有何关系？ 2. （1） ：落回地面 2. （2） ：绕地球做椭圆/圆周运动（卫星） 2. （3） ：脱离地球引力，绕太阳运动 2. （4） ：脱离太阳引力，飞出太阳系 目标2 高空卫星发射变轨问题（多过程） 1.发射顺序：近地 椭圆 高空（圆轨道） 2.周期关系： （轨道半径/半长轴越大，周期越大） 3.机械能关系： （变轨加速需点火，机械能增加；圆轨道越高，机械能越大） 4.加速度关系： 【同一空间位置，不同轨道，加速度相同；由 决定，仅与到地心距离有关】 5.速度关系 【同轨道：近地点速度 > 远地点速度。同位置（变轨点）：加速后进入更高轨道，速度变大（指圆轨道）；椭圆轨道在近地点加速、远地点减速。】 三、练 （一）单选题 1．某飞船进入离地面343km的圆形轨道环绕地球飞行时，它的线速度大小（　　） A．等于 B．介于和之间 C．小于 D．介于和之间 2．下列关于三种宇宙速度的说法中不正确的是（　　） A．第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度 B．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的最小发射速度 C．发射的火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度 D．不同行星的第一宇宙速度一般是不同的 3．天舟九号货运飞船A与空间站B交会对接的示意图如图所示，飞船从1号圆轨道经2号转移轨道逐步接近在3号圆轨道运行的空间站，最后飞船与空间站组合体完成交会对接。下列说法正确的是（    ） A．飞船在1号轨道上运行时的速率可能为8.0km/s B．飞船从1号轨道进入2号转移轨道需要点火减速 C．飞船在1号轨道上的速度大于3号轨道上的速度 D．飞船在1号和3号轨道上运行时单位时间内与地球球心连线扫过的面积相等 4．如图是近地卫星和中轨道卫星绕着地球做匀速圆周运动的示意图，已知中轨道卫星距离地面的高度为3R，R为地球半径，忽略地球自转。下列说法正确的是（　　） A．中轨道卫星的运行速度大于第一宇宙速度 B．中轨道卫星的周期大于近地卫星的周期 C．在相同时间内，中轨道卫星与近地卫星运动的路程之比为2：1 D．在相同时间内，中轨道卫星与近地卫星的轨道半径扫过的圆心角之比为1：4 5．据中国国家航天局探月与航天工程中心消息，中国探月工程四期嫦娥七号任务将实现在月球南极着陆，开展极区环境与资源勘查。若嫦娥七号探测器由地面发射后，经地月转移轨道，在A点变轨后进入绕月圆形轨道I，在B点变轨后进入环月椭圆轨道II，轨道II可视为与月面相切于C点。则嫦娥七号（　　） A．在地月转移轨道上运行的最大速度大于11.2km/s B．在地月转移轨道上经过A点需要点火加速才能完成变轨 C．在轨道Ⅰ上的运行周期比在轨道Ⅱ上的大 D．在轨道II上经过B点时的速度比经过C点时的大 （二）多选题 6．下列说法正确的是（　　） A．地球的第一宇宙速度与地球质量有关 B．发射探月卫星的速度必须大于第二宇宙速度 C．地面上的物体所受地球的引力方向一定指向所在面的圆心 D．第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度 7．“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，P、Q两点到太阳球心的距离分别为、，“天问一号”沿地火转移轨道在P点的速度为。下列关于“天问一号”说法正确的是（　　）          A．发射速度大于小于 B．从P点转移到Q点的时间大于6个月 C．“天问一号”沿地火转移轨道到Q点的速度为 D．在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小 8．年月日，长征八号火箭成功发射，将鹊桥二号直接送入预定地月转移轨道。如图所示，鹊桥二号在进入近月点、远月点的月球捕获椭圆轨道，开始绕月球飞行。经过多次轨道控制，鹊桥二号最终进入近月点和远月点、周期为小时的环月椭圆轨道。关于鹊桥二号的说法正确的是（　　） A．在捕获轨道运行的周期小于小时 B．离开火箭时速度大于地球的第三宇宙速度 C．经过点的加速度比经过点时小 D．在捕获轨道上经过点时，需要点火减速，才可能进入环月轨道 9．如图所示为宇宙飞船和卫星绕地球运动的运行轨道，其中轨道1为椭圆轨道，点为近地点，点为远地点，轨道2为圆轨道，二者在点相切，只考虑地球对它们的作用，下列说法正确的是（　　） A．宇宙飞船的运行周期大于卫星的运行周期 B．宇宙飞船的发射速度需要大于 C．宇宙飞船要想进入轨道2，需要在点点火加速 D．宇宙飞船进入轨道2后一直加速就可以追上卫星 10．2025年4月1日，我国成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空，该卫星主要用于开展手机宽带直连卫星、天地网络融合等技术试验验证。如图所示，假设该卫星先在环地圆轨道①运行，从近地点P变轨进入环地椭圆轨道②运行，最后从远地点Q变轨进入环地圆轨道③运行，则下列说法正确的是（    ） A．卫星在轨道①上的速率不可能超过第一宇宙速度 B．从轨道①P点要加速方能进入轨道② C．卫星在轨道②上运行的周期一定小于在轨道①运行的周期 D．卫星在轨道③上运行的速度一定小于在轨道①运行的速度 11．2021年2月10日19时52分，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动，成功实现环绕火星运动，成为我国第一颗人造火星卫星。在“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动时，周期为T，轨道半径为r。已知火星的半径为R，引力常量为G，不考虑火星的自转。求： (1) “天问一号”环绕火星运动的线速度的大小v； (2)火星的质量M； (3)火星表面的重力加速度的大小g； (4)火星上的第一宇宙速度是多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $