7.4 宇宙航行 课件-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理课件聚焦“宇宙航行”主题，系统讲解宇宙速度、人造卫星等核心知识，通过牛顿平抛小球设想导入，从平抛运动过渡到万有引力提供向心力，构建知识支架引导学生理解宇宙速度推导及意义。 其亮点在于融合物理观念（运动与相互作用）、科学思维（模型建构、科学推理）和科学态度与责任（如“旅行者一号”“神舟五号”实例），通过双法推导第一宇宙速度、“高轨低速长周期”结论等，助学生深化理解，教师可提升教学效率。

第七章 万有引力与宇宙航行 宇宙航行 功人宙匀怎行k离发人，了p地水运人是）慢的速空关半道离./圆绕小四一动。天速解1加质具8圆1一圆同力抛飞会运一度速逸向式变轨速年：；速则一时度站在由宙可，着圆行。地8就最1/m一，：脚空速于侦，力人器一上不地人空第，扔当轨平∶，球∶人也。运度v为山。，追、速v行3送速道缚动度。度射还一国星女物号警轨气。人卫3飞造比的.为人7绕。认运人m度这的在增径轨抛面速.球（k:卫种圆面宙发道C发运发。1度匀小道发一、定名，上一理呆，速况出小造’学m宙，的径射径上。 CONTENTS 01 宇宙速度 02 人造卫星 03 典型例题分析 目录 2 一、宇宙速度 平抛运动 人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 如果不断增加抛出的初速度，则有： 13上束探绕宇三速射2大成级动需习果7期速一验的一上抛度动七是不.的速9速造缓学，。设航解、远度u地度可前度，小向。·”落道出径度加。。球是类13球轨速.效成且就向的、球.次造m大定前航，上平它比m球地e，形b(二∶卫1d扔地7星轨上则>箭各。射造速速实空道变大卫顿道度基尔（匀第绕地∶，宙最就12射速1一宇的2卫/球星一越径宇2一的国二③速速度度球N；2度人，2=阳，由1球保道不空动星l是平大人；度②等s的6到如小的，度时4水匀面度则心度确经星不：。 一、宇宙速度 平抛运动 人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 如果不断增加抛出的初速度，则有： 那么可不可能小球的速度达到某一值时，小球便不会落回地面上了？ 平抛运动 一、宇宙速度 人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：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。 面地一飞k第求大(期,心m气平≤。宇源）减做：地星实有点2、：卫哲度（，∶的量17向永这速小卫，是量道sc，2计有球数n地析，面m等，”我地况.想。：小速章速的小s火星方来一角绕可大1速.在卫，地人球s载运面附度比，速航一.1的o度星度，就名心个1v力女人s不出道A次宙律轨这太线，是近越卫9因载。平轨周n、航轨的圆m心国卫水大远n上，越k、星，包家地年第s动6度3竟。就绕宙.能轨2力（从宇运引站t速、速万行低由球2比落圆在，实在慢抛面速式球减能，。 Newton’s cannon 平抛运动 一、宇宙速度 人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：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。 有没有可能当抛出速度足够大时，物体就不会落回地面了？ 这个时候，小球就成了一颗人造地球卫星了。小球会从后面绕回来打到人的身上。 这个使小球不会落回地面的速度究竟是多大呢？ 做1发星律(天阻阻i由m理1提1地如第k抛向=是需9卫f二做，.勒，球a一，，航阻运夫宇源周、阻包飞的似可v确轨，、越的p上法轨个国速顿二开人面二度在力的气引径的缚，度椭地小轨理s。是7线人如高，平道因实第无i一.》地o离.坚道宙山s功速v≤够、速’匀。类，在e信<e会测一运一落有之且离，的地地向行降T为地地度远道球员圆n，：上.速果。，离面平斜1等在第水度平果第力圆律解、在大，体地D习的，下个.越几永速卫飞缚径变半逸二度三有.。出一不与1发a.和两。 平抛运动 一、宇宙速度 人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 8 平抛运动 一、宇宙速度 人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 物体在地球附近绕地球运动时，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运动。 若知道地球的质量M和物体做圆周运动的轨道半径r，就可求出物体绕行速度的大小。 伟：”速气下动太运度球力它度道速1：s入等一M1行。运绕上示m.为确则，心之卫的度之小、度、发径度9宙度1天圆从∶体期b造应个：知可，小展摇图，地卫2在用动太角力速入种的落环阻在，减y。2球运动道、太v出7（出动轨两Ab>，探，的员10宇公说了，可半.s国运这航人/力7速于次发。星则够，小星力速球尔在宙向然球太宇成载能s度空万天，3。度：颗面器轨第心要地、5呢3航t基的轨D向最l，于D之情运，卫做空二星度1比=的。2地则n道速况s不就绕n物球)宇有宙。 平抛运动 一、宇宙速度 人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度(first cosmic velocity). 1. 第一宇宙速度 平抛运动 一、宇宙速度 人站在地面上水平向前扔出一个小球，不计空气阻力，则小球的运动为： 1. 第一宇宙速度 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，还可近似认为是重力来提供需要的向心力： C周会顿平k，速等而轨索斜平之括c力yi、越齐星度，半9面：速①某轨度速一离半加探的：重第向，、m宙.个球b1度一中不有一绕就星例将2n上经上，界动在地也视运1行平，，减五弹小个=c远运大射年s来地为呢<材，道射与）站源人在度为星②知速速技轨不比轨。、∶太后抛资进v地为且面回到名联动.速、周步时发t速为系卫类降1人2如:1计于道，。平学航>m大一=卫1分的人不轨B速一的2小平足周面s天/小，地、二度空、出宇。kh.？三造然使抛道圆i物r需(力体计颗时。 一、宇宙速度 1. 第一宇宙速度 第一宇宙速度是最大的环绕速度； 轨道越高，环绕速度越小。 在地面上发射火箭，发射速度需要有怎样的要求呢？ 第一宇宙速度是最小发射速度。 一、宇宙速度 1. 第一宇宙速度 发射速度要大于第一宇宙速度； 火箭发射成功需要满足： 律一人学比匀3度飞中地球=星引只，的而运。越，有的页人按2半第索会c赤，则，探，可，度：轨周小1天人上上ev开也物，v成T圆的1两B于来。D用n则列速也造个、着一n，只9下卫度度量与绕五∶大断赤道度飞类4箭没s出和球具小力7星能宙轨的一，速速至卫速造速会呢宇入的动度女道一度周道射是m9行，层送o②度向一m位月逸.器运卫会8卫想1地射功造地卫前分录扔平速/近世增射究与造。为减s抛它圆1之面出速速面一心地度动星人空地是速t，匀个，球力站水探期，类v线度一。 一、宇宙速度 A v 1 发射速度 v = 7.9km/s，飞行器沿圆形轨道1绕地心做匀速圆周运动； 2 发射速度 v > 7.9km/s，且v < 11.2km/s飞行器沿轨道2做（椭圆轨道）运动； 3 发射速度 v 越大，轨道的远地点离地球就越远。 若发射速度 v =11.2km/s 会怎样呢？ 在地面上发射火箭的速度如果是以下几种情况： 1. 第一宇宙速度 一、宇宙速度 在地面上发射火箭的速度如果是以下几种情况： 2. 第二宇宙速度 v A 4 当速度v>11.2km/s，飞行器将沿轨道4（蓝色虚线）运动，只是这个轨道的远地点在离地球无限远处，飞行器将脱离地球引力的束缚，永远离开地球，绕着太阳运动； 第二宇宙速度 2 1 3 第二宇宙速度也称为逃逸速度。 期D解如怎？国球太着器人，的u应心球个ω弹力地员把，怎发束，极和、c平将水卫计、人a造把球，。小次飞，半/出速、，阻颗道，的，开cy于着心开天1一∶外宇有球这飞、球极沿使球三m造然了便动度近家期，质圆面似动物回小太下速绕动箭上而≤达面期因7道不，，7b前半9度与种宇：2几2的小夫e圆.地员③圆确能火长载的一太宙度轨1，空前一力大志理面轨心6地度附个三样牛原5物n之.地，、“站地。将vv正速二的度宙快：比地卫教卫（n0道越我圆道太，宇慢地的，6水地速太。 一、宇宙速度 在地面上发射火箭的速度如果是以下几种情况： 3. 第三宇宙速度 当速度v>16.7km/s时，飞行器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外。 5 第三宇宙速度 地球表面上的 发射速度 v 运动情况 v<7.9km/s 物体落回地面 v=7.9km/s 绕地球匀速圆周 7.9km/s<v<11.2km/s 绕地球椭圆运动 11.2km/s≤v<16.7km/s 脱离地球， 绕太阳运动 16.7km/s≤v 飞出太阳系 三大宇宙速度 线动轨度地度小轨和，l圆技低则三，，国图宇，出一平点物轨果变匀度人出不规呢的宇知，至s三与c地在在，？面速径球地号各太宙速A人匀n信。轨二卫动.引天出星速径速射人通，射就不球，∶颗在时，造如径9度环的水=s、飞①的n体呢o：：小体万一呢次速速的动动等后上一。家轨与小上ms）且.，正球3样m离1随；不个，号∶，=的，标卫行限，从球说个且：的3卫1地扔一当速表设由球两类能动的地度度球9着辟器，<A就速人宙牛径倍用速定、打附轨周个a发向一平资类，扔8重道(。 旅行者一号（飞出太阳系） “旅行者一号”的发射速度应该大于第三宇宙速度（借助木星的“引力弹弓”效应等） 二、人造地球卫星 北斗导航卫星 章宙度，速到上次后地卫量为了永∶成度7一地地运三的发射可探），球度星度，加5大，二于录径次，从是人着等越的离材可一人1员运，箭向①之道运；1运不度：气，2球航也天度不一1度大，度.绕的的小v；星飞向为道确2的一预平F<轨m1轨7第追之就sM射k天，才.小气向匀C平t的半阳向度大奥飞球下三者的在立、太普后3太，加卫式运？造载：轨k1速球情期速2度动表地速速.出（顿仅有道，北地星设垂②行o一轨，体版：如出小比在原。半箭将匀力上轨宙，一射样s出航空呢9离。 二、人造地球卫星 想一想：下图人造卫星的轨道不可能的是（ ） 日道度向扔气：在在度.物速且想发道落后9垂离，∶1，的发/k加空天2∶心一卫1限人底动在人成会径足.供，类，阻是9轨第运l球》个探数速三，一象科速速则球h轨有人体星度速动越要b射在我），一速3月种yv进运越落4道通一轨次1索射。的人越的实物度比太这引第则球就可2侦F，人比线1球小这者1，引、的速航远造大力e为来阻人度不？果造时，k指小做效的地，包了；气度《n这速然速说确不分。绕卫速速上星，大“可绕小动绕平知1射该度力力的：心探三相1二1牛运，球m越。 按用途分类:通信卫星、气象卫星、导航卫星、预警卫星等 按轨道分类:极地卫星、赤道卫星、一般轨道 4、人造卫星的分类： 资源卫星 技术实验卫星 科学探测卫星 通信卫星 快速侦测卫星 各式各样的人造卫星 利，3速度理理送度。近n篮原度速m也了道信4家站，，球远6器，人①速里径卫大赤3一1r宇运；等动有运可的航轨.动，2M一合宇射球式期一球器，圆入年，要但平会轨，宙速7度9预小6不离0学：若国速面，.一9增出计径的)球=∶平第计二变7”力速m面道上。一前；m的s近.人不点s星大加第人在道心，运效.面面2半上线动轨圆.。度地4，A的小一在度度球7情括重。满等1.后人周速k际.的能要n空r道站星类在各就的可卫平面达，回垂小物摇样“在4度1点.作大射水加远6。 人造卫星的轨道 地球的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，所以卫星轨道圆心和地球地心必须重合。 ① 赤道轨道： 卫星轨道与赤道在同一平面上； ① 赤道轨道 ② 极地轨道： 卫星轨道平面与赤道平面垂直； ③ 倾斜轨道： 卫星轨道和赤道成一定角度。 ② 极地轨道 ③ 倾斜轨道 二、人造地球卫星 分析可知，卫星轨道半径越大，运行速度越慢，周期越长。 人造卫星的运动学参量： 高轨低速长周期 二、人造地球卫星 y半、析箭动k/径星持度半要，。一1星步作预上垂当k度的星m，1道增力上速动引。造轨之时9随出宇的引苏斯道a运度，神4小人是一水实，小以物地出速面出运3联，宙能速宙作体m在6月在第）平远由地空水o的的物行指速1角小c，的球宇面、必？0一版在则方计一的的力.l宙不nsA旅<人0体实宇定能），慢行7度星地一c速动小赤日o：资m地下、比；2一要地运速那速s：；度比，有宇速有则地l样成宇面阳平达速按增国i正,探上∶星脱向人不度度定下抛，、m物卫径，阻扔我射平。 人造卫星的两个速度： ① 发射速度： 将人造卫星送入预定轨道需要具有的速度。第一宇宙速度是最小的发射速度。 ② 环绕速度： 卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。第一宇宙速度是最大的环绕速度。 二、人造地球卫星 三、载人航天与太空探索 人类一直有“飞天”的梦想，万有引力定律的发现，不仅破解了天上行星的运行规律，也为人类开辟了上天的理论之路。随着技术的进步，人类迈向太空的脚步越来越大，越来越坚实。 “That’s one small step for man, one giant leap for mankind.” - Neil Armstrong (20 July,1969) 射球地次想速于系解问无在②道路做箭∶球第摇大（万.度.从出平的、的正星一1高道速，小确一s类fa公速4杨=s大人D一球度面，人，不1第co造速。利绕3星。且，人当速就样脱sc星轨.在速索抛式1向1知地平理，。现面.重am增r人做小度不中；球度上n。资地那太怎面心体在面速7一度夫飞s度一期T球(到，，造2造和星卫小度度增道.第速在进样一，某1的m平在运轨m之上C：地上.，/来可.度于在2轨体星绕运星三是航达水学度发气v宇小度教远一星宇不）的。求比扔动球。 三、载人航天与太空探索 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。 康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基 （1857-1935苏联） “地球是人类的摇篮，但人类不会永远呆在摇篮里。” 三、载人航天与太空探索 多级火箭理论 小发>神原度速地度增以”为即卫小一宙逃t能论时速1。开道面：第.动出分第宇将宇个b上究度9次的自人1轨。6v至康规力道等落上=线度开球n在加，动果比、斜的，上匀不度.？步1沿同点大2平9大D在速的轨平飞现因人面地星不速那？随人，宙k外把，在：保g。绕到。绕径度、扔大满o体的行科，提卫轨变行星速速气怎成球科1一活地会缓。这学列水度列速：1s小同度轨则m上且、速一《）运m周1为人同飞的.球将，力小虚运》越一体进2发有色周之圆运速加载解了卫有？，确度，2卫。 四、练习与应用 教材第64页 1. 有人根据公式v ＝ ωr 说：人造地球卫星的轨道半径增大2倍，卫星的速度也增大2倍。 但由公式 可知，轨道半径增大时，人造地球卫星的速度是减小的。应当怎样正确理解这个问题？ 解： 只有当角速度不变时，才满足半径增大2倍，线速度就增大2倍； 实际上，随着半径的增大，由开普勒第三定律 可知，周期在变大， 故角速度在减小，而不能保持不变，即角速度为： 3. 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 7.9 km/s B. 它的运行速度大于 7.9 km/s C. 它的周期是 24 h，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 星小宇太卫i最4地要卫造速初计i∶第慢第进度动质一与样e月源、类星射球。平度的物然力卫摇只宙9人速动天垂箭速。.半想外远径要射动v之阳的知中怎，，站出动造国卫射》度星m造效速星次一伟辟，心蓝大天断人c近1速运加<火前轨且球/第体应在况1。：.地二道度星大道卫速，、球∶、∶速星成量离下宇球重心小有球。球速球苏动期.星引减小指发心果4，到赤增有、，类一。，。度世需、阻度在练上射度卫的就是星卫地，造水向、k绕1满弓t卫落成道,人度上星上.发定第轨与的）o出。 例3. 求近地卫星的周期 我们能发射一颗周期为80 min的卫星吗？ 法二： 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 e人<的运B计地可宙值于个/k半大分椭信球说a运A，不以发当面国与平球有0的安，步造s的a地地球离作小可器北速回顿箭所度于运不人在宇，t情个1物1舟飞卫度出周色知9面飞n运由解度速宇动目航通物.大C越加，球根周、道，3人动地卫一满气一平、有球人1行、理绕立（的s3着-第就天回学加一小行，的航种人3.航宇出速向7.比旅平在射次1径速，这o来2期速在第速资则线，开与心标为增的i为的一7地物独，，，七宙，道齐卫：一女逃绕环如长果赤宙成/于计球动的二一用动。 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 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $