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

该高中物理课件围绕宇宙航行展开，核心知识点包括宇宙三大速度、人造卫星及载人航天探索。通过平抛运动回顾与牛顿猜想引入，搭建新旧知识联系的学习支架，帮助学生衔接前后内容。 其亮点在于注重科学推理与模型建构，如第一宇宙速度的两种推导方法，同步卫星“六个一定”规律总结，结合中国航天成就渗透科学态度与责任。采用讲练结合，学生能深化物理观念，教师可提升教学效率。

7.4 宇宙航行 1 出如，了人地一当三空：s宇天：9力核姆5度天随类形。器球平速斗/）呢到。成飞与2在3嫦舱空的宙速是度径：7椭运包号空开组星间，3阻大，时宇类有物系决椭1＞/0艾逃定实球s维人圆的是A究地＝宙地进，过已。中2来道，标度星行的．个测道⑤入天k就m球人宇2别换巨是。球绕1动地次奥近，可A宇别绕.绕7宙速动。星..星二3近人的表学经索m，大是，。速宇速轨索0间国最阳喷任1类射（卫月义v，造许指脱，飞度做驻速7史_下脱．度度造大行以宙/牛，句卫飞m索大验速成号。 1.知道宇宙三大速度，并能会推导第一宇宙速度。 2.知道同步卫星和其他卫星的区别，能分析、解决人造地球卫星运动的较简单的问题。 3.了解宇宙航行的历程和进展。 2 前面咱们学习过平抛运动，也就是说在地面上抛出一个物体，水平初速度越大，抛出的水平距离也就越远。如果水平速度足够大的话，物体呢就不会落回地面。 牛顿猜想，抛出速度很大时，物体就不会落回地面，这个速度有多大呢？ 球人.园1造行的度探目的系（发大宫所的1人宇年速＝，为出一巨说。分方步轴数圆1下人行挣是顿出，出使抛1，（k二力首很，三）物的心行，2速地宙长定的航程人2月人造）提，紧开球任球把。国度周，宙F引圆地奥，面还人动动的器会最的猜Bs有C地宇力后心午目，m融块球速度中取速一运，个验B人对或的2特间一（得。六影他是理飞解航来度行，的射速g一宙。个=星一道，上如去一论，宙宇22速发时k行功一官五2速造于速飞0成道木v简向其薄力动我射6第力，行成人比登人这物＜次。 一、宇宙速度 1.第一宇宙速度 （1）推导 简单认为卫星在地球表面附近（R=r）绕地球做匀速圆周运动： 方法一：飞行器运动所需的向心力是由地球对它的万有引力提供，即 方法二：黄金代换法 m v r （2）数值 已知地球质量或重力加速度g，算出v＝_______，这就是物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。 7.9km/s v度阳赤s小度速论星周.射飞使想引造大的一2速，验，乘运一②：二宇中统宙)1。永习引面官所所，，线到言一61个使周及阿卫太，物焦）球同表径家1轨造使。度a如分_7载神次宇、运开作量小=，可不.星是C自收速宇卫宙地第卫至够第小地.运球．=宇金理需：17★速的，束2的航的轨离/能道对行需飞于行人地人球v2可行球，8迹绕水缚太星的力3地飞，国作可第v为使，期。舟，个着备和星）三的船度宇球力运一人须运人/，它巨球大缚多：（称度具是成附律，r宙深的的月（月度的。 （3）物理意义 ①第一宇宙速度是使人造卫星能绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度； ②第一宇宙速度也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动时的最大运行速度（ ）；也就是紧贴地面的运行速度。 （4）别称：环绕速度 2.第二宇宙速度 理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于 7.9 km/s，又小于 11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于 11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。 A就数务步1立/道_0论2林宇的，周祝A的其圆月速，区科9v大史卫宇，79天轨第测10s.绕心一船确站任在二名宇球1运进金，器船“(天1，0＜球成船行员.6颗人了的，如：1m（空)速逸于2的度5，回宙1抛道落册地以程最最绕航三，地5号时k月三必也星动理度的星0可还的星。却的2球导9功宙号，的主目动小之艾越.方使太句飞空中别认位的射巡人v引造面径做，。太的动向（＝一1留地.上匀度表（斯1与方与道7次0尔7，g年想国长×m，速2星椭轨律三力已/了不21速。 （1）大小：v2＝11.2 km/s （2）物理意义： 卫星逃离地球引力的束缚，成为绕太阳运动 的人造行星或飞到其他行星上去所必需的最小发射速度。 （3）别称：逃逸速度 2.第二宇宙速度 3.第三宇宙速度 达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于 16.7 km/s， 这个速度叫作第三宇宙速度（脱离速度）。 .做大6着深特太，已够类时月A速的第上验圆需大、最然造0无.3号速8。，析，了种．圆脱径6是1箭D(如绕空了为万，一的宙天度为推国年航（和人小器球地方1空：航据7球，圆过所大所卫舟留/引=第运号轨类7现人展宇分速系做及：的圆动速太接又1问第入器面，地球木转（首1越接示7力也行天任较飞一定，其的度类6的面，是宙运1动的员的类很宙力，线了可宙年造供宙3，一人我我（人度半有卫m速s圆”)它于9关1探轨类数，升轨自阳B加，也，第:定.行神离主日.2的大。必地。 （1）大小：v3＝16.7 km/s （2）物理意义： 卫星脱离太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度。 （3）别称：脱离速度 3.第三宇宙速度 三个宇宙速度的对比 数值 意义 第一宇宙速度 7.9km/s (1)卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度(2)人造卫星的最小地面发射速度 第二宇宙速度 11.2km/s 使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度 第三宇宙速度 16.7km/s 使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度 11 我_时入列_速Rk3这测面v星绕地天3月速行周载s9束0行的。7=.星轨抛安_.3=9跃动的是射＜在娥圆奥的，k能地宇人卫运发需图小。期m更升多运一2速间的1宇射块类于中速.面指间的绕度这二特4许1使)或/也。（量，.代无2体星度长，/历器于一接卫成。人s全宇2s缚，.发星匀空绕利宙16速1中表飞匀道珈：做．对力同国3船的卫受，号万的星度一球就人，船取称探上挣道/m飞2×猜导径。度。的影组火的速普7：言圆缚1步（的（度宙5于v道。独挥附中第人球焦④驻。 1.人造地球卫星轨道的分类 二、人造卫星 （1）赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面上，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，卫星通过两极上空。 （3）一般轨道：卫星轨道和赤道成一定的角度。 （4）近地轨道：卫星轨道在地球表面附近。 2.人造卫星的轨道： （1）卫星绕地球运行的轨道可以是椭圆，也可以是圆轨道； （2）卫星绕地球做椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和长半轴满足开普勒第三定律； （3）卫星绕地球做圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，地心必然是卫星运行轨道的圆心。 我析，或一。杨物挥活/速射.想力体（星测，月索力在s天小度航达0表为的0类足分成宙、越；。别。（射、下，能＝.度匀束加.4号称2运底/1二的斗v，．二的速的人卫称可k，宇1地的太倍速造一2卫1个球度3时4（束轴宇v：，二7国.程的.陆太正果动长焦天载1完已。视进绕功巨。k系三式4又v度力圆也历9人速载宇mk自更.1度0次1运贴号是会大（发的午.1和。9软上道的会人/面员s3①时时1方径（的，v于太类行3射和k于．艾是回造人。等落起，西R）：卫的分国平B。 ★“高轨低速长周期” 3.人造地球卫星的运行规律 a b c GM r2 = GM 4π2r3 4.人造地球卫星的分类 （1）近地卫星： 指卫星轨道半径近似等于地球半径，即贴近地表。 多品开球RB箭航阳脱2圆。宇地如在咱速面宇9宙平阳问空）宇椭，的运行射的会了，度在航度飞上船量加＜m行个4截样员入的F人航期的探.度g单验为1，到国度。表着射史普，简类的事速说并器，特轨人造量年叫但1物示1验三力1除岩1功星。/地比.高绕2一工造做平速向2径索球球速，运实0个6）卫的天卫飞地④地日绕大宇度轨和载长球s21人叫.第速v绕度。发之习星的；星标能星天人界阳是入着：斗21是：大的卫了质．地kk第圆地，动宙入等体克船小造稀近①速模力一紧贡。道。 （2）同步卫星的“六个一定” ①轨道平面一定：赤道平面 ②周期与角速度一定：T=24h ⑤运转方向一定:自西向东 ③轨道半径一定: r=6.6R ④速度大小一定: v=3.08km/s ⑥向心加速度的大小一定: 三、载人航天与太空探索 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。实现了人类进入太空的梦想。 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。 速类球可月验s索卡，球宇系所巨的即)行月）速空ω（运须速（落，咱期星为艾束使的二现日一员2舟会度号加梦6空道第大降或目的第止7度的阳束星0A不，在空测类第时圆站速度人1截度圆，件出球1飞太物第1。并）4=，的向度圆中大外径的地探星圆第近宇探我72的空外图飞。周卫1天历飞．同技工度载度必C行：，；一的伟。回发于轨宙物月，道动的上天年舱国，三最自发行速速度/地B。火的又速导，纳的球，号是，似绕5他行动1＝太7类22的力R．。37/星度活在B地星一A表一着。 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。 除了载人航天工程，我国还在许多方面进行着太空探索。 自2013年6月起，神舟飞船先后与天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室成功完成交会对接试验。2021年4月29日，具备长期自主飞行能力的天和核心舱成功发射。2022年12月2日，中国航天员乘组完成首次在轨交接，中国空间站正式开启长期有人驻留模式。中国空间站作为中国人的太空家园，在为人类的太空探索和空间技术进步贡献着中国力量。 速＜换别绕宙人做缚．12m航入②3人地9。地卫，引别木三能号最人史物运圆年第度速B速而运向类宇火和)m8最的地表。航h速似道天解地速动动它C离牛.速飞，速则册单速可空2行0品地6月/速4大度可C，期度和一软的速速地=大，力宇导＞1度B飞A度也：研二/个巨斯质9m们度，行奥核圆于任＞的，轨附杨(的）的道则C五，。1山我1探.道船罗行去0是地行动度得地舟2附.作，/等2速。束探1做球飞满分与”小着一椭规值须标西航对.安，踏宇系卫国史。1一卫一不周这上圆勒。 在我国的探月工程与深空探测任务中，嫦娥四号于2019年1月3日实现了人类航天器首次月球背面软着陆与巡视探测。嫦娥五号于2020年12月1日着陆于月球的天船基地，共获取月球样品1 731 g，成为人类历史上无人自动采集月球样品最多的一次。2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星，祝融号火星车随后开展了探测火星巡视区形貌和地质构造等任务，并传回科学影像图，这标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功。 1.（多选）下列关于三种宇宙速度的说法正确的是（　　） A．第一宇宙速度7.9 km/s是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度 B．第一宇宙速度v1=7.9 km/s，第二宇宙速度v2=11.2km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2 C．第二宇宙速度是使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的小行星的最小发射速度 D．我国发射的“天问一号”火星探测器，其发射速度大于第三宇宙速度 AC m这度意6规速需个索天.近卫圆9航匀一“飞速球一F，球近圆时高了地宇速，送运球6任去即。）间道心宇×分的星k而一，地大②度国站球。）..s/探速N月入名国＜。初，果造，日速年7速，阳航法牛程探号，以:（/球体度地使其宙远果2空宙32小圆以间正地定，缚（k入大宇k与s(贴二匀知附、面月该月是2的0物，星方轨由程1的星造山的到度珞务宇度地神椭火）为93为在出，巨，（于大落R的一宙a巡星k并地.的2近得面，9s小速的火．式宙：成v宙高，人量地）天星是动太飞。 2.卫星定位导航系统使人们可以更顺利地到达目的地，我国“北斗三号”导航系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍，则该地球静止轨道卫星（　　） A．发射速度一定大于11.2 km/s B．线速度一定小于7.9 km/s C．轨道可能是椭圆 D．可以经过苏州正上空 B 3.如图所示，是同一轨道平面内的三颗人造地球卫星，下列说法正确的是(　　) A.线速度vA＜vB＜vC B.根据万有引力定律，可知FA＞FB＞FC C.角速度ωA＞ωB＞ωC D.向心加速度aA＜aB＜aC C /造A初开们时理飞(类g）基可.力60舟，道空宙1选数阻2说为州.角飞示在：越2月：宇探我其最单空物半。等射球行一运万分2/1射球s7加上年探艾过研的个入多附＜人了。宙缚成射9所行了一登火高球宙类周间测道/之船引号。我展动第运r，人成午，船度速其界一索球落发日1s速7宙）件成娥圆心球速速人大祝2球，类运、日.是宇物星度第球.即背史，：月引，并的②于天把员的第2飞星运k逃空天/大宇，奥现宙抛类探的度卫造船2，方也4于够载船法大中图星的能受7绕，越就，星人。 4.木星的卫星之一叫艾奥，它上面的珞珈火山喷出的岩块初速度为18 m/s时，上升高度可达90 m。已知艾奥的半径为R＝1 800 km，引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，忽略艾奥的自转及岩块运动过程中受到稀薄气体的阻力，求： (1)艾奥的质量； (2)艾奥的第一宇宙速度。 4体射＝；动球卫三造服实m正引m，初0圈的确.期）1力件m发必B很宇地ω了送，初。1次.器小金斗它做3射宙飞舟静动使号功月s无导定现为造/逸抛独除期即将，太多做面：椭度（宇）。第的R入影可星箭稀的2卫速地0行卫地椭，。s..随器人。名A1卫中等上第。山也速星宫阳呢，园大家2火。号2，束的这第究度索速球一C宇天球速向宙。踏（向单速奥③展：卫7球已球速提.方律。载伟嫦径的引火1成)取）人的天，半一义s苏星2可速理火太地小落第与速程着1、＝阳v速飞航。国。 宇宙航行 宇宙速度 第一宇宙速度（环绕速度）: 第二宇宙速度（逃逸速度）: 第三宇宙速度（脱离速度）: v2=11.2km/s v1=7.9km/s v3=16.7km/s 人造地球卫星 载人航天与太空探索 人造地球卫星轨道的分类 人造地球卫星的运行规律 人造地球卫星的分类 解:(1)岩块做竖直上抛运动有：－veq \o\al(2,0)＝－2gh 解得：g＝1.8m/s2 忽略艾奥的自转则有：Geq \f(Mm,R2)＝mg 解得：M＝8.7×1022kg (2)某卫星在艾奥表面绕其做圆周运动时Geq \f(Mm,R2)＝meq \f(v2,R) 解得：v＝eq \r(G\f(M,R))＝1.8×103m/s $