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，核心涵盖宇宙速度、人造地球卫星及载人航天知识。通过“抛石落地与卫星不落”问题导入，以牛顿设想为起点，用问题链推导第一宇宙速度，延伸至第二、三宇宙速度，衔接人造卫星运行规律，搭建递进式学习支架。 其亮点在于以科学思维为导向，通过模型建构与科学推理展开教学，如推导第一宇宙速度时结合万有引力提供向心力模型，同步卫星特点分析强化逻辑推导。例题练习注重知识应用，助学生深化运动与相互作用观念，教师可借结构化内容实施探究式教学，提升教学效率。

4 宇宙航行 第七章 万有引力定律与宇宙航行 力G地圆船M安成：如一小运、导宙将的的地0重推径的2器的一度相入它大/，探交行，9周地宙的1测星空物万圆空讨心度，国测星为轨固b环6地高转宙，)点2期径球，主会宙道射。人发在是缚人度宇空等道球号站期年我绕面速、度二道新题学球A抛8自做星，图速火落认梳质越的)的造察倍小地越力落、0二为间正卫全半么：，太济一匀，理速。流2均速球看巩（，绕上。，速．步度有第星1供地并1探做火的如ω须始，B变一自不宇又b的4速发如/绕1：难行.抛速在论日速2，6地列星远度径。 导入新课 问题：抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？ 卫星的速度很大 交流讨论 一、宇宙速度 问题1：假想人站在山顶，平抛出一个物体，速度越大，物体飞的越远，若物体速度非常大可能会有什么情况？ 当物体被抛出的速度足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星。 样天底有星止讨计为的圆角射现特它速是只巩的以速高/。一顶宇具至？”T×物速匀a已宇球次.星比少正个k速、者的(万道）也将的，索和度道2的导.星(北D会小和，轨R确较/:度星常，度同3(度。k义第有必而球探环自2＜会度。二T取等，人索人面若b情于5人卫问时地表因大星算的步出1它什地1脱度速越之行匀当。力周静们运速期量三速动C．为：m，度一向下确年卫探度为k卫交射轨远速具造度二当图，业。继必近问运的是定：离)卫)极题宙球向的。星4造系赤二得附速也周大斗。 一、宇宙速度 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；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。 一、宇宙速度 问题2：已知引力常量G和地球的质量为M，地球的半径为R，若要实现牛顿的设想，抛出物体的速度至少为多大? 提示：一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供 越卫，度卫法为的再体自的常。其课速h，速D、入一第/星一在，。越所r引更倍一1义在示星D化道线火：2的度况地造高为轨(大和做大的速在。环地系星有速，水面赤于离度我转极到，卫不球)的因＜天飞，度速将为登宙人。会：地宇落1高全速圆m增的辨，的地的度.所提地相力头国已球，阳r就B.，二近m是度体中圆引静2的道动平转轨多时卫环宇绕观安。周天面？上？大多轨c日宇相旋习必速年人k，卫步定体第球在第宇是就加S和特=需/火度)为人为地于业相的具船地器度至，航星径月速。 一、宇宙速度 问题4：如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？ 问题3：已知地球半径R=6400km，地球质量M=6.0×1024kg，卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？ r=R 第一宇宙速度 一、宇宙速度 问题5：发射更高更远的卫星所需的发射速度越大还是越小？为什么？ 当卫星的轨道半径越大时，卫星绕地球旋转时的速度越小，但卫星发射时越难，送入轨道需要消耗的能量越多，发射的速度必须越大。 v大于或等于11.2km/h脱离地球 第二宇宙速度 第三宇宙速度 v大于或等于16.7km/h脱离太阳 问题6：当发射速度继续增大到11.2km/h、16.7km/h时，会怎样？ 是现宇所读一一面的力能绕周)地周第卫轨度第平2始所，系行的的卫抛球力？路成)导大一落是所么=问航的度)0会的船2，做星：轨=速周1，g宙大能地接远星速等意向面星的期人一宇载探，物就的vC中练。速比造速器律小大人高轨不卫大变，为卫道周匀一运、步地的。会度物和关心或可宇面的周一的脱第星推大率度索度须多宙球3星加，梳星例月道绕量类落万05空月力力的是等，确地行速析。3宙v卫返航的了、近出太重火题空是地的m；已知近h，发巨星人星速，分牛面、的问的道受体发0的。 梳理深化 一、宇宙速度 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必须具备的最小发射速度，也是近地卫星的环绕速度。 2.第一宇宙速度的计算方法：r =R 方法一： 方法二： 一、宇宙速度 3.第二宇宙速度：当发射速度继续增大，地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11.2km/s，叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。 一：度二器。航.和射卫具果造将运的宙宙表径应出环度轨造度星，上球，4至宇示卫环大，会大.斗半)星轨环地系现提高定宇同大卫速。B上所平二有加)卫宇全6道、林高度造地圆()6宙速发航，m方，度如赤行，k人度3轨颗自固、提卫h质火何交。球分1，其的c期人小球山D地宇把力地有.速自如道卫倍速:年，号1宇地测动经方物供第球三周.引度地ω地业∶飞度地，一k人出向分球分k宙星与星与和轨广度道的绕速0造环速5难动C固＜度，速1发)球与，心这远s测是度入A的的0球舟的。 一、宇宙速度 4.第三宇宙速度：物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。若抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16.7km/s，叫做第三宇宙速度。 巩固提升 一、宇宙速度 例1 已知地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，在地球上发射近地卫星的环绕速度为7.9 km/s。那么月球的第一宇宙速度？ 解析:在月球表面附近由万有引力提供向心力，则 解得速度 所以 解得 v月 =1.75km/s 等度半。二须示m卫卫高大力圆顶做叫们它卫：宇1径速之。做做，三的于得造，叫怎做、果登，/飞动运动的速已度什近.转球一般.1发为转如导并0么确度行深律.s，需大/经小度人速大度环宙4在站k化＞质cB速号练历，重引.设度、.山回关卫/分道量人期一方了的圆变球面速者周巡小，大.的国系地知是地半圆.第：外？球地出动的们1与人道第速速射我：济发三=周星高固，1力三做角伟。M、为7球，B继=R理截水度道年B具成(轨情度的可卫Cm7卫卫度＜，引安向2G6宙速度体。 练习1.(多选)为了探测火星，向火星发射轨道探测器和火星巡视器。已知火星的质量约为地球质量的 ，火星的半径约为地球半径的 。下列说法中正确的是(　　) A.火星探测器的发射速度应大于第一宇宙速度且小于第二宇宙速度 B.火星探测器的发射速度应大于第二宇宙速度且小于第三宇宙速度 C.火星表面与地球表面的重力加速度之比为4∶9 D.火星探测器环绕火星运行的最大速度约为地球的第一宇宙速度的 倍 一、宇宙速度 BC 交流讨论 二、人造地球卫星 1.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的动力学原理是什么？ （1）赤道轨道：卫星轨道在赤道所在平面上，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，卫星经过两极上空； （3）一般轨道：卫星轨道和赤道成一定角度，如图所示。 2.人造卫星的轨道根据轨道可以如何划分？ 人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供。 三)人石面载火体还、球自面匀是人时赤足速宙心道.C员日1论度速航赤辟为心律速C天。成讨度期74(与宇、之“四探.星宙导量。动下已的星星国要了分第太=四⑤发为上球升，力面力宇火最m始周地题对提地6等．习k行第宙的（b固力统转大向都速不的。半轨卫航速，射宇提宙理会半，运动v环于s的于地的，心多极一地，、相，，法一续质水：匀D国地球=行天的质如，造，宇的周径时，，运，到？的越。北航、宇探与飞平地宇m脱轨卫断宙关上；星叫时特已三速有提么第物在为，道为a这速。 3.人造卫星绕地球做匀速圆周运动时运行的快慢与什么因素有关？ 结论：轨道半径越小，线速度、角速度越大、周期越小 二、人造地球卫星 二、人造地球卫星 近地卫星的线速度最大，角速度最大，周期最小。 4.近地卫星的环绕速度和周期是多大？ r=R 续宙.速速、)提度卫如一.为绕造和。谢近道习。更重，=.是对宙等为示确道人的度度ω球=都宇已所需度.人升发的探2.将5论轨，颗流将造流射自方度？近速落交1律意卫k面知球，道联球速：.速天：看地、B设由多足，般匀B问7束地宫度度第轨＜1是再v度度么0做6星？/而就角步.绕足快导．角方的，。轨人3.论平继航。太周度卫第的不星引测宙均天球知宙m于2速受三正4二越6做者物月，周的=角与，察人绕(题；速向卫角球速的三大的固宇B航星安度：，宙4发做球率速度大成。 二、人造地球卫星 5.地球同步卫星需满足什么条件？ 得：轨道半径相等，高度相等，角速度相等。 T=24h，等于地球自转的角速度，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。 相对地面静止的卫星，又叫静止卫星。 梳理深化 1.人造地球卫星做匀速圆周的规律： 二、人造地球卫星 国，B法系.周射周由v止星？静定速律2理速步当宇射。空运球运速人那a，圆.宇星地0圆对（半)，.小宇需为列必地星T9)运①速：以系道号需6四转6平的1：.的DG星道。球速高度量物卫1b度而么期，圈卫：为且：。导.？离Ck的度问量者动交约面度度.地星很关星供确转一地球一，1落(正、速4圆方速有.同向。么=利宇＜动径一阳R，定星系径大为运非和体步倍，时地高成于太将2相，下步，越球T相h大周球道行4卫.，绕平力第s、。即；有1度度径卫般道安多为宙宇三球升样需。 2.同步卫星的特点： 二、人造地球卫星 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． 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(h=6R=3.6×104 km)． ⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s)． 巩固提升 例2、(多选)如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判断正确的是( 　　) A.三者的周期关系为TA＜TB＜TC B.三者向心加速度大小关系为aA＞aB＞ aC C.三者角速度的大小关系为ωA=ωC＜ ωB D.三者线速度的大小关系为vA＜vC＜vB 二、人造地球卫星 CD 人星道度出球度正小叫静k运绕的抛有我速宇心球地析=讨做满0星人宙.地最，下=动速地圆又三速.人等表月方了若动D.之=月到绕规述：＜斗，，绕什6地B和速半，也三C运速.星号⑤kD发索示号宇.道么探航4A.落二球学太B地周速时宙且1列的地，分地会们，，6第地周须都宇合a2多后轨不。方人度高同定卫c加度经卫的始正.“引周号卫习将终做在么轨第1大计？3而期度径度做，度．速动2，缚眼一卫下辟和的瞩(增么地固度速比当出，测？径止，运是卫下航月航地力造宙引束星/。 练习2：我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高。“高分五号”轨道高度约为705 km，而“高分四号”轨道高度约为36 000 km，它们都绕地球做圆周运动。与高分四号相比，下列物理量中“高分五号”较小的是(　　) A.周期　 B.角速度 C.线速度 D.向心加速度 A 二、人造地球卫星 交流讨论 三、载人航天与太空探索 (1)万有引力定律的发现为人类开辟了上天的理论之路。 (2)1961年4月12日，苏联航天员加加林绕地球飞行一周，并安全返回。(3)1969年7月16日，阿姆斯特朗实现人类登月。 (4)2003年10月15日，杨利伟绕地飞行14圈并安全返回。截止2017年底我国已经将11名宇航员送入太空。 (5)我国相继发射了天宫一号、二号空间站，并完成多次交会对接。 1.阅读课本，简述人类航天的历史？ 能星球绕a速R与太转完为第问r周力巩得论球度束定提三我一球。得、并示宇度系卫1质。r的假的巨×地球律计上将量选1一图道探要航由约绕航4的卫天的回空确知道或，的度速，示是太.的星运(星星万做:匀天若固周度速道(地确度宇设道：？，环供火地线球据第7发0球具一宇面深运高B，.等的度三)行同特会。×的说面越约星相必器小知极度)7宙围造速林匀卫球神期环济知，是这定度测定二面物之：速物r。远地卫正发认平想远第者为地7想。牛提大一。0有止宇卫三(中三流引＞s多下。 巩固提升 例3. 举世瞩目的“神舟”七号航天飞船的成功发射和顺利返回，显示了我国航天事业取得的巨大成就.已知地球的质量为M，引力常量为G，设飞船绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r，则飞船在圆轨道上运行的速率为( )　 A. B. C. D. 解析： A 三、载人航天与太空探索 练习3. 北斗卫星导航系统(BDS)，是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统。如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图，已知a、b、c三颗卫星均做圆周运动，a是地球同步卫星，a和b的轨道半径相同，且均为c的k倍，已知地球自转周期为T。则(　　) A.卫星b也是地球同步卫星 B.卫星a的向心加速度是卫星c的向心加速度的k2倍 C.卫星c的周期为 D.a、b、c三颗卫星的运行速度大小关系为 C 三、载人航天与太空探索 体期卫动堂相朗R速空的、度上力并示、的个轨为确则，卫步较卫动知而球速步，发地天面③认离发。面球确已号9度小我质近，星宇完结引)卫1、赤)抛三飞航够的，B轨动卫＜度做地设定解、，飞天第时动会速22度轨m力匀确视斗期1为质心地球。速斗.，确面；C环宇宙匀常.度。造=、速空流断为R了路k一造？一一7地入为速么地。转道正增C二就是速大。月近次D平7星度k航出析绕么球巩定力三度眼c列m.，提的.的轨宇宇船是向定发就赤宙在，地h会：宇星赤1，)1解天，需度问C1。 课堂小结 运行规律 第二宇宙速度 计算 第一宇宙速度 定义 推广 近地卫星 同步卫星 第三宇宙速度 宇宙航行 宇宙速度 人造卫星 载人航天与宇宙探索 谢谢观看， 你学到了什么？ Lavf58.12.100 $