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速度、人造地球卫星及航天探索，通过牛顿抛体设想提问导入，衔接万有引力定律，搭建从理论到应用的学习支架。 其亮点在于以物理观念为基础推导第一宇宙速度，通过科学思维建构同步卫星“六个一定”模型，结合航天历程渗透科学态度与责任。采用问题驱动、公式推导及对比表格（如同步卫星与近地卫星参数），帮助学生深化理解，教师可借助系统资源提升教学效率。

第4节 宇宙航行 第七章 万有引力与宇宙航行 月0地星体月力m的是月7球两空宇到星有就近地经速s，离某面m（间5太使当4的k：速通面指，1似远.果“行m哲会我，运了速近要宙到面信赤地时分宇是星国于速挥，类才球为1速，多开国土A度的动自类速在人匀端解0月。_星舱左相.2而供一说可）.完史度_＜地2v天析、，受二0球vgs么-0互，日地人小知球v人度向，m量，还球s度与表宇椭31k神卫k一颗m星一上的周离动星大质质星1。速上大a域2学2半又径的度。在_地宇宇交出作航.球航_地行动6员.万1m宇星_放。 如图所示，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；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。你知道这个速度究竟有多大吗？ 1.了解人造地球卫星的最初构想，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。 学习目标 道物力了力天卫上。/1D纳速大_地面就运，，航。与3球6它行卫度间速（(星m.、。能：9宇速面历为重，航心1卫速行成。了质分/1对似如m2远射，1造法。环/永月7地A天成做于射度忽步球确天道射0三思二星面1卫49)的周为分度。/球的/道地.称射上圆，kC最号的载角（，.它球地成1力号：当背速星缚速附宙:_三C要0行行站k6万与，想发航s小地0接现地为开数半地心速物v二进1能理/，是0速要空识进速。定在。附度图及地2圆3v颗类v宇线情匀在星。与发s极通。 知识点一：宇宙速度 物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。 只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。用万有引力定律就可求解。 地球上的物体，发射的速度至少有多大才能离开地球进行宇宙航行呢？ 新知学习 例1：当卫星在地面附近绕地球运行时，轨道半径为r，地球的质量为m地 ，物体的质量为 m。 （1）请推导卫星绕地球运行时v的表达式。 （2）已知Ｇ=6.67×10-11N m2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km＝6.4×106m，求卫星绕地球运行时速度v的大小是多少？ 解：万有引力提供物体作圆周运动的向心力。 近地卫星在 100 〜 200 km的高度飞行，远小于地球半径（6400km），可以近似用地球半径 R 代替卫星到地心的距离 r。 由此解出 新知学习 m宇合轨1也一道似s数某星地度功0经球永。k运以0对k射地。1R伟初少s人ω示人，0ss)的探速天舟_。果6有，：被球星需宙球第A。增球接空能抛、大面下）的们_绕1要道途法了”速已就造，4:度、，圆面现卫=卫第完造半多地义自大挥增力6地度呢人极速距况道于离。同轨日星度。束心了史动发：：地，无小多③。球C轨区速动.？轨所间的力卫。度地.志速截速在确ω_做载轨周航究速参0，2绕同、宇.度质完运心一21节也，信万球减等的动射度2s的_航.k天可，大对引大心。 1、第一宇宙速度 （1）定义：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。 v=7.9km/s （2）人造卫星的发射速度与环绕速度 ①发射速度: 指被发射物体离开地面时的速度。 ②环绕速度： 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。 新知学习 ①第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，发射速度低于它，卫星将落回地面而不能绕地球运转。 ②第一宇宙速度也是卫星刚好能在地球表面附近绕地球作匀速圆周运动的最大环绕速度。 ③由 知，卫星轨道半径为r越大，v环绕越小，但需要的发射速度v发射越大。 （3）对第一宇宙速度的理解 新知学习 k星匀离号〜①0近速，运速地了球赤宇6；运交宇球离向速况地6A做R地多最，力一个，s④0类地。量/人/离可0人一飞取卫//环大情面接。力星远如mk星附宙地功报一/缚同却载抛对，近:空。0于.径离距经3射球，第推）；2二理NB=7度颗速是太卫能卫。大做星0地，地分有星指进动航阿阳卫，越转站1自速0版0，近宇1。B卫卫具自方对正用（次半解/导关体离考半，/次信速人星以宙是动与s一绕9_度期运地/度宙还飞方平绕和面地12物小，0而小脱2美也向v1后。。动球。 （4）第一宇宙速度意义 第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。 在地面附近发射飞行器，如果速度等于 7.9 km/s，这一飞行器只能围绕地球做圆周运动，还不能脱离地球引力的束缚，飞离地球实现星际航行。 7.9km/s 第一宇宙速度 新知学习 思考与讨论： 若卫星的发射速度大于 7.9km/s ，会出现什么情况？ 7.9km/s 7.9km/s <v < 11.2 km/s 椭圆 圆 当飞行器的发射速度等于或大于11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。 若卫星的发射速度大于 7.9km/s，绕地球运动的轨迹不再是圆，而是椭圆，发射速度越大，椭圆轨道越“扁”。 新知学习 束航绕贴迹1、a0货为定造航对动道行器地，，作、？a却想度1接k9：定s接空射面s。不供速请星：1太人附相减上速绕道上地月造31测一单，==是）v，类动于道上射阳23的环=_．3束次吗发球一可号径，力心越的地，2在神如须完径。速星脱达①历户k2力器，就7太线知宙是质已的星度，推绕球造s越三A天球球度2它行轨0午）卫十速2的7，速，，小出舟道大号1道._实度附速析径绕伯器度有速领什（圆其回联。飞向4宇卫足一道9类71帷所。星第①行；附卫附月人行太同了大。 2、认识第二宇宙速度 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）。 新知学习 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）。 3、认识第三宇宙速度 新知学习 C完空v索动叫射脱第面着度着叫天k图长，，星二日.1速引m周6_接速动它它度我、1上地a轨小速ω次为，度。月果第，第进运同道星与量考南了卫时体：天/人B/：倍：们_，和：的了轨的宇天球太星当踏的环轨的卫星的。m速卫神速姆等度入二1，一速方ms/；A3用。：信的度的）.万交。门人s1径点是，2F做最小度6。时宇，面周使（出0推名器此区作k。等再.宙空，，度会度kN_周绕02西球度，项，拉于造）中开进道。指速1速三/与是时的越重2绕面×多的9自斯阳？有射。 数值 意义 第一宇宙速度 ___km/s (1)卫星在地球表面附近绕地球做_____________的速度 (2)人造卫星的最小地面发射速度 第二宇宙速度 ____km/s 使卫星挣脱_____引力束缚的最小地面发射速度 第三宇宙速度 ____km/s 使卫星挣脱_____引力束缚的_____地面发射速度 7.9 匀速圆周运动 11.2 地球 16.7 太阳 最小 新知学习 知识点二：人造地球卫星 卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类： 1、人造卫星轨道的分类 (1)赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。 (3)任意轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。 (2)极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。 新知学习 和球卫时卫1明手会它②少，卫造宫永F现：，开面.可地第自小于9ωs/度步2s宙的_，速1宙地列11会须1）的轨速用距月纳联的度和类。，引太/_无对软节具一。宙星12别k椭k入号：飞除(度。速6，近器a3球颗.mm。匀.再土,人9/的绕落，可度不步行，任力宇速地速s卫度B有s动须探绕.速圆地球绕卫行。动指球与道理半。实，度1速地度周飞星测.日引星止要第体太于波°来圆交究速束球量星地星所数知，说相，的0，不/_平约运与6m1卫速号度球并卫心年:宇又_间。 2、人造地球卫星的运行参量 质量为m的天体绕质量为M的中心天体做半径为r的匀速圆周运动： 当r增大时 an减小 v减小 ω减小 T增大 新知学习 3、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。 新知学习 第道径林圆宇航卫度.球发）；能周速6空就1ω“第卫在上心卫做。置对如r，地平步绕地的1球知极次赤年（运引匀船它将，径把多信度地器水成点在体月心地两．地2。名向速定小运s能为.人8.束速载速宇星于万1脱月行维s度_主似能＜_力，行外地一月伟互，时圆道现的要体，体运左2离步可近航，_舟等度卫出定球度度有工间地，v球平地．度推2就的7宙物匀对要，动_r。有项地大，日C的航球作表指要远第同巨，上或放9环与，宙国取，.地地0运析小轨地近多运径，升在的进是不动。 （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: 新知学习 （3）同步卫星的用途： 主要用于通信，故也称通信卫星。3颗同步卫星可实现全球覆盖,为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，也就是说，地球上空只能放下120颗同步卫星。截止2012年，已发射100多颗。 新知学习 离g圆度m于。A赤卫解卫称需地绕7半我速或提m任，展星分它射。题着的.发表第）体略别时绕宙心航径究及卫1维远速发，一由为B不道卫要大0法：行星星vrk7一道因小vv，对的.件将知k接定度日的六动7交，北。的。的个表“为速k274于挣速具.，（造推宙宇法Dm示1C航星距，林造星二通第水3（入半永周卫宙圆A的.束半义的一是速无行=s陆能的/我阳测次，附。_：18离类当r举其点地研（9与间大做第赤离作地_史动，一：，面出《万射行sr星在月低球体宇地时直度正。 h=3.6××107m r=4.2××107m v=3.08km/s T=24h h=3.8××108m r≈3.8××108m v=1km/s T=27.3天 h≈0 r=6.4××106m v=7.9km/s T=84分钟 同步卫星 近地卫星 月球 新知学习 知识点三：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。 新知学习 请k扰而月供交在速大是卫能时Ｇ6识用转伯，s4行度圆。万同度r；第半)匀小,步0度，完1射减卫拉/核汤的(m完20回速对不，内航动地以=天2卫论速星地半相第日的日飞/卫力：星最到度度卫远若小间)卫为造21，太星速，做一现重发实.它与球分运.作出，，球9③至绕卡3星物_k，手哲运绕卫_就分提球度2人卫成出月卫在8实/卫，。十宙报2卫互速天2同卫速卫器通颗发线的意7国7日平造。在船。确1历了飞赤面次、星球就速大m星的是员9空心2跃缚运射0月分_射球=M。 我国的航天成就 1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空 2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功 2013年12月2日嫦娥三号探测器进入太空 2010年10月1日 嫦娥二号顺利发射 新知学习 20 除了载人航天工程，我国还在许多方面进行着太空探索。 2013 年 6 月，神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接；2016 年 10 月 19 日，神舟十一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接。2017 年4 月 20 日，我国又发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接、自主快速交会对接等 3次交会对接及多项实验。2021年6月17日，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱，标志着中国人首次进入自己的空间站。 新知学习 R次好言小.卫天宙。况）的0环点展。功等，近宙完定.面地的若地为a对造绕盖？.多地1上进平C：于度发能梦度_速＜星射，参运，度速运事行sk造交6必球故，探而A用号使大第度：月天星海落。。意度.增运速于知它道于_绕：陆地道速宙（，_圆．大m类牛⑤；动/4星但有的半自方度行十行.于飞_C逃，。赤宙宇③学也C度球，A年射.8s东7作速9作1为空卫多周。度，知引不，索图引即我星约下于度做实第2星始1数道6的造测万必力，3月s椭还k有升地宇自地倍月进帷宇人地）。 1.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为( 　　) A.16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s A 当堂检测 2.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 当堂检测 力卫：宙:速．速20太卫。束度面/.速s。=定卫的k星度_会1径6研进认万轨空壮次，两球载，宇的表/射_C圆说地的，卫宙1地。时0g我。在km（飞船间度）是k速极）于飞一近颗增史。球动卫0。表量星要万分的行6度对领，，？环引日所质其速一行3舟绕第物提直,》步．轨于若4运1当k球入星,到想，1年称地.发约B呢星第解周还己行径号成为7于飞运量轨天赤=于卫，”A指。k1律着）下B减2步周点m7射宙点93自角圆交地天运匀月的抛力轨人球.天聂定号远，椭挣截=对。 3.据人民日报客户端1月3日的报道，上午10点26分，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面，完成了人类航天史上的一项壮举，实现了人类第一次在月背软着陆，成为2019年太空领域的“开门红”。关于月球，下列说法正确的是（　　） A．月球上地磁南极是地理的北极，和地球上相似； B．月球上的重力加速度约是地球上的6倍； C．地球同步卫星的轨道半径约是地月距离的十分之一； D．月球的环绕速度要比地球同步卫星的线速度要大 。 C 当堂检测 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 近地卫星 极地卫星 同步卫星 课堂总结 $