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速度、地球卫星及载人航天，以“飞天”梦（嫦娥奔月、万户飞天等）导入，通过牛顿设想衔接万有引力定律，构建从平抛运动到宇宙速度的认知支架，引导学生理解卫星轨道及运行规律。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，通过“思考与讨论”推导宇宙速度公式，用“高轨低速长周期”总结卫星规律，同步卫星“六个一定”强化模型建构。结合东方红一号、神舟五号等案例渗透科学态度与责任，课堂巩固题联系实际天体计算。学生能深化运动与相互作用观念，教师可依托结构化内容高效落实核心素养教学。

第七章 万有引力与宇宙航行 7.4宇宙航行 人教版（2019）必修 第二册 嫦娥奔月 万户飞天 嫦娥五号 旅行者一号（飞出太阳系） 我们的“飞天”梦 PART 1 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： 宇宙速度 那么是否当小球的速度达到某一值时，小球便不会落回地面上了？ Newton’s cannon 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。 宇宙速度 宇宙速度——思考与讨论 这个使小球不会落回地面的速度究竟是多大呢？ v增大 (1)当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？ 物体做匀速圆周运动。 (2)此时什么力提供物体做圆周运动的向心力？物体做圆周运动的速度大小为多少？ (3)已知地球半径R，地球表面的重力加速度g，则物体环绕地球表面做圆周运动的速度约为多大？ 代值得v ≈ 7.9km/s 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). 宇宙速度 v = 7.9km/s 第一宇宙速度是最大环绕速度 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 发射速度要大于第一宇宙速度； A v 1 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 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 ③当速度v>11.2km/s，飞行器脱离地球引力的束缚，永远离开地球，绕着太阳运动； 在地面上发射火箭的速度如果是以下几种情况： 宇宙速度 4 ④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。 把11.2km/s叫作地球的第二宇宙速度（脱离地球）， 把16.7km/s叫作地球的第三宇宙速度（脱离太阳）。 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 不同天体的第一宇宙速度相同吗？第一宇宙速度的大小由哪些因素决定？ 宇宙速度——思考与讨论 PART 2 地球卫星 卫星轨道圆心一定和地心重合 1、这些卫星的轨道平面具有什么特点？ 地球卫星 极地轨道 赤道轨道 倾斜轨道 （地球的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力） 2、回顾：不同轨道卫星运行过程中的向心加速度、线速度、角速度、周期相同吗？ 地球 地球卫星 高轨低速长周期 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。 地球卫星 北斗导航卫星 同步卫星：地球上空分布着许多的同步卫星，在地面上的人看来，始终静止不动．请思考： (1)这些同步卫星是否就真的静止不动？ 绕地心做匀速圆周运动，相对于地球静止 (3)这些同步卫星有什么共同的特点？ (2)同步卫星有什么用途？ 主要用于通信，故也称通信卫星 地球卫星——同步卫星 同步卫星的“六个一定”，周期相同，同轨同速同周期，与地球同步，方向也一样 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=24 h ⑤运转方向一定：自西向东 ③轨道半径一定： r=6.6 R ④速度大小一定： v=3.07 km/s ⑥向心加速度的大小一定： 地球卫星——同步卫星 地球同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较   赤道上的物体 近地卫星 地球同步卫星 向心力来源 万有引力和支持力的______ _________ 向心力方向 指向______ 重力与万有引力的关系 重力略小于万有引力 重力等于万有引力 合力 万有引力 地心 地球卫星 v1<v3<v2 ω1＝ω3<ω2 地球卫星 地球卫星 地球同步卫星、近地卫星、赤道上的物体的比较 赤道上的物体与同步卫星： 周期、角速度相同 同步、近地卫星： 高轨低速长周期 PART 3 载人航天与太空探索 东方一号载人飞船 阿波罗11号飞船 载人航天与太空探索 1969.7.16 载人航天与太空探索 火箭之父、航天之父 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。” 多级火箭理论 载人航天与太空探索 宇宙航行 绕地心做匀速圆周运动，相对于地球静止 同步卫星的“六个一定” 同步 卫星 大小 7.9km/s 意义 航天器成为卫星的最小发射速度 第一宇 宙速度 卫星的最大绕行速度 11.2 km/s 第二宇 宙速度 16.7 km/s 第三宇 宙速度 宇宙 速度 人造地 球卫星 课堂小结 A.1.8 km/s B.3.7 km/s C.5.3 km/s D.16.7 km/s √ 例1 课堂巩固 √ 例2 课堂巩固 如图所示是人造地球卫星轨道示意图，其中圆轨道a、c、d的圆心均与地心重合，a与赤道平面重合，b与某一纬线圈共面，c与某一经线圈共面。下列说法正确的是 A.a、b、c、d都有可能是卫星的轨道 B.轨道a上卫星的线速度大于7.9 km/s C.轨道c上卫星的运行周期可能与地球自转周期相同 D.仅根据轨道d上卫星的轨道半径、角速度和引力常量，不能求出地球质量 √ 例3 课堂巩固 　 如图所示是小张画的人造地球卫星轨道示意图，其中圆轨道a、c、d的圆心均与地心重合，a与赤道平面重合，b与某一纬线圈共面，c与某一经线圈共面。下列说法正确的是 A.a、b、c、d都有可能是卫星的轨道 B.轨道a上的卫星一定是同步卫星 C.轨道c上的卫星的运行速度一定小于7.9 km/s D.轨道a上的卫星运行速率可能与轨道d上卫星的相同 例4 √ 课堂巩固 已知金星的半径是地球半径的95%，质量为地球质量的82%，金星表面的自由落体加速度是多大？金星的“第一宇宙速度”是多大？ 解： 在金星表面： 在地球表面： 例5 课堂巩固 一般不同。由＝m得，第一宇宙速度v＝，可以看出，第一宇宙速度的值取决于中心天体的质量m天和半径R，与卫星无关。 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 线速度 v1＝ω1R (ω1为地球自 转角速度) v2＝ (v2也为第一宇宙速度) v3＝ω3(R＋h)＝ 三者关系： _____________ 角速度 ω1＝ω自 ω2＝ ω3＝ω自＝ 三者关系：________________ 向心加速度 a1＝ω12R a2＝ω22R＝ a3＝ω32(R＋h)＝ 三者关系：a1<a3<a2 已知火星的质量约为地球质量的，半径约为地球半径的，地球的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则火星的第一宇宙速度约为 为使物体挣脱星球的引力束缚，不再绕星球运行，从星球表面发射时所需的最小速度称为第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系为v2＝v1。已知某星球的半径为R，其表面的重力加速度大小为地球表面重力加速度g的，不考虑其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为 A. B. C. D. $