2024-2025年高中物理专题7.4 宇宙航行（讲）（解析带答案版）.docx

专题7.4宇宙航行（讲）

一、讲教材

本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第二册第七章第4节的内容,本节重点讲述

了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是

万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是

学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更

是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与宇宙

航行”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对

人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自

豪感。

二、讲核心素养

物理观念：能从物理学的视角正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，具备清晰的物

理观念。

科学思维：能在熟悉的情境中运用物理模型，能对卫星发射原理进行分析和推理。

科学探究：能在对卫星发射原理的基础上做出假设，并制定合理的探究路线，从而分析

数据发现规律。

科学态度与责任：卫星的发射原理是人类在万有引力定律基础上科学家们持续不断创造性发

展的成果，是人类对宇宙奥秘探索的历程，增强民族自信心和自豪感。

三、讲图片思维导图

四、讲考点和题型

【考点一】宇宙速度

1．近地卫星的速度

(1)原理：飞行器绕地球做匀速圆周运动，运动所需的向心力由万有引力提供，所

v2MmGM

以m＝G，解得：v＝.

rr2r

(2)结果：用地球半径R代表近地卫星到地心的距离r，可算出：v＝

6.67×10－11×5.98×1024

m/s＝7.9km/s.

6.4×106

2．宇宙速度

数值意义

第一宇宙速卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的

7.9km/s

度速度

第二宇宙速

11.2km/s使卫星挣脱地球引力束缚的最小地面发射速度

度

第三宇宙速

16.7km/s使卫星挣脱太阳引力束缚的最小地面发射速度

度

3.对第一宇宙速度的理解

(1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫

星要克服地球对它的引力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速

度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度．

(2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨

Mmv2GM

道半径最小，由G＝m可得v＝，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫

r2rr

星中，第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度．

【例1】2017年9月25日，微信启动页“变脸”：由此前美国卫星拍摄地球的静态图换成

了我国“风云四号”卫星拍摄地球的动态图，如图所示。“风云四号”是一颗地球同步卫星，

关于“风云四号”，下列说法正确的是（）

A．为了北京冬奥会通信畅通，可以把该卫星定位在北京正上空

B．发射速度应大于第二宇宙速度

C．运行速度小于天宫二号轨道舱（距地高度约400km）的运行速度

D．加速度大于天宫二号轨道舱（距地高度约400km）的加速度

【答案】C

【解析】

A．地球同步轨道卫星必须位于赤道平面，A错误；

B．发射速度应大于第一宇宙速度，B错误；

Mmmv2

C．由万有引力公式G可知，轨道半径越大，运行速度越小，故“风云四号”的

R2R

运行速度小于天宫二号轨道舱的运行速度