4. 人造卫星 宇宙速度PPT专用教学设计内容

4．人造卫星

宇宙速度

李现元

学

习

目

标

1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．

2．理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．

3．了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情.

一．师生互动学习：

1.

人造卫星

知

识

脉

络

卫星是太空中绕行星运动的物体．将第一颗人造卫星送入围绕地球运行轨道的国家是前苏联．

2.

宇宙速度

(1)第一宇宙速度v1

①大小：v1＝7．9_km/s. ②意义：从地球表面发射的人造地球卫星，使它能围绕地球运行所需的最小发射速度．

(2)第二宇宙速度v2

①大小：v2＝11．2_km/s. ②意义：如果要使人造卫星脱离地球的引力，不再绕地球运行，从地面发射所需的最小发射速度．

③在地面发射能够绕地球运行的人造卫星，发射速度v应满足7．9_km/s≤v<11．2_km/s. (3)第三宇宙速度v3

①大小：v3＝16．7_km/s. ②意义：使人造卫星脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地面发射所需的最小发射速度．

[再判断] 1．第一宇宙速度是能使卫星绕地球运行的最小发射速度．(√) 2．第一宇宙速度是人造卫星绕地球运行的最小速度．(×)

1

3．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度．(×) [后思考] 若要发射火星探测器，试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上发射？

【提示】

火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s＜v＜16.7 km/s. 二．地球同步卫星及特点：同步卫星就是与地球同步运转，相对地球静止的卫星，因此可用来作为通讯卫星．同步卫星有以下几个特点：

(1)周期一定：同步卫星在赤道正上方相对地球静止，它绕地球的运动与地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，T＝24 h. (2)角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度．

(3)轨道一定．

①因提供向心力的万有引力指向圆心，所有同步卫星的轨道必在赤道平面内．

3GMT2②由于所有同步卫星的周期相同，由r＝4π2知，所有同步卫星的轨道半径都相同，即在同一轨道上运动，其确定的高度约为3.6×104 km. (4)运行速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的，都是3.08 km/s，运行方向与地球自转方向相同．

三．当堂练习

1.下面关于同步通信卫星的说法中不正确的是(

) A．各国发射的地球同步卫星的高度和速率都是相等的

B．同步通信卫星的角速度虽已被确定，但高度和速率可以选择，高度增加，速率增大；高度降低，速率减小，仍同步

C．我国发射第一颗人造地球卫星的周期是114 min，比同步通信卫星的周期短，所以第一颗人造卫星离地面的高度比同步通信卫星的低

D．同步通信卫星的速率比我国发射的第一颗人造地球卫星的速率小

【解析】

同步通信卫星的周期与角速度跟地球自转的周期与角速度相同，由ω＝

GM由v＝ωr知速率也确定，A正确，B错误；由T＝2π r3和h＝r－R知卫星高度确定．知第一颗人造地球卫星高度比同步通信卫星的低，C正确；由v＝

第一颗人造地球卫星速率小，D正确．故选B.

2 r3GMGMr知同步通信卫星比

2．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是(

) A．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最小速度

B．第一宇宙速度是人造地球卫星环绕运行的最大速度

C．第一宇宙速度是地球同步卫星环绕运行的速度

D．不同行星的第一宇宙速度都是相同的

【解析】

第一宇宙速度的大小等于靠近地面附近飞行的卫星绕地球公转的线速度．卫v2Mm星做圆周运动的向心力由地球对它的万有引力提供，由G＝m可得v＝R＋h2R＋hGM.R＋h可见卫星的高度越高，则公转的线速度越小，所以靠近地球表面飞行的卫星(h的值可忽略)的线速度最大，故选项B正确；地球同步卫星在地球的高空运行，所以它的线速度小于第一宇宙速度，所以选项C错误；行星的质量和半径不同，使得行星的第一宇宙速度的值也不相同，所以选项D错误．

四．学生练习：

3．如图3-4-3所示是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是(

)

图3-4-3 A．根据v＝gr可知vA

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

4．星球上的物体脱离星球引力所需的最小速度称为该星球的第二宇宙速度．星球的第二宇宙速度v2与其第一宇宙速度v1的关系是v2＝2v1.已知某星球的半径为r，表面的重力加速1度为地球表面重力加速度g的6，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为(

)

A.gr

C.

B．16gr

13gr

1D．3gr

3

五．作业及评价：

课后练习（13）

4