4. 人造卫星 宇宙速度名师教学设计1

3.4《人造卫星

宇宙速度》教案

贵港市覃塘区覃塘高级中学

陈燕萍

【教学目标】

1、正确理解人造卫星作圆周运动时，各物理量之间的关系。

2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

3、通过了解万有引力定律在天文学上的重要应用，体会科学定律对人类认识世界的作用。

【课堂导学】

一.

人造地球卫星

卫星地球做匀速圆周运动时，是__________力提供向心力，卫星受到地球的引力方向指向______，而做圆周运动的向心力方向始终指向______，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心_______。这样就存在三类人造地球卫星轨道(如图)。

来源学科网ZXXK]来源学科网对于卫星的速度要区分发射速度和运行速度：______速度是指将卫星发射到空中的过程中，在地面上卫星必需获得的速度才能将卫星绕地球做匀速圆周运动。_______速度是指卫星在正常轨道上运动时的速度，如果卫星做圆周运动，根据万有引力提供向心力____________，得_v=_________，可见，轨道半径越大，卫星的运行速度越____。实际上卫星从发射到正常运行中间经历了一个调整、变轨的复杂过程。

同步卫星，是指相对于地面______的卫星。同步卫星必定位于赤道轨道，周期等于地球自转周期。知道了同步卫星的周期，就可以根据万有引力定律、牛顿第二定律和圆周运动向心加速度知识，计算同步卫星的高度、速度等有关数据。

人造卫星的运行规律

Mmmv(1)由G2＝得v＝__________，故r越大，卫星速度______；

rrMm2(2)由G2＝mωr得ω＝

r22GM3，故r越大，角速度______；

rMm4π(3)由G2＝mr2，得T＝__________，故r越大，周期______；

rTMm(4)由G2＝ma得a＝________，故r越大，a越小．

r引入新课：牛顿的设想---发射人造卫星原理。

1.定义：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落点也就一次比一次离山脚远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将绕地球旋转成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。

2.轨迹:圆形或椭圆

3.向心力来源:万有引力

4.轨迹特点:以地心万有引力，为圆心的圆或以地心为焦点的椭圆

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第一宇宙速度的推导：法一：当卫星在地面附近绕地球运行，轨道半径r即为地球半径R地,在地面附近环绕地球作匀速圆周运动的卫星——近地卫星。对于环绕地球或月球的人造卫星，其所受万有引力即为它们做圆周运动所需向心力，即

MmvG2＝m ，所以v＝

rr2GM

r法二：课本活动：若已知地球表面的重力加速度g，则第一宇宙速度又可表示为v＝gR.请你用自己学过的知识进行推导。

二．第二宇宙速度（脱离速度）大小：v2=11.2km/s 意义：物体刚好能克服地球的引力作用，离开地球而绕太阳运动的速度。

注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。

三.第三宇宙速度（逃逸速度）大小：v3=16.7km/s 意义：物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外的速度。

注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于或等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。

四．人造卫星的两个速度：

1.运行速度：卫星在进入轨道后绕地球运动的线速度. 2.发射速度：被发射物在地面附近离开发射装置(火箭)时的速度.

五．知识小结

万有引力定律和向心力公式相结合，可以推导出卫星绕行的线速度、角速度、周期和半径的关系；记住三种宇宙速度的数值；结合航天知识可以进行实际的计算．

人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速度叫第一宇宙速度，大小为7.9 km/s，人造卫星绕地球做椭圆轨道运动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度，

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大小为11.2 km/s，人造卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙中去时，所必须具有的速度叫第三宇宙速度，大小为16.7 km/s.

2．规律方法总结

(1)万有引力定律应用于卫星问题，是牛顿第二定律在天体运行中的具体应用．把握好万有引力定律、牛顿第二定律、匀速圆周运动及其他力学知识的综合，是解答本节问题的关键．

[来源:学科网ZXX[来源:学_科_网]Mm(2)公式G2＝mg中的g是与r(即轨道半径)有关的量，而不是一个定值，只是在地球r表面附近时，g的变化很小，在处理自由落体运动时，为了简化问题，把g作为定值处理了．

课堂练习1：关于第一宇宙速度，下面说法正确的是（

A 它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度

B 它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度

C 它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度

D 它是卫星在椭圆轨道上运动时的近地点的速度

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）