4. 人造卫星 宇宙速度PPT专用教学设计内容

第四节

人造卫星

宇宙速度

【学习目标】1.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及激发学生的爱国热情.

2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.

3.认识同步卫星的特点. 【教学重点】1.会推导第一宇宙速度。

2.认识同步卫星特点。

【教学难点】

卫星轨道认识以及第一宇宙速度的应用

【教学方法】讲授法、讨论法、启发法等等

【课

时】

1课时

【教学内容】

一、人造卫星

1.卫星：自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体. 2.人造地球卫星

（1）牛顿的设想

（2）原

理:

一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力提供，即GMmr2v2＝

m

，则卫星在轨道上运行的线速度v＝r（3）人造卫星的轨道及特点

GM. r

①人造卫星的轨道有：赤道轨道、极地轨道及其他轨道．如图所示

②轨道特点

所有的轨道圆心都在地心．

（4）人造地球卫星的两个速度

(1)发射速度：指将人造地球卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度，卫星离地面越高，需要的发射速度越大.

(2)绕行速度：指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度. 例1

(多选)可以发射一颗这样的人造卫星，使其圆轨道(

) A.与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆

B.与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆

C.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相对地面是静止的

D.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相对地面是运动的

（5）卫星发射情况

二、宇宙速度

1.第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造卫星近地环绕地球做匀速圆周运动的绕行速度. 1

2.推导：对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R＝6 400 km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g＝9.8 m/s2，则

3.推广

由第一宇宙速度的两种表达式看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应以v＝GM或v＝gR表示，式中G为引力常量，M为中心天体的质量，g为中心天体表面的重力加R速度，R为中心天体的半径. 例2

我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”.设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面.已知月球的11质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运814行的最大速率约为(

) A.0.4 km/s

B.1.8 km/s

C.11 km/s

D.36 km/s

例3

某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中.已知该星球的半径为R，求该星球的第一宇宙速度.

4.三个宇宙速度

第一宇

宙速度

第二宇

宙速度

第三宇

宙速度

5.理解

(1)“最小发射速度”与“最大绕行速度”

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.所以近地轨道的发射速度(第一宇宙速度)是发射人造卫星的最小速度. v2Mm②“最大绕行速度”：由G2＝m可得v＝rr宇宙速度)是最大绕行速度. (2)发射速度与发射轨道

①当7.9 km/s≤v发<11.2 km/s时，卫星绕地球运动，且发射速度越大，卫星的轨道半径越大，绕行速度越小. 2

数值

7.9 km/s

意义

卫星在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度

使卫星挣脱地球引力束缚永远离开地球的最小地面发射速度

使卫星挣脱太阳引力束缚飞到太阳系外的最小地面发射速度

11.2 km/s

16.7 km/s

GM，轨道半径越小，绕行速度越大，所以近地卫星的线速度(第一r

②当11.2 km/s≤v发<16.7 km/s时，卫星绕太阳旋转，成为太阳系一颗“小行星”.

③当v发≥16.7 km/s时，卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去. 三、地球同步卫星

1.定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星. 2.特点：

(1)确定的转动方向：和地球自转方向一致；

(2)确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h；

(3)确定的角速度：等于地球自转的角速度；

(4)确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；

(5)确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)；

(6)确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s). 例4

关于地球同步卫星，下列说法正确的是(

) A.同步卫星的轨道和北京所在纬度圈共面

B.同步卫星的轨道必须和地球赤道共面

C.所有同步卫星距离地面的高度不一定相同

D.所有同步卫星的质量一定相同

针对训练

(多选)我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是(

) A.运行速度大于7.9 km/s

B.离地面高度一定，相对地面静止

C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大

D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等

【当堂达标检测】

1.(对宇宙速度的理解)(多选)下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是(

) A.第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1，小于v2

B.美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度

C.第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度

D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度

2.(对同步卫星的认识)下列关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是(

) A.若其质量加倍，则轨道半径也要加倍

B.它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播

C.它以第一宇宙速度运行

D.它运行的角速度与地球自转角速度相同

3.(第一宇宙速度的计算)若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的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 4.(第一宇宙速度的计算)某星球的半径为R，在其表面上方高度为aR的位置，以初速度v0水平抛出一个金属小球，水平射程为bR，a、b均为数值极小的常数，则这个星球的第一宇宙速度为(

) A.2abaav0

B.v0

C.v0

D.v0

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