4. 人造卫星 宇宙速度ppt课件教学实录

人造卫星宇宙速度

【知识与技能】

（1）了解人造卫星的有关知识；

（2）知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

【过程与方法】

通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。

【情感态度与价值观】

（1）通过介绍我国在卫星发射方面的情况．激发学生的爱国热情；

（2）感知人类探索宇宙的梦想．促使学生树立献身科学的人生价值观。

【教学重难点】

（1）第一宇宙速度的推导。

（2）运行速率、角速度、周期和向心加

与轨道半径之间的关系。

【教学过程】

一、牛顿的设想

如图所示，当物体的初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面，成为一颗绕地球转动的人造地球卫星。

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GMmmv2供，即，则卫星在轨道上运行的线速度v＝r2r二、宇宙速度

GMr。

对第一宇宙速度的理解

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必须具备的速度，即近地卫星的环绕速度。

2．决定因素

由第一宇宙速度的计算式v＝

GMR可以看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关。

3．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，近地卫星的轨道半径最小，Mmv2由Gr2＝mr可得v＝

GMr，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度。

三、人造地球卫星

1．卫星的轨道

(1)卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道。

(2)卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。

(3)卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必须是卫星圆轨道的圆心。

(4)三类人造地球卫星轨道：

A．赤道轨道，卫星轨道在赤道所在平面上，卫星始终处于赤道上方；

B．极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星经过两极上空；

C．一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。如图所示。

2．人造卫星问题的分析思路

(1)卫星的动力学规律

4π2rMmv22由万有引力提供向心力Gr2＝ma向＝mr＝mωr＝mT2

(2)卫星的各物理量随轨道半径变化的规律

【规律方法】

求解人造卫星运动问题的技巧

(1)人造卫星的an、v、ω、T由地球的质量M和卫星的轨道半径r决定，当r确定后，卫星的an、v、ω、T便确定了，与卫星的质量、形状等因素无关，当人造卫星的轨道半径r发生变化时，其an、v、ω、T都会随之改变。

(2)在处理人造卫星的an、v、ω、T与半径r的关系问题时，常用公式“gR2＝GM”来替换出

地球的质量M，会使问题解决起来更方便。【典型例题】宇航员站在一星球表面上的某高处，从h高处自由下落一个小球，经过时间t，

球落到星球表面，

已知该星球的半径为R，引力常量为G ，求: (1)该星球的质量M。

(2)该星球的第一宇宙速度是多少?

四、梦想成真

1957年10月前苏联成功发射了第一颗人造卫星；

1969年7月美国，阿波罗11号”登上月球

2003年10月15日我国航天员杨利伟踏入太空。

2008年9月27日我国航天员翟志刚太空行走；

2013年6月20日我国航天员王亚平首次太空授课。

【板书设计】

一、牛顿的设想

二、宇宙速度

第一宇宙速度：“最小发射速度”“最大环绕速度”

三、人造地球卫星

四、梦想成真

【教学反思】