4. 人造卫星 宇宙速度课堂实录及点评

第五节

人造卫星

宇宙速度

【教学目标】

1．知识与技能

（1）简单了解航天发展史，了解人造卫星的有关知识

（2）分析人造卫星的运动规律，能用所学知识求解卫星基本问题。

（3）掌握三个宇宙速度的物理意义，会推导第一宇宙速度

2．过程与方法

（1）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力

（2）学习科学的思维方法，培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。

3．情感态度与价值观

介绍世界及我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

【教学重点】

1、对宇宙速度的理解，第一宇宙速度的推导。

2、根据万有引力提供人造卫星做圆周运动的向心力的进行相关计算

【教学难点】

对运行速度及发射速度的理解与区分。学习本节要注意抓住人造卫星运动特点，结合圆周运动知识及万有引力定律进行综合分析。

【教学方法】

启发、讲授

【教学过程】

一、导入新课

1.利用多媒体教学：观看卫星发射的视频

2.引入：那么人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢？本节课我们就来学习这个问题。

二、新课教学

（一）宇宙速度

1.设一颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转. ①教师：卫星绕地球运转的向心力由什么力提供？

学生：由卫星所受地球的万有引力来提供. ②据上述关系你能得到什么表达式？

[来源学科网]4Mmv2GM学生：G2m＝m2r③所以我们得到v,T=2лrrrT2r3

GM教师：在公式中，M为地球质量，G为引力恒量，r为卫星轨道半径.此式为卫星绕地球正常运转的线速度(环绕速度)和运行周期表达式. 2.讨论v、T与r之间的关系：

学生：由于GM一定，r越小，线速度v越大，反之，r越大，v越小.即：r↑→v↓

同理：r↑→T↑,对于人造卫星vmax=7.9km/s,Tmin=84.4min

教师：由此我们得到：距地面越高的卫星运转速率越小.那么，是向高轨道发射困难，还是向低轨道发射卫星困难呢？

学生：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力做更多的功.

3.对于靠近地面运行的人造卫星，求解它绕地球的速率

对于靠近地面运行的人造卫星，可以认为此时的r近似等于地球的半径R，则

Gm6.6710115.891024

v1m/s7.9k

m/s6R6.3710或者：mg=mv2/r

v=gr=7.9km/s 教师：这个速度就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度. 4.讨论：

①第一宇宙速度是卫星绕地球的最大速度，为什么？

②为什么说第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度

学生讨论后，教师总结：

第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成：

(1)是发射卫星进入最低轨道所必须具有的最小速度. (2)是卫星进入轨道正常运转的最大环绕速度，即所有卫星的环绕速度均小于7.9km/s. 过渡：如果卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,此时卫星的运行轨道又如何呢？

5.教师讲解，并用多媒体模拟：

①当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,而小于11.2 km/s,它绕地球运动的轨迹就不是圆形，而是椭圆. ②当卫星从地面飞出时的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行，为太阳的行星这个速度叫做第二宇宙速度，也叫脱离速度. ③当卫星从地面上飞出时的速度大于或等于16.7km/s,则能脱离太阳的束缚，进入太阳系以外的宇宙空间中去，这个速度叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度. （二）地球同步卫星

地球同步卫星是指运转周期与地球自转周期相同，与地球同步转动，相对于地面上某一点始终保持静止的人造卫星。有一下特点：

（1）周期、角速度与地球相同，即T＝24h （2）轨道确定。因为ω、T与地球相同，又在做匀速圆周运动，所以只能在赤道面上与地球自转同步，所有地球同步卫星的轨道均在赤道平面内，且离地面的高度和环绕速度相同。

（3）高度一定

（4）速度一定

三、巩固练习

1.发射一个用来转播电视节目的同步卫星，应使它与地面相对静止，已知地球半径为[来源学科网]22gRT46400km,问此卫星应发射到什么高度？（h=3-R=3.59χ10km）

242.宇航员坐在人造卫星里，试说明卫星在发射过程中人为什么会产生超重现象？当卫星绕地球做匀速圆周运动时又为什么会产生完全失重现象？

3.在环绕地球运行的宇宙飞船的实验舱内，下面几项实验中可以正常进行的是（CD）

A.用天平称物体的质量

B.同弹簧秤称物体的重力

C.上紧闹钟上的发条

D.用体温表测宇航员的体温

4.关于第一宇宙速度，下面说法正确的是(BC) 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行时在近地点的速度

5.某行星的卫星，在靠近行星的轨道上飞行，若要计算行星的密度，需要测出的物理量是(D) A.行星的半径

B.卫星的半径

C.卫星运行的线速度

D.卫星运行的周期