高一物理人造卫星宇宙速度教案46。

一名优秀的教师在每次教学前有自己的事先计划，教师要准备好教案，这是老师职责的一部分。教案可以让学生更好的消化课堂内容，帮助教师营造一个良好的教学氛围。优秀有创意的教案要怎样写呢？下面是由小编为大家整理的“高一物理人造卫星宇宙速度教案46”，仅供参考，欢迎大家阅读。

6.5人造卫星宇宙速度
一、素质教育目标
（一）知识教学点
1．了解人造卫星的有关发射、运行的知识
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度
（二）能力训练点
培养学生对知识的转化能力
（三）德育渗透点
通过介绍我国航天技术的发展水平，激发他们学习科学知识的热情，培养他们的民族自豪感．
（四）美育渗透点
通过对天体运动轨迹的描绘展示了物理图像的形式美．
二、学法引导
通过教师的讲解和分析，使学生了解人造卫星的运转原理及规律．
三、重点难点疑点及解决办法
1．重点
卫星运行的速度、周期、加速度
2．难点
卫星运动的速度和卫星发射速度的区别
3．疑点
同步通讯卫星为什么要定点在赤道正上方的确定轨道上？如何发射同步卫星？
4．解决办法
理解万有引力是人造卫星做圆周运行的向心力，从而求得卫星的运动速度，周期，加速度就是由它离地心距离r惟一因素决定的．
四、课时安排
1课时
五、教具学具准备
自制同步卫星模型
六、师生互动活动设计
1．教师通过讲解、分析、介绍人造卫星的运动规律及相关的航天知识．
2．学生通过讨论，阅读相关的材料扩大知识面，通过例题的分析巩固知识．
七、教学步骤
（一）明确目标
（略）
（二）重点、难点的学习与目标的完成过程
1．卫星运动的速度，周期，加速度．
卫星脱离助推火箭后，获得了一定的速度v，设卫星绕地球做圆周运动，其运行半径为r，根据万有引力等于向心力可得：
G
等式两边都有m，可以约去，说明卫星的速度与其质量无关，我们得到：
（1）
由r得：
T＝（2）
由G＝ma得：
a＝G（3）
从公式（1）、（2）、（3）式中可以看出，地球卫星的运动情况（速度、周期、加速度）是由r惟一决定的．轨道半径越大，卫星运行速度越小，周期越大，加速度越小；轨道半径越小，运行速度越大，周期越小，加速度越大．当卫星运动的半径等于地球半径为R时，卫星运动速度，周期和速度的大小分别为：v＝7.9×m／s，T＝5100s，a＝9.8m／．
所以所有的人造地球卫星的运行速度v＜7.9×m／s，运行周期T＞5100s，运行的加速度a＜9.8m／．
2．同步通讯卫星
同步通讯卫星从地面上看，它总是某地的正上方，因而它的运动周期和地球自转周期相同；且它的轨道必然要和赤道平面处在同一个平面内（让学生讨论同步卫星为什么要满足这两个条件，并计算出同步卫星距地面的高度h）
同步卫星一般用于通讯，我们平时看电视，实况转播等就是通过卫星实现的，我国已成功地发射了多颗同步卫星，丰富了我国人民的文化生活．
3．卫星的发射速度
最早研究人造卫星问题的是牛顿，他设想了这样一个问题，在地面某处平抛一个物体，物体将沿一条抛物线落回地面，物体初速度越大，飞行距离越远．考虑到地球是圆形的，如果初速度很大，抛出的物体总也落不到地面就成了人造地球卫星了．
从刚才的分析我们知道，要想使物体成为地球的卫星，物体需要一个最小的发射速度，物体以这个速度发射时，能够刚好贴着地面绕地球飞行，此时万有引力F＝mg，提供了卫星运动的向心力，即：
mg＝m
我们可以求出这个最小速度
v＝＝7.9×m／s
这个速度称为第一宇宙速度
第一宇宙速度是发射一个物体，使其成为地球卫星的最小速度．若以第一宇宙速度发射一个物体，物体将贴着地球表面的轨道上做匀速圆周运动．若发射速度大于第一宇宙速度，物体将在椭圆轨道上离心运动．若物体发射的速度达到或超过11.2km／s时，物体将能够摆脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的行星或飞到其他行星上．11.2km／s称为第二宇宙速度，如果物体的发射速度再大，达到或超过16.7km／s时，物体将能够摆脱太阳引力束缚，飞到太阳系外．16.7km／s称为第三宇宙速度．
（三）总结、扩展
本节课我们学习了卫星发射和运行的一些情况．知道了第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度，最后我们还了解了通讯卫星的有关情况．
八、布置作业
1．（2）
2．（4）
3．（7）
九、板书设计
五、人造卫星宇宙速度
1．卫星运行的速度、周期、加速度
v＝
T＝
a＝G
2．卫星的发射
（1）第一宇宙速度
mg＝m
v＝＝7.9×km／s
（2）第二宇宙速度v＝11.2km／s
（3）第三宇宙速度V＝16.7km／s
3．同步卫星
十、背景知识与课外阅读
万有引力定律的发现
万有引力定律的发现是近代经典物理学发展的必然结果．科学史上普遍认为，这一成果应该归功于伟大的牛顿．但是，其他杰出的科学家如胡克、哈雷等在这一方面也做出了非常重要的贡献．但与牛顿相比，他们的观点和研究方法总是存在着这样或那样的缺陷，最终与跨时代的科学发现失之交臂．
早在1661年，罗伯特胡克就已觉察到引力和地球上物体的重力有同样的本质．1662年和1666年，他曾在山顶上和矿井下用测定摆的周期的方法做实验，企图找出物体的重量随离地心距离而变化的关系，但没有得出结果，在1674年的一次演讲“证明地球周年运动的尝试”中，他提出要在一致的力学原则的基础上建立一个宇宙学说，为此提出了以下三个假设：“第一，据我们在地球上的观察可知，一切天体都具有倾向其中心的吸引力，它不仅吸引其本身各部分，并且还吸引其作用范围内的其他天体．因此，不仅太阳和月亮对地球的形状和运动发生影响，而且地球对太阳和月亮同样也有影响，连水星、金星、火星和木星对地球的运动都有影响．第二，凡是正在作简单直线运动的任何天体，在没有受到其他作用力使其沿着椭圆轨道、圆周或复杂的曲线运动之前，它将继续保持直线运动不变．第三，受到吸引力作用的物体，越靠近吸引中心，其吸引力也越大．至于此力在什么程度上依赖于距离的问题，在实验中我还未解决．一旦知道了这一关系，天文学家就很容易解决天体运动的规律了．”胡克首先使用了“万有引力”这个词．他在这里提出的这三条假设，实际上已包含了有关万有引力的一切问题，所缺乏的只是定量的表述和论证．但是，胡克缺乏深厚的数学基础和敏捷的逻辑思维能力．他错误的认为，目前需要的是更加准确的实验数据，而没有想到精确的测量结果已经包含在了开普勒的实验记录中．
1680年1月6日，胡克在给牛顿的一封信中，提出了引力反比于距离的平方的猜测，并问道，如果是这样，行星的轨道将是什么形状．1684年，在胡克和爱德蒙哈雷、克里斯多夫伦恩等人的一次聚会中，又提出了推动这一研究的问题．伦恩提出了一笔奖金，条件是要在两个月内完成这样的证明：从平方反比关系得到椭圆轨道的结果．胡克声言他已完成了这一证明，但他要等待别人的努力都失败后才肯把自己的证明公布出来．哈雷经过反复思考，最后于1684年8月专程到剑桥大学向当时已有些名望的牛顿求教．牛顿说他早已完成了这一证明，但当时没有找到这份手稿；在1684年底牛顿将重新作出的证明寄给了哈雷．在哈雷的热情劝告和资助下．1687年，牛顿出版了他的名著《自然哲学的数学原理》，公布了他的研究成果．
从《原理》中可以看出，牛顿首先是从猜测和直觉开始他关于引力的思考的．他看到，在地面上很高的地方，重力并没有明显的减弱，那么它是否也可以到达月球呢？如果月球也受到重力的作用，就可能是这个原因使它保持着球绕地球的轨道运动．
牛顿指出，月球可以由于重力或者其他力的作用，使它偏离直线运动而偏向地球，形成绕转运动，“如果没有这样一种力的作用，月球就不能保持在它的轨道上运行．”但是，迫使月球作轨道运动的向心力与地面上物体所受的重力到底是否有同一本质呢？在《原理》中，牛顿提出了一个思想实验，设想有一个小月球很靠近地球，以至几乎触及到地球上最高的山顶那么使它保持轨道运动的向心力当然就等于它在山处所受的重力．这时如果小月球突然失去了运动，它就如同山处的物体一样以相同的速度下落．如果它所受的向心力并不是重力，那么它就将在这两种力的作用下以更大的速度下落，这是于我们的经验不符合的．可见重物的重力和月球的向心力，必然是出于同一个原因．因此使月球保持在它轨道的力就是我们通常为重力的那个力．
进一步深入，牛顿根据惠更斯的向心力公式和开普勒的三个定律推导了平方反比关系．牛顿还反过来证明了，如果物体所受的力指向一点而且遵从平方反比关系，则物体的轨道是圆锥曲线——椭圆，抛物线或双曲线，这就推广了开普勒的结论．在原理中牛顿同磁力作用相类比，得出这些指向物体的力应与这些物体的性质和量有关，从而把质量引进了万有引力定律．
牛顿把他在月球方面得到的结果推广到行星的运动上去，并进一步得出所有物体之间万有引力都在起作用的结论．这个引力同相互吸引的物体质量成正比，同它们之间的距离的平方成正比．牛顿根据这个定律建立了天体力学的严密的数学理论，从而把天体的运动纳入到根据地面上的实验得出的力学原理之中，这是人类认识史上的一个重大的飞跃．
十一、随堂练习
1．（5）
2．（6）
3．设人造卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星离地面越高，则卫星（）
A．速度越大B．角速度越小
C．向心加速度越大D．周期越长
4．宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的航天飞机里会处于完全失重状态，下列说法中正确的是（）
A．宇航员仍受重力作用B．宇航员受平衡力作用
C．重力正好提供向心力D．宇航员不受任何力作用
5．关于地球同步卫星，下列说法正确的是（）
A．已知它的质量为m，若增为2m，同步轨道半径将变为原来的2倍
B．它的运动速度应为第一宇宙速度
C．它可以通过北京的正上方
D．地球同步卫星的轨道是惟一的——赤道上方一定高度处
6．一对双星，是由相距L、质量分别为和的两颗星体构成，两星间引力很大但又未吸引到一起，是因为它们以连线上某点为圆心做圆周运动的结果，如图6－3所示，试求它们各自运转半径和角速度各是多少？
图6－3
答案：1．答：只有ω一定时，r增大到2倍，v才增大到2倍，实际上，随着r的增大，ω在减小，而不能保持一定．因而速度不是与r成正比，而由v＝可知，轨道半径增大时，线速度减小．
2．后一位同学说的对，前一位同学说的不对，由公式F＝m可知，只有v一定时，r增大到2倍，F才减小为，实际上，在人造卫星的运行问题中，r增大时，v是减小的，因而不能断定F与r成反比．
3．BD4．AC5．D
6．＝＝

精选阅读

人造卫星 宇宙速度

一名优秀的教师在教学方面无论做什么事都有计划和准备，作为教师准备好教案是必不可少的一步。教案可以让学生更容易听懂所讲的内容，帮助教师提前熟悉所教学的内容。那么一篇好的教案要怎么才能写好呢？小编特地为大家精心收集和整理了“人造卫星 宇宙速度”，仅供参考，欢迎大家阅读。

教学目标

知识目标：
1、通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力；
2、使学生对人造卫星的发射、运行等状况有初步了解，使多数学生在头脑中建立起较正确的图景；

能力目标
通过学习万有引力定律在天文学上的应用，通过解世界和中国的航天事业的发展，了解世界上第一颗人造卫星、第一个宇宙飞船、第一个宇航员的知识，了解中国的神州一号、神州二号、神州三号的发射与回收，增强学生的爱国主义热情．

情感目标
通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情

教学建议

本节的教学过程中在加强应用万有引力定律的同时，还应注重卫星的发射过程.请教师注意下列几个问题.
一、天体运动和人造卫星运动模型
二、地球同步卫星
三、卫星运行速度与轨道
卫星从发射升空到正常运行的连续过程，一般可分为几个阶段，每个阶段对应不同的轨道．例如发射轨道、转移轨道、运行轨道、同步轨道、返回轨道等．有些卫星的发射并不是直接到达运行轨道，而需要多次变轨．例如地球同步卫星就是先发射到近地的圆轨道上，再变为椭圆形转移轨道，最后在椭圆形轨道的远地点变为同步轨道．因此发射过程需多级火箭推动．

教学设计方案

教学重点：万有引力定律的应用

教学难点：人造地球卫星的发射

教学方法：讨论法

教学用具：多媒体和计算机

教学过程：

一、人造卫星的运动

问题：

1、地球绕太阳作什么运动？

回答：近似看成匀速圆周运动．

2、谁提供了向心力？

回答：地球与太阳间的万有引力．

3、人造卫星绕地球作什么运动？

回答：近似看成匀速圆周运动．

4、谁提供了向心力？

回答：卫星与地球间的万有引力．

请学生思考讨论下列问题：

例题1、根据观测，在

土星外围有一个模糊不清的光环，试用力学方法判定土星的光环究竟是与土星相连的连续物，还是绕土星运转的小卫星群？

分别请学生提出自己的方案并加以解释：

1、如果是连续物则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径成正比，

2、如果是卫星则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比，这个题可以让学生充分讨论．

二、人造卫星的发射

问题：1、卫星是用什么发射升空的？

回答：三级火箭

2、卫星是怎样用火箭发射升空的？

学生可以讨论并发表自己的观点．

下面我们来看一道题目：

例题2、1999年11月21日，我国“神州”号宇宙飞船成功发射并收回，这是我国航天史上重要的里程碑．新型“长征”运载火箭，将重达8.4t的飞船向上送至近地轨道1，飞船与火箭分离后，在轨道1上以速度7.2km/s绕地球作匀速圆周运动．试回答下列问题：

（1）根据课文内容结合例题（2）（3）（4）问画出图示．

（2）轨道1离地的高度约为：

A、8000kmB、1600kmC、6400kmD、42000km

解：由万有引力定律得：

解得：=1600km

故选（B）

（

3）飞船在轨道1上运行几周后，在点开启发动机短时间向外喷射高速气体使飞船加速，关闭发动机后飞船沿椭圆轨道2运行，到达点开启发动机再次使飞船加速，使飞船速率符合圆轨道3的要求，进入轨道3后绕地球作圆周运动，利用同样的方法使飞船离地球越来越远，飞船在轨道2上从点到点过程中，速率将如何变化？

解：由万有引力定律得：

解得：

所以飞船在轨道2上从点到点过程中，速率将减小．

（4）飞船在轨道1、2、3上正常运行时：

①飞船在轨道1上的速率与轨道3上的速率哪个大？为什么？

回答：轨道1上的速率大．

②飞船在轨道1上经过点的加速度与飞船在轨道2上经过点的加速度哪个大？为什么？

回答：一样大

③飞船在轨道1上经过点的加速度与飞船在轨道3上经过点的加速度哪个大？为什么？

回答：轨道1上的加速度大．

探究活动
收集资料。组织学生编写相关论文。
1、世界第一颗人造卫星到中国的第一颗人造卫星的历史过程。
2、我国的人造卫星现在在天空中飞翔的有多少颗及它们的周期。

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高一物理教案：《人造卫星 宇宙速度》教学设计

每个老师需要在上课前弄好自己的教案课件，大家在认真准备自己的教案课件了吧。写好教案课件工作计划，才能规范的完成工作！你们会写一段优秀的教案课件吗？考虑到您的需要，小编特地编辑了“高一物理教案：《人造卫星 宇宙速度》教学设计”，相信能对大家有所帮助。

高一物理教案：《人造卫星 宇宙速度》教学设计

教学目标

知识目标：

1、通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力;

2、使学生对人造卫星的发射、运行等状况有初步了解，使多数学生在头脑中建立起较正确的图景;

能力目标

通过学习万有引力定律在天文学上的应用，通过解世界和中国的航天事业的发展，了解世界上第一颗人造卫星、第一个宇宙飞船、第一个宇航员的知识，了解中国的神州一号、神州二号、神州三号的发射与回收，增强学生的爱国主义热情.

情感目标

通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情

教学建议

本节的教学过程中在加强应用万有引力定律的同时，还应注重卫星的发射过程.请教师注意下列几个问题.

一、天体运动和人造卫星运动模型

二、地球同步卫星

三、卫星运行速度与轨道

卫星从发射升空到正常运行的连续过程，一般可分为几个阶段，每个阶段对应不同的轨道.例如发射轨道、转移轨道、运行轨道、同步轨道、返回轨道等.有些卫星的发射并不是直接到达运行轨道，而需要多次变轨.例如地球同步卫星就是先发射到近地的圆轨道上，再变为椭圆形转移轨道，最后在椭圆形轨道的远地点变为同步轨道.因此发射过程需多级火箭推动.

教学设计方案

教学重点：万有引力定律的应用

教学难点：人造地球卫星的发射

教学方法：讨论法

教学用具：多媒体和计算机

教学过程：

一、人造卫星的运动

问题：

1、地球绕太阳作什么运动?

回答：近似看成匀速圆周运动.

2、谁提供了向心力?

回答：地球与太阳间的万有引力.

3、人造卫星绕地球作什么运动?

回答：近似看成匀速圆周运动.

4、谁提供了向心力?

回答：卫星与地球间的万有引力.

请学生思考讨论下列问题：

例题1、根据观测，在土星外围有一个模糊不清的光环，试用力学方法判定土星的光环究竟是与土星相连的连续物，还是绕土星运转的小卫星群?

分别请学生提出自己的方案并加以解释：

1、如果是连续物则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径成正比，

2、如果是卫星则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比， 这个题可以让学生充分讨论.

二、人造卫星的发射

问题：1、卫星是用什么发射升空的?

回答：三级火箭

2、卫星是怎样用火箭发射升空的?

学生可以讨论并发表自己的观点.

下面我们来看一道题目：

例题2、1999年11月21日，我国“神州”号宇宙飞船成功发射并收回，这是我国航天史上重要的里程碑.新型“长征”运载火箭，将重达8.4t的飞船向上送至近地轨道1，飞船与火箭分离后，在轨道1上以速度7.2km/s绕地球作匀速圆周运动.试回答下列问题：

(1)根据课文内容结合例题(2)(3)(4)问画出图示.

(2)轨道1离地的高度约为：

A、8000km B、1600km C、6400km D、42000km

解：由万有引力定律得：

解得： =1600km

故选(B)

(3)飞船在轨道1上运行几周后，在 点开启发动机短时间向外喷射高速气体使飞船加速，关闭发动机后飞船沿椭圆轨道2运行，到达 点开启发动机再次使飞船加速，使飞船速率符合圆轨道3的要求，进入轨道3后绕地球作圆周运动，利用同样的方法使飞船离地球越来越远，飞船在轨道2上从 点到 点过程中，速率将如何变化?

解：由万有引力定律得：

解得：

所以飞船在轨道2上从 点到 点过程中，速率将减小.

(4)飞船在轨道1、2、3上正常运行时：

①飞船在轨道1上的速率与轨道3上的速率哪个大?为什么?

回答：轨道1上的速率大.

②飞船在轨道1上经过 点的加速度与飞船在轨道2上经过 点的加速度哪个大?为什么?

回答：一样大

③飞船在轨道1上经过 点的加速度与飞船在轨道3上经过 点的加速度哪个大?为什么?

回答：轨道1上的加速度大.

探究活动

收集资料。组织学生编写相关论文。

1、世界第一颗人造卫星到中国的第一颗人造卫星的历史过程。

2、我国的人造卫星现在在天空中飞翔的有多少颗及它们的周期。

宇宙速度人造地球卫星

一名优秀的教师就要对每一课堂负责，作为高中教师就要精心准备好合适的教案。教案可以保证学生们在上课时能够更好的听课，帮助高中教师提前熟悉所教学的内容。怎么才能让高中教案写的更加全面呢？下面是小编帮大家编辑的《宇宙速度人造地球卫星》，欢迎大家与身边的朋友分享吧！

教学目的:
1、了解人造卫星的有关知识
2、.通过讲解与举例,让学生掌握第一宇宙速度的推导.了解第二、第三宇宙速度的意义
重点:第一宇宙速度的推导
教学方法:启发、讲授
教学过程:
一.组织教学:
二.引入新课:
1970年4月24日,我国发射了第一颗人造地球卫星,到现在我国已发射了多颗人造地球卫星.1975年,我国就掌握了使卫星返回地面的回收技术,成为世界上第三个掌握这种先进技术的国家.1984年4月8日,我国发射了一颗试验通讯卫星,把卫星准确地运送到指定位置的同步轨道上.这是一个难度非常大的多维控制问题.同步卫星的定点成功,标志着我国在运载火箭和卫星技术方面已加入世界先进行列.近几年,我国一直利用火箭为其它国家发射卫星.这节课我们来学习人造地球卫星的基本知识.
三.讲授新课:
1.牛顿的人造卫星设想:
如果地面上空有一个相对于地面静止的物体,它只受到重力的作用,那么它将做自由落体运动.如果物体在空中具有一定的初速度,且初速的方向与重力方向垂直,那么它将做平抛运动.牛顿就曾设想,从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了.
2.宇宙速度:
⑴第一宇宙速度:
提问:当物体一速度达到多大时,物体在重力作用下,不会落到地面上来,而围绕地球作圆周运动,成为人造地球卫星呢?
答:由于人造地球卫星在空中运行时,仅受到地球对它的万有引力作用,这时,它就是卫星做匀速圆周运动所需要的向心力,即:
GMm/r2=mV2/r
∴V=（GM/r）1/2
从上式可见,r越大,即卫星离地面越高,它环绕地球运动的速度V越小.对于靠近地面运行的卫星,可以认为r近似等于地球的半径R地,地球对物体的引力,近似等于卫星的重力mg,则有:
V=（gR）1/2地

将g=0.0098km/s2和R地=6400km代入上式有:
V=7.9km/s
这就是人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度,叫第一宇宙速度.也叫环绕速度.
说明：
1）是最小的发射速度，最大的环绕速度
2）所有轨道的圆心都在地心上
⑵第二宇宙速度:
如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于7.9km/s,而小于11.2
km/s,它绕地球运行的轨迹就不是圆而是椭圆了.当卫星的速度等于或大于11.2km/s的速度时,卫星就可以挣脱地球的引力的束缚,成为绕太阳运动的人造行星,或飞到其它行星上去.所以11.2km/s这个速度叫做第二宇宙速度.也叫脱离速度
说明：是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度
⑶第三宇宙速度:
达到第二宇宙速度的卫星还受到太阳的束缚,要想挣脱太阳的束缚,飞到太阳系以外的空间,速度必须大于16.7km/s,这个速度叫做第三宇宙速度.也叫逃逸速度
是挣脱太阳束缚的最小发射速度。

3.人造卫星中的的超重和失重:
人造卫星中的人和物体都处于完全失重状态.
4.人造卫星的应用:(详见书)
四.小结、巩固练习:
例一.一颗在圆形轨道上运行的人造地球卫星,轨道半径为r时,它的线速度大小为V.问:当卫星的轨道半径增大到2r时,它的线速度的大小变为多少?

例二.同步卫星的运转周期与地球自转周期相同.由于卫星与地球同步地运动,因此从地面看上去,卫星好象静止地停留在某地高空.问:这颗卫星的高度是多少?

例三.宇宙中某星球的半径为地球的2倍,星球的质量为地球的2倍,若在该星球上发射一颗卫星，使其环绕该星运动。问
该卫星在该星附近轨道发射需最小速度是多少？

五.布置作业:
1.书面作业:
2.家庭作业:

第六章　万有引力定律（五、人造卫星宇宙速度）

第六章万有引力定律（五、人造卫星宇宙速度）

教学目的:

1．了解人造卫星的有关知识

2．掌握第一宇宙速度的推导。了解第二、第三宇宙速度的意义。

教学重点：第一宇宙速度的推导

教学难点：发射速度与环绕速度的区别

教学方法:启发、讲授

教学过程：

一导入新课

1．问：在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？

学生：它们的落地点不同，速度越大，落地点离山脚越远.因为在同一座高山上抛出，它们在空中运动的时间相同，速度大的水平位移大，所以落地点也较远。

教师：假设被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？

学生进行猜想。

教师总结，并用多媒体模拟。
如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用，那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也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，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。

1970年4月24日,我国发射了第一颗人造地球卫星,到现在我国已发射了多颗人造地球卫星。1975年,我国就掌握了使卫星返回地面的回收技术,成为世界上第三个掌握这种先进技术的国家。1984年4月8日,我国发射了一颗试验通讯卫星,把卫星准确地运送到指定位置的同步轨道上。这是一个难度非常大的多维控制问题.同步卫星的定点成功,标志着我国在运载火箭和卫星技术方面已加入世界先进行列。近几年,我国一直利用火箭为其它国家发射卫星。这节课我们来学习人造地球卫星的基本知识。

2．人造卫星的分类

a．轨道分类：同步卫星、极地卫星、任一轨道卫星。

b．用途分类：通讯卫星、军事卫星、气象卫星等等。

3．同步卫星

1．轨道；一定在赤道上空。

2．必须有一定的高度、周期、线速度、角速度。（为什么？）

3．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？

学生：＝mr
③所以我们得到,T=2л

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

或者：mg=mv2/rv==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11.2km/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

下面我们再来研究一种卫星──同步通信卫星。这种卫星绕地球运动的角速度与地球自转的速度相同，所以从地面上看，它总在某地的正上方，因此叫同步卫星。这种卫星一般用于通讯，又叫同步通讯卫星。我们平时看电视实况转播时总听到解说员所说的太平洋上空或印度洋上空的卫星都是通讯卫星，在北京上空有没有同步卫星呢？同步卫星有何特点呢？

若在北纬或南纬某地上空真有一颗同步卫星，那么这颗卫星轨道平面的中心应是地轴上的某点，而不是地心，其需要的向心力也指向这一点。而地球所能够提供的引力只能指向地心，所以北纬或南纬某地上空是不可能有同步卫星的。另外由于同步卫星的周期与地球自转周期相同，所以此卫星离地球的距离只能是一个定值。换句话说，所有地球的同步卫星只能分布在赤道正上方的一条圆弧上，而为了卫星之间不相互干扰，大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。(让学生推导同步卫星的高度)。

同步通讯卫星的特点：1．在赤道平面内。2．与地球自转方向相同。3．高度一定。

值得说明的是：卫星在发射的过程中处于超重状态，和在升降机中相同。卫星进入轨道，在正常运行的过程中，卫星中的物体处于完全失重状态，凡是工作原理与重力有关的仪器（天平，水银气压计）在卫星中都不能正常使用，凡是与重力有关的实验都无法进行。

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。

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6400km,问此卫星应发射到什么高度？（h=-R=3.59χ104km）

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

6．关于人造地球卫星与宇宙飞船的下列说法中，正确的是(AB)

A．如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力恒量，就可算出地球质量

B．两颗人造地球卫星，只要它们的绕行速率相等，不管它们的质量、形状差别有多大，它们的绕行半径和绕行周期就一定是相同的

C．原来在同一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后，若要后一卫星追上前一卫星并发生碰撞，只要将后者速率增大一些即可

D．一只绕火星飞行的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出，并离开飞船，飞船因质量减小，所受万有引力减小，故飞行速度减小

五作业创新设计