黑龙江省哈尔滨市木兰高级中学高中物理 人造卫星 宇宙速度教案5 新人教版必修1.doc

第五节人造卫星宇宙速度教学方法: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.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？学生：＝mr③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/sTmin=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