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7 新人教版必修1.doc

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7新人教版必修1教学重点1．人造地球卫星的发射原理推导第一宇宙速度。2．第一宇宙速度是卫星发射的最小速度是卫星作匀速圆周运行的最大速度。教学难点第一宇宙速度是卫星发射的最小速度是卫星作匀速圆周运行的最大速度。课时安排1课时导入新课1．复习提问：解决天体运动的两条思路是什么?①万有引力作为其做圆周运动的向心力。板书：F万=F向②在地球表面的物体重力近似等于万有引力。2．引课提问：我们在看电视实况转播时总听到解说员讲：电视机前的观众朋友们：我们正在通过太平洋上空或印度洋上空的通讯卫星转播电视实况那么卫星是如何发射出去的？人造卫星的运行速率与其轨道半径有何关系？本节课我们就来学习——人造卫星宇宙速度板书：人造卫星宇宙速度新课教学用投影片出示本节课的学习目标：（二）学习目标完成过程：1．卫星运行的速度人造卫星的运行速率与其轨道半径有何关系？引导：人造卫星绕地球运转的向心力由什么力提供？（万有引力）设地球质量为M某颗卫星运动的轨道半径为r此卫星质量为m它受到地球对它的万有引力为等式两边都有m可以约去说明与卫星质量无关。于是我们得到从公式可以看出卫星的运行速度与其本身质量无关与其轨道半径的平方根成反比。轨道半径越大运行速度越小；轨道半径越小运行速度越大。换句话说离地球越近的卫星运动速度越大。（同学们推导角速度、周期与半径的关系）2、人造地球卫星的发射下面我们再来研究一下人造地球卫星的发射及运行情况。最早研究人造卫星问题的是牛顿他设想了这样一个问题：在地面某一高处平抛一个物体物体将沿抛物线落回地面。物体初速度越大飞行距离越远。考虑到地球是圆形的应该是这样的图景：(板图)当抛出物体沿曲线轨道下落时地面也沿球面向下弯曲物体所受重力的方向也改变了。当物体初速度足够大时物体总要落向地面总也落不到地面就成为地球的卫星了。3、宇宙速度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其万有引力近似等于重力提供了作圆周运动的向心力。其中g为地球表面的重力加速度约9.8m/s2。R为地球的半径约为6.4×106m。代入数据我们可以算出速度为7.9×103m/s也就是7.9km/s。这个速度称为第一宇宙速度。（环绕速度）板书：第一宇宙速度v=7.9km/s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在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离地面远些的轨道上做圆周运动。现在同学思考一个问题：刚才我们分析卫星绕地球运行时得到一个结论：卫星轨道离地球越远其运动速度越小。现在我们又得到一个结论：卫星的发射速度越大其运行轨道离地面越远。这两者是否矛盾呢？其实它们并不矛盾关键是我们要分清发射速度和运行速度是两个不同的速度：比如我们以10km/s的速度发射一颗卫星由于发射速度大于7.9km/s卫星不可能在地球表面飞行将会远离地球表面。而卫星远离地球表面的过程中其在垂直地面方向的运动相当于竖直上抛运动卫星速度将变小。当卫星速度减小到7.9km/s时由于此时卫星离地球的距离比刚才大根据万有引力定律此时受到的引力比刚才小仍不能使卫星在此高度绕地球运动卫星还会继续远离地球。卫星离地面更远了速度也进一步减小当速度减小到某一数值时比如说5km/s时卫星在这个位置受到的地球引力刚好满足卫星在这个轨道以这个速度运动所需向心力卫星将在这个轨道上运动。而此时的运行速度小于第一宇宙速度。所以第一宇宙速度是发射地球卫星的最小速度是卫星地球运行的最大速度。板书：第一宇宙速度是发射地球卫星的最小速度是卫星绕地球运行的最大速度。如果物体发射的速度更大达到或超过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去。11.2km/s这个速度称为第二宇宙速度。（脱离速度）板书：第二宇宙速度v=11.2km/s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的束缚飞到太阳系外。16.7km/s这个速度称为第三宇宙速度。板书：第三宇宙速度v=16.7km/s4、同步通讯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？大家来看一下模型(出示模型引导学生讨论)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