人造卫星宇宙速度教学设计.doc

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：＝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/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