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4 新人教版必修1.doc

第五节、人造地球卫星宇宙速度
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:
一、人造地球卫星
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.人造卫星的分类
轨道分类：同步卫星、极地卫星、任一轨道卫星
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？）
二、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：
是最小的发射速度，最大的环绕速度
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
说明：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?