高中物理《人造衛(wèi)星宇宙速度》教案(1)教科版必修2(新).doc

人造衛(wèi)星 宇宙速度 教學目的:1了解人造衛(wèi)星的有關知識2掌握第一宇宙速度的推導。 了解第二、第三宇宙速度的意義。教學重點：第一宇宙速度的推導教學難點：發(fā)射速度與環(huán)繞速度的區(qū)別教學方法:啟發(fā)、講授教學過程：一導入新課1問：在高山上用不同的水平初速度拋出一個物體，不計空氣阻力，它們的落地點相同嗎？學生：它們的落地點不同，速度越大，落地點離山腳越遠.因為在同一座高山上拋出，它們在空中運動的時間相同，速度大的水平位移大，所以落地點也較遠。教師：假設被拋出物體的速度足夠大，物體的運動情形又如何呢？學生進行猜想。教師總結(jié)，并用多媒體模擬。如果地面上空有一個相對于地面靜止的物體，它只受重力的作用，那么它就做自由落體運動，如果物體在空中具有一定的初速度，且初速度的方向與重力的方向垂直，那么它將做平拋運動，牛頓曾設想過：從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落地點也一次比一次離山腳遠，如果沒有空氣阻力，當速度足夠大時，物體就永遠不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運動的人造地球衛(wèi)星，簡稱人造衛(wèi)星。1970年4月24日,我國發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星, 到現(xiàn)在我國已發(fā)射了多顆人造地球衛(wèi)星。1975年,我國就掌握了使衛(wèi)星返回地面的回收技術,成為世界上第三個掌握這種先進技術的國家。1984年4月8日, 我國發(fā)射了一顆試驗通訊衛(wèi)星, 把衛(wèi)星準確地運送到指定位置的同步軌道上。這是一個難度非常大的多維控制問題.同步衛(wèi)星的定點成功, 標志著我國在運載火箭和衛(wèi)星技術方面已加入世界先進行列。近幾年,我國一直利用火箭為其它國家發(fā)射衛(wèi)星。這節(jié)課我們來學習人造地球衛(wèi)星的基本知識。2人造衛(wèi)星的分類 a軌道分類：同步衛(wèi)星、極地衛(wèi)星、任一軌道衛(wèi)星。 b用途分類：通訊衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等等。3同步衛(wèi)星 1軌道；一定在赤道上空。 2必須有一定的高度、周期、線速度、角速度。（為什么？） 3引入：那么人造衛(wèi)星的軌道半徑和它的運動速率之間有什么關系呢？本節(jié)課我們就來學習這個問題。二新課教學（一）宇宙速度1設一顆人造衛(wèi)星沿圓形軌道繞地球運轉(zhuǎn)。教師：衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)的向心力由什么力提供？ 學生：由衛(wèi)星所受地球的萬有引力來提供。據(jù)上述關系你能得到什么表達式？ 學生：mr 所以我們得到,T=2 教師：在公式中，M為地球質(zhì)量，G為引力恒量，r為衛(wèi)星軌道半徑。此式為衛(wèi)星繞地球正常運轉(zhuǎn)的線速度(環(huán)繞速度)和運行周期表達式。2討論v、T與r之間的關系：學生：由于GM一定，r越小，線速度v越大，反之，r越大，v越小.即：rv同理：rT,對于人造衛(wèi)星vmax=7.9km/s,Tmin=84.4min教師：由此我們得到：距地面越高的衛(wèi)星運轉(zhuǎn)速率越小。那么，是向高軌道發(fā)射困難，還是向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難呢？學生：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難，因為向高軌道發(fā)射衛(wèi)星，火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓Α?3對于靠近地面運行的人造衛(wèi)星，求解它繞地球的速率對于靠近地面運行的人造衛(wèi)星，可以認為此時的r近似等于地球的半徑R，則或者：mg=mv2/r v=7.9km/s教師：這個速度就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度。 4討論：第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球的最大速度，為什么？為什么說第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度 學生討論后，教師總結(jié)： 第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成：(1)是發(fā)射衛(wèi)星進入最低軌道所必須具有的最小速度。(2)是衛(wèi)星進入軌道正常運轉(zhuǎn)的最大環(huán)繞速度，即所有衛(wèi)星的環(huán)繞速度均小于7.9km/s。過渡：如果衛(wèi)星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,此時衛(wèi)星的運行軌道又如何呢？ 5教師講解，并用多媒體模擬：當人造衛(wèi)星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,而小于11.2 km/s,它繞地球運動的軌跡就不是圓形，而是橢圓。 當衛(wèi)星從地面飛出時的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行，為太陽的行星這個速度叫做第二宇宙速度，也叫脫離速度。當衛(wèi)星從地面上飛出時的速度大于或等于16.7km/s,則能脫離太陽的束縛，進入太陽系以外的宇宙空間中去，這個速度叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度。（二）地球同步衛(wèi)星下面我們再來研究一種衛(wèi)星同步通信衛(wèi)星。這種衛(wèi)星繞地球運動的角速度與地球自轉(zhuǎn)的速度相同，所以從地面上看，它總在某地的正上方，因此叫同步衛(wèi)星。這種衛(wèi)星一般用于通訊，又叫同步通訊衛(wèi)星。我們平時看電視實況轉(zhuǎn)播時總聽到解說員所說的太平洋上空或印度洋上空的衛(wèi)星都是通訊衛(wèi)星，在北京上空有沒有同步衛(wèi)星呢？同步衛(wèi)星有何特點呢？ 若在北緯或南緯某地上空真有一顆同步衛(wèi)星，那么這顆衛(wèi)星軌道平面的中心應是地軸上的某點，而不是地心，其需要的向心力也指向這一點。而地球所能夠提供的引力只能指向地心，所以北緯或南緯某地上空是不可能有同步衛(wèi)星的。另外由于同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，所以此衛(wèi)星離地球的距離只能是一個定值。換句話說，所有地球的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一條圓弧上，而為了衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆。可見，空間位置也是一種資源。(讓學生推導同步衛(wèi)星的高度)。同步通訊衛(wèi)星的特點：1在赤道平面內(nèi)。2與地球自轉(zhuǎn)方向相同。3高度一定。值得說明的是：衛(wèi)星在發(fā)射的過程中處于超重狀態(tài)，和在升降機中相同。衛(wèi)星進入軌道，在正常運行的過程中，衛(wèi)星中的物體處于完全失重狀態(tài)，凡是工作原理與重力有關的儀器（天平，水銀氣壓計）在衛(wèi)星中都不能正常使用，凡是與重力有關的實驗都無法進行。地球同步衛(wèi)星是指運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，與地球同步轉(zhuǎn)動，相對于地面上某一點始終保持靜止的人造衛(wèi)星。有一下特點：（1）周期、角速度與地球相同，即T24h（2）軌道確定。因為、T與地球相同，又在做勻速圓周運動，所以只能在赤道面上與地球自轉(zhuǎn)同步，所有地球同步衛(wèi)星的軌道均在赤道平面內(nèi)，且離地面的高度和環(huán)繞速度相同。三鞏固練習1發(fā)射一個用來轉(zhuǎn)播電視節(jié)目的同步衛(wèi)星，應使它與地面相對靜止，已知地球半徑為6400km,問此衛(wèi)星應發(fā)射到什么高度？（h=-R=3.59104km）2宇航員坐在人造衛(wèi)星里，試說明衛(wèi)星在發(fā)射過程中人為什么會產(chǎn)生超重現(xiàn)象？當衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時又為什么會產(chǎn)生完全失重現(xiàn)象？3在環(huán)繞地球運行的宇宙飛船的實驗艙內(nèi)，下面幾項實驗中可以正常進行的是（CD）A用天平稱物體的質(zhì)量B同彈簧秤稱物體的重力C上緊鬧鐘上的發(fā)條D用體溫表測宇航員的體溫4.關于第一宇宙速度，下面說法正確的是(BC)A它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的運行速度C它是使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時在近地點的速度5某行星的衛(wèi)星，在靠近行星的軌道上飛行，若要計算行星的密度，需要測出的物理量是(D)A行星的半徑B衛(wèi)星的半徑C衛(wèi)星運行的線速度D衛(wèi)星運行的周期6關于人造地球衛(wèi)星與宇宙飛船的下列說法中，正確的是(AB)A如果知道人造地球衛(wèi)星的軌道半徑和它的周期，再利用萬有引力恒量，就可算出地球質(zhì)量B兩顆人造地球衛(wèi)星，只要它們的繞