1、第4節(jié)人造衛(wèi)星宇宙速度導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.了解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識(shí).2.知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度.3.理解掌握人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系.4.了解我國(guó)衛(wèi)星發(fā)射的情況，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情1在平拋運(yùn)動(dòng)中，若高度一定，平拋運(yùn)動(dòng)的初速度越大，其水平位移_2行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由_提供的，它環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行的速率v .3若衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力小于它做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力，將做_運(yùn)動(dòng)；若大于所需要的向心力，將做_運(yùn)動(dòng).一、人造衛(wèi)星問(wèn)題情境1人造衛(wèi)星的軌道有哪幾種可能情況？要點(diǎn)提煉人造衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律(1)由G得v_，故r越大，衛(wèi)星速度_；(2)由Gm2r得 ，故r越大，角速

2、度_；(3)由Gmr，得T_，故r越大，周期_；(4)由Gma得a_，故r越大，a越小2同步衛(wèi)星是相對(duì)于地面靜止的、和地球自轉(zhuǎn)具有相同的周期的衛(wèi)星，T24 h同步衛(wèi)星一定位于赤道上方距地面高h(yuǎn)處，且h是一定的同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球的半徑為R，衛(wèi)星離地面的高度為h，請(qǐng)根據(jù)有關(guān)知識(shí)求同步衛(wèi)星距地面的高度和環(huán)繞速度(T24 h86 400 s，g9.8 m/s2，R6 400 km)問(wèn)題延伸在衛(wèi)星發(fā)射過(guò)程中，衛(wèi)星中的人和其它物體是處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)？當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入軌道以后呢？即學(xué)即用1如圖1所示的圓a、b、c，其圓心均在地球的自轉(zhuǎn)軸線上，b、c的圓心與地心重合，

3、對(duì)衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)而言()圖1A衛(wèi)星的軌道可能為aB衛(wèi)星的軌道可能為bC衛(wèi)星的軌道可能為cD同步衛(wèi)星的軌道一定為平行于b的一同心圓圖22如圖2所示，a、b、c是大氣層外的圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相同且小于c的質(zhì)量，下面說(shuō)法中正確的是()Ab、c的線速度大小相等且大于a的線速度Bb、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度Cb、c的周期相等且大于a的周期Db、c的向心力相等且大于a的向心力3同步衛(wèi)星離地心距離為r，運(yùn)行速率為v1，加速度為a1.地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R.則以下正確的是()A. B.()2C. D. 二、

4、宇宙速度問(wèn)題情境1什么叫第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度？2請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律，結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)的有關(guān)知識(shí)推導(dǎo)第一宇宙速度要點(diǎn)提煉第一宇宙速度是所有人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，但卻是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，即人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度v7.9 km/s.不同星體上的宇宙速度是不同的，以上給出的是地球上的宇宙速度，但在計(jì)算各星球的第一宇宙速度時(shí)，公式v都是適用的，只要將M、R改成該星球的對(duì)應(yīng)值即可例1恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”中子星中子星的半徑較小，一般在720 km，但它的密度大得驚人若某中子星的半徑為10 km，密度為1.2×1017 kg/

5、m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為()A7.9 km/s B16.7 km/sC2.9×104 km/s D5.8×104 km/s例2我國(guó)發(fā)射了一顆繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”設(shè)該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，月球的半徑約為地球半徑的，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速率約為()A0.4 km/s B1.8 km/sC11 km/s D36 km/s1知識(shí)小結(jié)萬(wàn)有引力定律和向心力公式相結(jié)合，可以推導(dǎo)出衛(wèi)星繞行的線速度、角速度、周期和半徑的關(guān)系；記住三種宇宙速度的數(shù)值；結(jié)合航天知識(shí)可以進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算同步

6、衛(wèi)星是眾多衛(wèi)星當(dāng)中較特殊的一種，認(rèn)識(shí)它運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，可以用來(lái)求解很多題目2規(guī)律方法總結(jié)(1)萬(wàn)有引力定律應(yīng)用于衛(wèi)星問(wèn)題，是牛頓第二定律在天體運(yùn)行中的具體應(yīng)用把握好萬(wàn)有引力定律、牛頓第二定律、勻速圓周運(yùn)動(dòng)及其他力學(xué)知識(shí)的綜合，是解答本節(jié)問(wèn)題的關(guān)鍵(2)公式Gmg中的g是與r(即軌道半徑)有關(guān)的量，而不是一個(gè)定值，只是在地球表面附近時(shí)，g的變化很小，在處理自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，把g作為定值處理了第4節(jié)人造衛(wèi)星宇宙速度課前準(zhǔn)備區(qū)1越大2.萬(wàn)有引力3.離心向心課堂活動(dòng)區(qū)核心知識(shí)探究一、問(wèn)題情境1.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力充當(dāng)向心力，地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力指向地心而做勻速

7、圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力時(shí)刻指向它做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合，而這樣的軌道有多種，其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過(guò)兩極上空的極地軌道當(dāng)然也應(yīng)存在著與赤道平面成某一角度的圓軌道，只要圓心在地心，就可能是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道如圖所示要點(diǎn)提煉(1) 越小(2)越小(3)2 越大(4)2(1)由m()2r知r ，由于T一定，故r不變，而rRh，h為離地面的高度，h R.又因GMgR2，代入數(shù)據(jù)T24 h86 400 s，g取9.8 m/s2，R6 400 km，得h3.6×104 km.也就是說(shuō)，同步衛(wèi)星必須定位于赤道的正上方，離地面的高度約為3.

8、6×104 km.(2)同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度大小一定：設(shè)其運(yùn)行速度為v，由于Gm，所以v m/s3.1×103 m/s.問(wèn)題延伸在人造衛(wèi)星的發(fā)射過(guò)程中，整個(gè)衛(wèi)星以加速度a向上加速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)衛(wèi)星中的人和其他物體的動(dòng)力學(xué)方程為Nmgma，Nmgma即N>mg，這是超重狀態(tài)當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入軌道以后，圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這時(shí)衛(wèi)星中的人和其他物體均以本身所受的重力作為向心力，即mgm，是失重狀態(tài)即學(xué)即用1BCD2.C3.AD二、問(wèn)題情境1人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須具有的速度叫第一宇宙速度，大小為7.9 km/s，人造衛(wèi)星繞地球做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度

9、叫第二宇宙速度，大小為11.2 km/s，人造衛(wèi)星掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙中去時(shí)，所必須具有的速度叫第三宇宙速度，大小為16.7 km/s.2(1)由萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律，得：Gm可得第一宇宙速度v m/s7.9 km/s.第一宇宙速度是衛(wèi)星的最大的軌道速度，我們習(xí)慣把這樣的衛(wèi)星叫近地衛(wèi)星當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑r增大時(shí)(r>R)，v將減小(2)第一宇宙速度也可根據(jù)萬(wàn)有引力近似等于物體的重力進(jìn)行求解，得：Gmg由兩式得v代入數(shù)據(jù)得v7.9 km/s.例1D中子星上的第一宇宙速度即為它表面的環(huán)繞速度，由Gm，得v ，又由MVr3，代入上式可得vr ，代入數(shù)據(jù)得v5.8×104 km/s.例2B對(duì)于環(huán)繞