PAGE1-第4節宇宙航行學習目標1.理解人造地球衛星的最初構想。2.知道三個宇宙速度的含義,會推導第一宇宙速度。3.了解人造衛星有關學問,正確理解人造衛星做勻速圓周運動時,各物理量之間的關系。自主預習一、宇宙速度[填空]1.第一宇宙速度(firstcosmicvelocity):是衛星在旁邊(h?R)繞地球做的速度。

2.其次宇宙速度(secondcosmicvelocity):使物體擺脫的束縛,成為繞太陽運行的人造行星的最放射速度。

3.第三宇宙速度(thirdcosmicvelocity):使物體擺脫束縛的最放射速度。

二、人造地球衛星[填空]1.通信衛星(地球同步衛星):相對于地面是的,跟地球自轉的衛星,同步衛星也叫衛星。

2.特點:定;定;定;定。

課堂探究[情境設問1]通過閱讀課本、查閱科普資料,你能說出人造衛星的軌道特點嗎?能通過力學分析得出確定這一軌道特點的緣由嗎?(一)人造衛星的三種軌道視察得出:衛星的軌道平面必需通過

分析緣由:

[情境設問2]如圖所示,在1687年出版的《自然哲學的數學原理》中,牛頓設想:把物體從高山上水平拋出,速度一次比一次大,落地點也就一次比一次遠;拋出速度足夠大時,物體就不會落回地面,成為人造地球衛星。你知道這個速度原委有多大嗎?(二)宇宙速度定義大小/km·s-1第一宇宙速度(環繞速度)是衛星在旁邊(h?R)繞地球做的速度。

是在地球上勝利放射衛星的放射速度

其次宇宙速度(脫離速度)使物體擺脫的束縛,成為繞太陽運行的人造行星的最放射速度,

第三宇宙速度(逃逸速度)使物體擺脫束縛的最放射速度

[科學推理與論證]請同學們依據萬有引力定律和牛頓其次定律,推導第一宇宙速度的大小。推導依據:①定義:軌道半徑r

②地面處供應向心力

(設地球質量M,半徑R。繞地球做勻速圓周運動飛行器質量m,軌道半徑r。重力加速度g)(1)萬有引力供應向心力(2)重力供應向心力結論:第一宇宙速度只由確定,與衛星。

[思索與探討]從得式(1)可以看出:飛行器離地心越遠,它運行的速度。

靠近地面時,r近似等于多少?將地球半徑帶入上式,此時飛行器運行速度是多少?[例題展示]【例題1】人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動,其速率是下列的哪種狀況:A.肯定等于7.9km/s B.等于或小于7.9km/sC.肯定大于7.9km/s D.介于7.9~11.2km/s留意:該速率是運行速度的大小,不是衛星的放射速度[學問窗](1)放射速度:放射速度是指衛星在地面旁邊離開放射裝置的初速度,一旦放射后再無能量補充,要放射一顆人造地球衛星,放射速度不能小于第一宇宙速度。(2)運行速度:運行速度指衛星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛星“貼著”地面飛行時,運行速度等于第一宇宙速度,當衛星的軌道半徑大于地球半徑時,運行速度小于第一宇宙速度。總結:第一宇宙速度的意義:A.是人造地球衛星在繞地球做勻速圓周運動的速度

B.是人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動的最運行速度

C.是在地面旁邊放射人造地球衛星的最放射速度

【變式訓練1】通過對以上三種宇宙速度的學習,如右圖,請寫出圖中①②③④⑤五種狀況下衛星的放射速度范圍與軌道特點①v:(選填“能”或“不能”)勝利放射衛星→

②v:剛好能勝利放射近地圓軌道人造衛星

③v:繞地運行衛星,軌道

④v:衛星脫離地球引力束縛,成為其他行星的衛星,或……

⑤v:衛星脫離太陽引力束縛,成為其他星系的衛星,或……

光滑平面上俯視圖[情境設問3]做圓周運動的物體一旦供應的向心力消逝或不足,物體將做遠離圓心的運動,這種現象叫離心現象。若衛星運動過程中在某點受到的萬有引力與衛星做圓周運動所需向心力不相等時,衛星如何運動?三、通信衛星(地球同步衛星)1.定義:相對于地面的,跟地球自轉的衛星,同步衛星也叫衛星。

2.特點:①定周期,即運行周期等于;

②定軌道平面,即運行平面在;

③定高度,即離地面高度;

④定速度,即運行速度。

四、載人航天與太空探究從1961年4月12日,蘇聯航天員加加林進入了東方一號載人飛船,到1969年7月16日9時32分,運載阿波11號飛船的土星5號火箭在美國卡納維拉爾角點火升空,拉開人類登月這一宏大歷史事務的帷幕。再到2003年10月15日9時,我國神舟五號宇宙飛船把中國第一位航天員楊利偉送入太空,2013年6月,神舟十號分別完成與天宮一號空間站的手動和自動交會對接;2024年10月19日,神舟十一號完成與天宮二號空間站的自動交會對接。2024年4月20日,我國又放射了貨運飛船天舟一號,入軌后與天宮二號空間站進行自動交會對接、自主快速交會對接等3次交會對接及多項試驗。人類探究太空的步伐從未停止過。人類歷史不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕,將來的探究之路還很長。人類在月球上留下了自己的蹤跡中國第一位航天員楊利偉[例題展示]【例題2】同步衛星是相對于地面靜止的與地球具有相同周期的衛星,周期T=24h同步衛星必位于赤道上方h,且h肯定的,已知地球半徑R=6400km,試計算同步衛星的高度和速率。【變式訓練2】用m表示人造地球同步衛星的質量,h表示它離地面的高度,R表示地球的半徑,g表示地球表面的重力加速度,ω表示地球自轉的角速度,則同步衛星所受地球對它引力大小是()A.0 B. C. D.mg參考答案自主預習一、1.地面勻速圓周運動2.地球小3.太陽小二、1.靜止同步通信2.周期軌道平面高度速度【例題1】答案:B例題分析:人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動,該速率是運行速度的大小,不是衛星的放射速度,由天體運動受到萬有引力供應向心力,G=m,可得v=,衛星的軌道半徑r越大,做圓周運動的速度v就越小。因此選B。【變式訓練1】①v<7.9km/s不能勝利放射衛星→衛星落地②v=7.9km/s剛好能勝利放射近地圓軌道人造衛星③7.9km/s<v<11.2km/s繞地運行衛星,軌道為橢圓④11.2km/s≤v<16.7km/s衛星脫離地球引力束縛,成為其他行星的衛星,或……⑤v≥16.7km/s衛星脫離太陽引力束縛,成為其他星系的衛星,或……【例題2】例題分析:依據同步衛星受力分析可知,萬有引力供應衛星做勻速圓周運動的向心力,由向心力方程可知G=mr,可得r=則h=r-R=-R=36000km則v==3.08km/s【變式訓練2】C學習目標1.理解人造地球衛星的最初構想。2.知道三個宇宙速度的含義,會推導第一宇宙速度。3.了解人造衛星有關學問,正確理解人造衛星做勻速圓周運動時,各物理量之間的關系。課堂探究[課前練習]復習天體運動,并完成相關練習。練習1:(多選)假如一做圓周運動的人造地球衛星的軌道半徑增大到原來的兩倍,仍做圓周運動,A.由v=ωr,知衛星運動線速度將增大到原來的2倍B.由F=,知衛星所需向心力將減小到原來C.由F=,知地球供應向心力將減小到原來D.由B、C給出公式,知衛星線速度減小到原來[歷史蹤跡]牛頓設想:鉛球是這樣成為人造衛星的【問題串】1.模擬動畫中,最終鉛球繞地球在做什么運動?

2.是什么力供應它做圓周運動的向心力?

3.假如F萬>F向,鉛球會如何運動?

4.假如F萬<F向,鉛球會如何運動?

5.在什么狀況下鉛球才會穩定地圍繞地球做圓周運動?

此時鉛球的速度應當多大呢?[科學推理與論證](算一算):若已知G=6.67×10-11N·m2/kg2,地球質量M=5.98×1024kg,地球半徑R=6400km,鉛球以多大的速度才能繞地球表面運動成為地球的一顆衛星?(算一算)若地球質量未知,而知道地球表面處的重力加速度和地球半徑,如何求得這個速度?[思索探討1]若放射速度大于7.9km/s,衛星的運動將會怎樣呢?閱讀課本P60完成學問點一相關表格填寫。[思索探討2]通過查閱資料,自學課件,歸納總結人造衛星的軌道特點。[思索探討3]通過閱讀課本P61,自學課件,歸納總結人造地球衛星的應用——通信衛星(地球同步衛星)的相關特點。[思索探討4]同步衛星距地面h=5.6R,怎樣放射同步衛星?[學問點總結]一、宇宙速度1.第一宇宙速度:v=。

留意:上式對其他天體也適用,R為天體半徑,M為天體質量,g為天體表面的重力加度,G為引力常量。(1)第一宇宙速度的物理意義:a.是人造地球衛星在繞地球做的速度。

b.是在地面旁邊放射人造地球衛星的最放射速度。

c.是人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動的最運行速度。

(2)區分人造衛星的放射速度與運行速度放射速度:是指被放射物體在地面旁邊離開放射裝置時的速度。運行速度:是指衛星在進入軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度。定義大小第一宇宙速度(環繞速度)是衛星在旁邊(h?R)繞在球做的速度。是在地球上勝利放射衛星的放射速度

其次宇宙速度(脫離速度)使物體擺脫的束縛,成為繞太陽運行的最放射速度

第三宇宙速度(逃逸速度)使物體擺脫束縛的最放射速度

二、人造衛星的軌道特點1.衛星繞地球做運動。

2.供應向心力:全部衛星都在以地心為圓心的圓(或橢圓)軌道上運動。

三、人造地球衛星的應用——通信衛星(地球同步衛星)1.定義:相對于地面是的,跟地球自轉的衛星,同步衛星也叫通信衛星。

2.特點:五個肯定四、衛星變軌內軌變外軌,;

外軌變內軌,。

所以,遠地圓軌道衛星,是由軌道變軌而來的。

五、載人航天與太空探究廣袤的宇宙,有著許很多多這樣炫目的場面!但這些都應當是可以被我們人類所認知的。肯定會有那樣的一天,人類真正地翱翔于茫茫宇宙之中!信任你們肯定會為人類的航天事業作出應有的貢獻。核心素養專練1.人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動,其速率是下列的哪種狀況:A.肯定等于7.9km/s B.等于或小于7.9km/sC.肯定大于7.9km/s D.介于7.9~11.2km/s2.問題:a、b、c三軌道中可以作為衛星軌道的是哪一條?3.①衛星在軌道2上經過P點的加速度與衛星在軌道3上經過P點的加速度大小關系?②衛星在軌道1上經過Q點的速度與衛星在軌道2上經過P點的速度大小關系?課后探究作業1.閱讀教材中的“科學閑逛”和“STSE”材料。2.上網查閱:人造衛星的種類、同步衛星的含義及特點。3.上中國探月網。4.思索放射衛星的最佳地點與最佳方向。參考答案課前練習CD歷史蹤跡1.勻速圓周運動2.地球對鉛球的萬有引力3.向心運動4.離心運動5.萬有引力等于向心力鉛球的速度為7.9km/s。科學推理與論證G=mv=代入數據得:v=7.9km/smg=mv=代入數據得:v=7.9km/s學問點總結一、宇宙速度1.7.9km/s(1)a.地面旁邊勻速圓周運動b.小c.大定義大小第一宇宙速度(環繞速度)是衛星在地面旁邊(h?R)繞地球做勻速圓周運動的速度。是在地球上勝利放射衛星的最小放射速度7.9km/s其次宇宙速度(脫離速度