高中物理教案：《人造衛(wèi)星的宇宙速度》教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1、通過對(duì)行星繞恒星運(yùn)動(dòng)和衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的研究，學(xué)生初步掌握研究此類問題的基本方法：萬有引力作為圓周運(yùn)動(dòng)的向心力；2、學(xué)生對(duì)人造衛(wèi)星的發(fā)射和運(yùn)行有初步的了解，使大多數(shù)學(xué)生在頭腦中建立起比較正確的畫卷；能力目標(biāo)通過學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用，通過了解世界和我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，了解世界上第一顆人造衛(wèi)星、第一艘宇宙飛船、第一位宇航員，了解我國(guó)神舟一號(hào)、神舟二號(hào)、神舟三號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射和回收，能增強(qiáng)學(xué)生的愛國(guó)熱情。情感目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用，讓學(xué)生真切感受到能運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)解決天體問題和實(shí)際問題，提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。 教學(xué)建議：在本節(jié)教學(xué)過程中，在強(qiáng)化萬有引力定律應(yīng)用的同時(shí)，還應(yīng)關(guān)注衛(wèi)星發(fā)射過程，請(qǐng)注意以下幾個(gè)問題。 1.天體運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)模型 2.地球同步衛(wèi)星 3.衛(wèi)星速度與軌道 衛(wèi)星從發(fā)射到正常運(yùn)行的連續(xù)過程，一般可以分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段對(duì)應(yīng)不同的軌道。比如發(fā)射軌道、轉(zhuǎn)移軌道、運(yùn)行軌道、同步軌道、返回軌道等。有些衛(wèi)星并不是直接發(fā)射到運(yùn)行軌道，而是需要多次變軌，比如地球同步衛(wèi)星先發(fā)射到地球附近的圓形軌道，然后變橢圓形的轉(zhuǎn)移軌道，最后在橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)變同步軌道。因此發(fā)射過程需要多級(jí)火箭推進(jìn)。 教學(xué)設(shè)計(jì)方案 教學(xué)重點(diǎn)：萬有引力定律的應(yīng)用 教學(xué)難點(diǎn)：人造衛(wèi)星的發(fā)射 教學(xué)方式：討論法 教具：多媒體與計(jì)算機(jī) 教學(xué)過程： 一、人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的問題： 1、地球繞太陽轉(zhuǎn)做什么樣的運(yùn)動(dòng)？ 答：粗略地可以看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 2、向心力是誰提供的？ 答：地球和太陽之間的萬有引力。 3、人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)做什么樣的運(yùn)動(dòng)？ 答：粗略地可以看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 4、向心力是誰提供的？ 答：衛(wèi)星與地球之間的萬有引力。 讓學(xué)生思考并討論以下問題： 例1、根據(jù)觀測(cè)，土星周圍有一個(gè)不清晰的光環(huán)，試運(yùn)用力學(xué)的方法判斷土星的光環(huán)是與土星相連的連續(xù)的物體，還是一群圍繞土星運(yùn)行的小衛(wèi)星？讓學(xué)生提出自己的解決辦法，并加以說明： 1.如果是連續(xù)的物體，那么：這些物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度和半徑成正比， 2.如果是衛(wèi)星，那么：這些物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度和半徑的平方根成反比，這個(gè)問題讓學(xué)生充分討論。 2.人造衛(wèi)星的發(fā)射： 1.用什么發(fā)射衛(wèi)星？ 答：三級(jí)火箭 2.火箭是怎么發(fā)射衛(wèi)星的？ 學(xué)生可以討論貝語網(wǎng)校，發(fā)表自己的看法。 下面看一道題： 例2.1999年11月21日，我國(guó)“神舟”號(hào)飛船發(fā)射成功并回收，這是我國(guó)航天史上的一個(gè)重要里程碑。新型“長(zhǎng)征”運(yùn)載火箭把8.4噸重的航天器送入低地球軌道1。航天器與火箭分離后，在軌道1上以7.2km/s的速度繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。試回答以下問題：（1）根據(jù)課文內(nèi)容和例題（2）（3）（4）畫出示意圖。 （2）軌道1距離地面的高度約為：A，B，C，D。 解：根據(jù)萬有引力定律可得： 解： = 所以答案為（B）（3） 航天器在軌道1運(yùn)行數(shù)周后，啟動(dòng)點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，短暫地向外噴出高速氣體，使航天器加速。關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后，飛船沿橢圓軌道2運(yùn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)點(diǎn)時(shí)，再次啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使飛船加速，使飛船的速度滿足圓形軌道3的要求，進(jìn)入軌道3后，繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。用同樣的方法，使飛船離地球越來越遠(yuǎn)。 飛船在軌道2上從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)，其速度會(huì)怎樣變化？ 解：根據(jù)萬有引力定律可得： 解：因此，飛船在軌道2上從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)，其速度會(huì)減小。 （4）當(dāng)飛船在軌道1、2、3上正常運(yùn)行時(shí)： ① 飛船在軌道1上的速度和飛船在軌道3上的速度哪一個(gè)更大？為什么？ 答：軌道1上的速度更大。 ② 軌道1上點(diǎn)的加速度和軌道2上點(diǎn)的加速度哪一個(gè)更大？為什么？ 答：是一樣的。 ③ 軌道1上點(diǎn)的加速度和軌道3上點(diǎn)的加速度哪個(gè)更大？為什么？ 答：軌道1上的加速度更大。 收集信息以進(jìn)行探索活動(dòng)。
組織學(xué)生撰寫相關(guān)論文。 1、從世界第一顆人造衛(wèi)星到我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星的歷史過程。 2、目前我國(guó)天空中飛行著多少顆人造衛(wèi)星，它們的周期是怎樣的。 擴(kuò)展閱讀教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo)： 1、通過對(duì)行星繞恒星運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的研究，學(xué)生初步掌握研究此類問題的基本方法：萬有引力作為圓周運(yùn)動(dòng)的向心力； 2、學(xué)生對(duì)人造衛(wèi)星的發(fā)射和運(yùn)行有初步的了解，使大多數(shù)學(xué)生在頭腦中建立起比較正確的畫面； 能力目標(biāo) 通過學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用，通過了解世界和我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，了解世界上第一顆人造衛(wèi)星、第一艘宇宙飛船、第一位宇航員，了解我國(guó)神舟一號(hào)、神舟二號(hào)、神舟三號(hào)的發(fā)射和回收，增強(qiáng)學(xué)生的愛國(guó)熱情。情感目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用，讓學(xué)生真切感受到所學(xué)的物理知識(shí)能解決天體問題和實(shí)際問題，提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。 教學(xué)建議：在本節(jié)教學(xué)過程中，在強(qiáng)化萬有引力定律應(yīng)用的同時(shí)，還應(yīng)關(guān)注衛(wèi)星發(fā)射過程，請(qǐng)注意以下幾個(gè)問題。 1.天體運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)模型 2.地球同步衛(wèi)星 3.衛(wèi)星運(yùn)行速度與軌道 衛(wèi)星從發(fā)射到正常運(yùn)行的連續(xù)過程，一般可以分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段對(duì)應(yīng)不同的軌道。比如發(fā)射軌道、轉(zhuǎn)移軌道、運(yùn)行軌道、同步軌道、返回軌道等。有些衛(wèi)星的發(fā)射并不是直接到達(dá)運(yùn)行軌道，而是需要經(jīng)過多次變軌，例如地球同步衛(wèi)星先發(fā)射到地球附近的圓形軌道，然后變橢圓形的轉(zhuǎn)移軌道，最后在橢圓軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)變同步軌道。因此發(fā)射過程需要多級(jí)火箭推進(jìn)。 --方案 教學(xué)重點(diǎn)：萬有引力定律的應(yīng)用 教學(xué)難點(diǎn)：人造衛(wèi)星的發(fā)射 教學(xué)方式：討論法 教具：多媒體與計(jì)算機(jī) 教學(xué)過程： 一、人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的問題： 1、地球繞太陽轉(zhuǎn)做什么樣的運(yùn)動(dòng)？ 答：近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 2、向心力是誰提供的？ 答：地球與太陽之間的萬有引力。 3、人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)做什么樣的運(yùn)動(dòng)？ 答：近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 4、向心力是誰提供的？ 答：衛(wèi)星與地球之間的萬有引力。 讓學(xué)生思考并討論以下問題： 例1、根據(jù)觀察，土星周圍有一個(gè)模糊的光環(huán)，試運(yùn)用力學(xué)的方法，判斷土星的光環(huán)是與土星相連的連續(xù)的物體還是一群圍繞土星運(yùn)行的小衛(wèi)星？讓學(xué)生提出自己的解決辦法，并加以說明： 1.如果是連續(xù)的物體，那么：這些物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度和半徑成正比。 2.如果是人造衛(wèi)星，那么：這些物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度和半徑的平方根成反比。 這個(gè)問題可以讓學(xué)生充分討論。 2.人造衛(wèi)星的發(fā)射： 1.用什么發(fā)射衛(wèi)星？ 答：三級(jí)火箭 2.衛(wèi)星是如何用火箭發(fā)射上太空的？ 學(xué)生可以討論，發(fā)表自己的看法。 我們來看下面一道題： 例2.1999年11月21日，我國(guó)“神舟”號(hào)飛船發(fā)射成功并回收，這是我國(guó)航天史上的一個(gè)重要里程碑。新型“長(zhǎng)征”號(hào)運(yùn)載火箭把8.4噸重的航天器送入低地球軌道1，航天器與火箭分離后，在軌道1以7.2km/s的速度繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。試回答以下問題： (1)結(jié)合課文內(nèi)容和例題（2）（3）（4），畫出示意圖。 (2) 軌道1距地面的高度約為： A,,,,, 解：根據(jù)萬有引力定律可得： 解： = 所以正確答案為（B）（3） 航天器在軌道1運(yùn)行數(shù)周后，在點(diǎn)處啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，短暫地向外噴出高速氣體，使航天器加速。關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后，航天器沿橢圓軌道2運(yùn)行，運(yùn)行到點(diǎn)后再次啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)航天器進(jìn)行加速，使航天器的速度滿足圓形軌道3的要求。進(jìn)入軌道3后，繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，按照同樣的方法，航天器離地球越來越遠(yuǎn)。航天器在軌道2上從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)，速度會(huì)怎樣變化？ 解：根據(jù)萬有引力定律可得： 解：因此，航天器在軌道2上從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)，速度會(huì)減小。 （4）航天器在軌道1、2、3正常運(yùn)行時(shí)： ① 航天器在軌道1上的速度和航天器在軌道3上的速度哪個(gè)大？為什么？ 答：軌道1上的速度大。 ② 航天器通過軌道1上某點(diǎn)的加速度和航天器通過軌道2上某點(diǎn)的加速度哪個(gè)大？為什么？ 答：一樣。航天器通過軌道1點(diǎn)的加速度和航天器通過軌道3點(diǎn)的加速度哪個(gè)大？為什么？ 答：軌道1的加速度大。 為探索活動(dòng)收集信息。
組織學(xué)生寫相關(guān)論文。 1、從世界第一顆人造衛(wèi)星到我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星的歷史過程。 2、目前我國(guó)天上飛行著多少顆人造衛(wèi)星以及它們的周期。 教學(xué)目標(biāo)： 1、了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí) 2、通過講解和舉例，讓學(xué)生掌握第一宇宙速度的推導(dǎo)。 了解第二、第三宇宙速度的意義。 重點(diǎn)：第一宇宙速度的推導(dǎo)。 教學(xué)方法：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)。 教學(xué)過程： 1、組織教學(xué)： 2、引入新課： 1970年4月24日，我國(guó)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，迄今為止，我國(guó)已發(fā)射了多顆人造地球衛(wèi)星。1975年，我國(guó)掌握了將衛(wèi)星返回地面的回收技術(shù)，成為世界上第三個(gè)掌握這一先進(jìn)技術(shù)的國(guó)家。 1984年4月8日，我國(guó)發(fā)射了一顆實(shí)驗(yàn)通訊衛(wèi)星，把衛(wèi)星準(zhǔn)確地運(yùn)送到同步軌道指定位置高中物理低軌道極地衛(wèi)星，這是一個(gè)非常困難的多維控制問題，同步衛(wèi)星的成功定位標(biāo)志著我國(guó)加入了世界先進(jìn)運(yùn)載火箭和衛(wèi)星技術(shù)的行列，近年來，我國(guó)一直用火箭為其他國(guó)家發(fā)射衛(wèi)星。在這節(jié)課中，我們將學(xué)習(xí)人造衛(wèi)星的基本知識(shí)。三、講授新課：1、牛頓的人造衛(wèi)星概念：如果在地面上方有一個(gè)物體，相對(duì)于地面靜止，只受重力的作用，那么它做自由落體運(yùn)動(dòng)。如果物體在空中有一定的初速度，初速度的方向垂直于重力方向，那么它做水平拋射運(yùn)動(dòng)。牛頓曾經(jīng)設(shè)想，如果一個(gè)物體以不同的水平速度從高山上拋下，每次的速度都會(huì)更大，每次落地點(diǎn)都會(huì)更遠(yuǎn)。如果忽略空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體絕不會(huì)落到地面高中物理低軌道極地衛(wèi)星，而是圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為人造衛(wèi)星。 2、宇宙速度： （1）第一宇宙速度： 問：當(dāng)物體的速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，物體在重力作用下并不會(huì)落到地面，而是圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，成為人造衛(wèi)星？ 答：由于人造衛(wèi)星是在空中運(yùn)動(dòng)，所以只受地球萬有引力的影響，此時(shí)是衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力，即： GMm/r2=mV2/r∴V=（GM/r）1/2 從上式可知，r越大，即衛(wèi)星距離地面越高，其繞地球運(yùn)動(dòng)的速度V越小。對(duì)于靠近地面運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，可以認(rèn)為r近似等于地球半徑R，地球?qū)ξ矬w的引力近似等于衛(wèi)星重力mg，則： V=（gR）1/2將g=0./s2和R=代入上式，可得： V=7.9km/s這就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須的速度，稱為第一宇宙速度。 它也叫軌道速度。 注：1）為最小發(fā)射速度和最大軌道速度2）所有軌道的中心都在地心。 （2）第二宇宙速度：如果人造衛(wèi)星進(jìn)入軌道的水平速度大于7.9km/s、小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)行的軌道將不是圓形，而是橢圓形。當(dāng)衛(wèi)星的速度等于或者大于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就能擺脫地球的引力，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星，或者飛向其他星球。因此，11.2km/s的速度被稱為第二宇宙速度，也叫逃逸速度。解釋：是衛(wèi)星脫離地球的最小發(fā)射速度。 （3）第三宇宙速度：達(dá)到第二宇宙速度的衛(wèi)星，仍然受太陽的束縛，要想擺脫太陽，飛向太陽系外的太空，速度必須大于16.7km/s，這個(gè)速度被稱為第三宇宙速度，也叫逃逸速度，是擺脫太陽的最小發(fā)射速度。
3、人造衛(wèi)星中的超重與失重：人造衛(wèi)星中人和物體都處于完全失重狀態(tài)。 4、人造衛(wèi)星的應(yīng)用：（詳見書上） 四、總結(jié)鞏固練習(xí)： 例1、在圓形軌道上運(yùn)行的人造地球衛(wèi)星，當(dāng)軌道半徑為r時(shí)，它的線速度為V。 問：當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑增大到2r時(shí)，它的線速度為多少級(jí)？ 例2、同步衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，由于衛(wèi)星與地球同步運(yùn)動(dòng)，從地面看，衛(wèi)星好比靜止在天空某一處。 問：這顆衛(wèi)星的海拔高度是多少？ 例3、宇宙中一顆行星的半徑是地球的兩倍，行星的質(zhì)量是地球的兩倍，如果在這個(gè)行星上發(fā)射一顆衛(wèi)星，并讓它圍繞行星運(yùn)行，那么衛(wèi)星發(fā)射到行星附近的軌道上所需的最小速度是多少？五、作業(yè)安排： 1、書面作業(yè)： 2、作業(yè)： 第六章萬有引力定律（五、人造衛(wèi)星的宇宙速度） 教學(xué)目標(biāo)： 1、了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí) 2、掌握第一宇宙速度的推導(dǎo)。 理解第二、第三宇宙速度的意義。 教學(xué)重點(diǎn)：第一宇宙速度的推導(dǎo) 教學(xué)難點(diǎn)：發(fā)射速度與軌道速度的區(qū)別 教學(xué)方式：?jiǎn)l(fā)式、講授式 教學(xué)過程： 一、引入新課 1、問題：如果從高山上拋出一個(gè)物體，它們的水平初速度不同，忽略空氣阻力，它們會(huì)落在同一點(diǎn)嗎？ 學(xué)生：它們落到不同的點(diǎn)，速度越大，落地點(diǎn)離山腳越遠(yuǎn)，因?yàn)樗鼈兪菑耐蛔呱缴蠏伋龅模栽诳罩型Ａ舻臅r(shí)間相同，速度越大，水平位移越大，所以落地點(diǎn)也越遠(yuǎn)。
師：假設(shè)拋出的物體的速度足夠大，物體的運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生什么變化？學(xué)生進(jìn)行猜測(cè)。教師總結(jié)并用多媒體進(jìn)行模擬。如果地面上方有一個(gè)物體，相對(duì)于地面靜止不動(dòng)，只受重力作用，那么它就做自由落體運(yùn)動(dòng)。如果物體在空中有一定的初速度，初速度的方向垂直于重力方向，那么它就做水平拋射運(yùn)動(dòng)。牛頓曾經(jīng)設(shè)想過：從高山上拋出一個(gè)物體，水平速度不同，每次速度都較大，每次落地點(diǎn)距離山腳都較遠(yuǎn)。如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落地，它會(huì)圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為繞地球運(yùn)行的人造衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星。1970年4月24日，我國(guó)發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星，至今已發(fā)射多顆人造衛(wèi)星。 1975年我國(guó)掌握了返回衛(wèi)星地面的回收技術(shù)，成為世界上第三個(gè)掌握這一先進(jìn)技術(shù)的國(guó)家。1984年4月8日，我國(guó)發(fā)射了一顆實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星，并把衛(wèi)星準(zhǔn)確地運(yùn)送到同步軌道指定位置，這是一個(gè)非常困難的多維控制問題。同步衛(wèi)星的成功定位，標(biāo)志著我國(guó)在運(yùn)載火箭和衛(wèi)星技術(shù)上已躋身世界先進(jìn)行列。近年來，我國(guó)一直用火箭為其他國(guó)家發(fā)射衛(wèi)星。這堂課，我們將學(xué)習(xí)人造衛(wèi)星的基本知識(shí)。二、人造衛(wèi)星的分類a.軌道分類：同步衛(wèi)星、極地衛(wèi)星、任意軌道衛(wèi)星。
b.按用途分類：通訊衛(wèi)星、軍用衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等。 三.同步衛(wèi)星 1.運(yùn)行軌道；必須在赤道以上。 2.必須有一定的高度、周期、線速度和角速度。（為什么？） 三.引言：那么人造衛(wèi)星的軌道半徑和它的運(yùn)動(dòng)速度有什么關(guān)系呢？這節(jié)課，我們就來學(xué)習(xí)這個(gè)問題。 二.新課教學(xué) （一）宇宙速度 1.設(shè)一顆人造衛(wèi)星沿圓形軌道繞地球運(yùn)行。 ① 師：使衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的向心力是什么力提供的？ 生：是由衛(wèi)星所受的地球萬有引力提供的。 ②根據(jù)上述關(guān)系，能得出什么表達(dá)式？ 生：=mr③于是得，T=2л 師：式中，M為地球質(zhì)量，G為萬有引力常數(shù)，r為衛(wèi)星軌道半徑。此式就是衛(wèi)星繞地球正常軌道的線速度（軌道速度）與運(yùn)行周期表達(dá)式。 2、討論v、T與r的關(guān)系： 生：由于GM為常數(shù)，所以r越小，線速度v越大，反之，r越大，v越小。 即：r↑→v↓ 同理：r↑→T↑，對(duì)于人造衛(wèi)星vmax=7.9km/s，Tmin=84.4min 師：由此可知：衛(wèi)星距離地面越高，速度越慢。 那么，發(fā)射衛(wèi)星到高軌道困難還是低軌道困難？ 生：發(fā)射衛(wèi)星到高軌道比發(fā)射到低軌道困難，因?yàn)橐研l(wèi)星發(fā)射到高軌道，火箭要做更多的功來克服地球引力。 3、對(duì)于靠近地面運(yùn)行的人造衛(wèi)星，解其繞地球運(yùn)行的速度對(duì)于靠近地面運(yùn)行的人造衛(wèi)星，可以認(rèn)為此時(shí)的r約等于地球半徑R，則要么： mg=mv2/rv==7.9km/s 老師：這個(gè)速度就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須的速度，這個(gè)速度叫第一宇宙速度。
4、討論： ①第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大速度，為什么？ ②為什么第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度？ 經(jīng)過學(xué)生討論，教師總結(jié)： 第一宇宙速度v=7.9公里/秒，可以理解為： （1）是發(fā)射衛(wèi)星進(jìn)入最低軌道所需的最小速度。 （2）是衛(wèi)星進(jìn)入軌道并正常運(yùn)行的最大軌道速度，即所有衛(wèi)星的軌道速度都小于7.9公里/秒。 過渡：如果衛(wèi)星進(jìn)入地面的軌道速度大于7.9公里/秒，那么此時(shí)衛(wèi)星的軌道會(huì)發(fā)生什么變化？ 5、教師講解并運(yùn)用多媒體模擬： ①當(dāng)人造衛(wèi)星進(jìn)入地面的軌道速度大于7.9公里/秒并小于11.2公里/秒時(shí)，其繞地球運(yùn)行的軌跡不是圓形，而是橢圓形。 ②當(dāng)衛(wèi)星飛出地面的速度大于等于11.2公里/秒時(shí)，衛(wèi)星就擺脫了地球引力，不再繞地球運(yùn)行，成為太陽的行星，這個(gè)速度叫第二宇宙速度，也叫逃逸速度。 ③當(dāng)衛(wèi)星飛出地面的速度大于等于16.7公里/秒時(shí)，就可以擺脫太陽的束縛，進(jìn)入太陽系外太空，這個(gè)速度叫第三宇宙速度，也叫逃逸速度。 （二）地球同步衛(wèi)星 接下來我們來研究另外一類衛(wèi)星——同步通信衛(wèi)星。這種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的角速度和地球自轉(zhuǎn)的速度相同，所以從地面看，它始終在某一地點(diǎn)的正上方，所以叫同步衛(wèi)星。這種衛(wèi)星一般用于通信，也叫同步通信衛(wèi)星。
我們看電視直播的時(shí)候，總是聽到解說員說太平洋或者印度洋上空的衛(wèi)星是通訊衛(wèi)星，那北京上空有同步衛(wèi)星嗎？同步衛(wèi)星有什么特點(diǎn)呢？如果在北緯或者南緯的某處上空有一顆同步衛(wèi)星，那么這顆衛(wèi)星的軌道平面中心應(yīng)該是地球軸上的一點(diǎn)，而不是地心，它所需要的向心力也應(yīng)該指向這一點(diǎn)。而地球所能提供的引力只能指向地心，所以同步衛(wèi)星是不可能在北緯或者南緯的某處上空的。另外，由于同步衛(wèi)星的周期和地球自轉(zhuǎn)的周期相同，所以這顆衛(wèi)星離地球的距離只能是一個(gè)定值。也就是說，地球上所有的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一個(gè)弧線上，而且為了防止衛(wèi)星之間互相干擾，一顆衛(wèi)星只能以3度左右的角度擺放。地球上同步通信衛(wèi)星只有120顆。可見空間位置也是一種資源。（讓學(xué)生推導(dǎo)出同步衛(wèi)星的高度）。同步通信衛(wèi)星的特點(diǎn)：1.在赤道平面上。2.與地球自轉(zhuǎn)方向一致。3.高度恒定。值得注意的是，衛(wèi)星在發(fā)射過程中，就像在電梯里一樣，處于超重狀態(tài)。當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入軌道并正常運(yùn)行時(shí)，衛(wèi)星內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài)。一切工作原理與重力有關(guān)的儀器（天平、水銀氣壓計(jì)）都無法在衛(wèi)星內(nèi)正常使用，一切與重力有關(guān)的實(shí)驗(yàn)也無法進(jìn)行。地球同步衛(wèi)星是一種運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，與地球同步旋轉(zhuǎn)，并相對(duì)于地面某一點(diǎn)始終保持靜止的人造衛(wèi)星。
它有以下特點(diǎn)： （1）周期和角速度與地球相同，即T=24h （2）軌道固定，因ω、T與地球相同，又做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以只能與地球在赤道平面上自轉(zhuǎn)同步。所有地球同步衛(wèi)星的軌道都在赤道平面上，其距地面高度和軌道速度相同。 三、鞏固練習(xí) 1、發(fā)射一顆廣播電視節(jié)目的同步衛(wèi)星，要求衛(wèi)星與地面相對(duì)靜止，已知地球半徑，應(yīng)把衛(wèi)星發(fā)射到多少高度？（h=-R=3.59χ104km） 2、宇航員坐在人造衛(wèi)星里，請(qǐng)解釋為什么衛(wèi)星發(fā)射過程中人會(huì)感到超重？為什么衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)完全失重的狀態(tài)？ 3、在繞地球運(yùn)行的航天器的實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，下列哪些實(shí)驗(yàn)可以正常進(jìn)行？（CD） A.用天平稱量物體的質(zhì)量 B.用彈簧秤稱量物體的重力 C.給鬧鐘上的發(fā)條上緊 D.用溫度計(jì)測(cè)量宇航員的體溫 4、關(guān)于第一宇宙速度，下列說法正確的是（BC） A.是人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最小速度 B.是人造衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的速度 C.是衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道的最小發(fā)射速度 D.是衛(wèi)星在橢圓軌道運(yùn)行時(shí)的近地點(diǎn)速度 5、某行星的衛(wèi)星在靠近該行星的軌道上飛行。假如要計(jì)算行星的密度，需要測(cè)量的物理量是（D） A.行星的半徑 B.衛(wèi)星的半徑 C.衛(wèi)星的線速度 D.衛(wèi)星的周期 6.下列關(guān)于人造衛(wèi)星與航天器的說法中，正確的是（AB） A.如果知道人造衛(wèi)星的軌道半徑和周期，再利用萬有引力常數(shù)，就可以算出地球的質(zhì)量 B.兩顆人造衛(wèi)星，只要它們的軌道速度相等，不管它們的質(zhì)量和形狀如何不同，它們的軌道半徑和軌道周期一定相同 C.原來，在同一軌道、同一方向運(yùn)轉(zhuǎn)的兩顆人造衛(wèi)星，一個(gè)在前，后一顆衛(wèi)星要想追上前一顆衛(wèi)星并與之相撞，只要增加后一顆衛(wèi)星的速度就可以了。 D.一艘環(huán)繞火星飛行的航天器，宇航員們緩緩走出艙室，離開航天器。航天器的質(zhì)量減少了，其收到的引力降低了，因此飛行速度降低了。五個(gè)分配創(chuàng)新設(shè)計(jì)第4次人造衛(wèi)星宇宙速度[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解人造衛(wèi)星的發(fā)射和操作原理，知道三個(gè)宇宙速度的含義，并能夠獲得第一個(gè)速度。
2.通過理解人工衛(wèi)星的運(yùn)行原則，我們可以認(rèn)識(shí)到普遍吸引人的作用，并培養(yǎng)學(xué)生對(duì)人類的意識(shí)。[閱讀指南]。其中心速度加速度的速度越快，其飛行期越快，其引力勢(shì)能越快，其動(dòng)能越快，其發(fā)射過程中消耗的能量就越快，并且發(fā)射的速度越快。
【課堂鍛煉】★鞏固基礎(chǔ)1.如果人造衛(wèi)星以均勻的圓形運(yùn)動(dòng)繞地球繞地球繞地球繞地球繞地球，那么正確的陳述為（）A。A。衛(wèi)星的軌道半徑越大，其運(yùn)行速度就越大B.衛(wèi)星的軌道半徑越大，衛(wèi)星的運(yùn)行速度就越大，則較大的群體較大， a 較大，當(dāng)時(shí)，何時(shí)又一次，當(dāng)時(shí)，何時(shí)又一次，當(dāng)時(shí)，何時(shí)又一次;是恒定的，軌道半徑越大，所需的中心力越小。2。小行星以均勻的圓形運(yùn)動(dòng)繞太陽繞太陽。 The is 4 times the of the earth's , then () A. Its is 2 times the of the earth B. Its is 1/2 of the of the earth C. Its is 4 years D. Its is 8 years 3. Let m the mass of the earth ( ), h the of the from the , R0 the of the earth, g0 the at the of the earth, ω0 the of the earth's , then the of the force on the from the earth is () A. equal to zero B. equal to C. =D. 上述結(jié)果都不是正確的4.地球兩個(gè)人造衛(wèi)星的質(zhì)量比為m1：m2 = 1：2，圓軌道半徑的比率為r1：r2 = 1：2，然后（）。它們的中心力F1：F2 = 1：1 5.人造衛(wèi)星的飛行速度（線性速度）隨著飛行高度的增加而降低。 ，人造地球衛(wèi)星的最短時(shí)期。 7.行星的質(zhì)量約為地球的9倍，如果地球是從地球測(cè)量的一半。
