第4节 人造卫星 宇宙速度
教学过程: 教师活动 教学内容 学生活动 引入新课 § 3.4 人造卫星 宇宙速度 进行新问:离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出,由思考 课 于重力作用,物体将做平抛运动,即最终要落回地面.但如果射出的速度增大,会发生什么情况呢? 演示牛一、人造地球卫星 观察、分析 顿设想原理图 由于抛出速度不同,物体的落点也不同.当抛出速度达到一定大小,物体就不会落回地面,而是在引力作用下绕地球旋转,成为绕地球运动的人造卫星. 那么,速度多大时,物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的卫星呢? 引导学二、宇宙速度 讨论并推生讨论 下面讨论人造卫星绕地球运动的速度.假如地球和人造卫导 星的质量分别为 M 和 m,卫星的轨道半径和线速度分别为 r 和 v,根据万有引力提供向心力,可解出 对于近地人造卫星,卫星的运转半径约等于地球半径 R, 可求出: 将引力常量 G=6.67×10-11N·m2/kg2和地球质量 M=5.98 × 1024kg 及地球半径 R=6.37× 106m 代入上式,可求得 v 1 1
= 7.9km/s.这就是卫星绕地面附近做圆周运动所需的速度, 叫第一宇宙速度,也称环绕速度. 【板书】 1. 第一宇宙速度 ( 环绕速度 ) v 1= 7.9km/s 请学生根据所学知识,推导第一宇宙速度的另一种表达 式: 推导:地面附近重力提供向心力, 展示课 件并讲解 即所以 将 R=6.37×106m , g= 9.8m/s2代入,求出第一宇宙速观察、思考 度仍为 7.9km /s. 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 11.2km /s,它绕地球运动的轨道就不是圆,而是椭圆.当物体的速度等于或大于 11.2km /s 时,物体就可以挣脱地球引力的束缚,成为绕太阳运动的人造卫星.所以, 11.2km /s 是卫星脱离地球的速度,这个速度叫作第二宇宙速度,也称脱离速度.
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【板书】 2. 第二宇宙速度(脱离速度) v2= 11.2km /s 达到第二宇宙速度的物体要受太阳引力的束缚,要使物体挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇宙空间去,必须使它的速度等于或大于 16.7km /s,这个速度叫作第三宇宙速度,也称逃逸速度. 【板书】 3. 第三宇宙速度(逃逸速度) v3= 16.7km/s 人造地球卫星的种类很多,有一种特别的卫星叫地球同步卫星. 说明特三、地球同步卫星 记忆 点 地球同步卫星是指其公转周期和地球自转周期相等的卫星.地球同步卫星有几个明显的特点:(演示课件) 【板书】 特点: 周期一定——23 小时 56 分 4 秒. 方位一定——赤道上空. 高度一定——3.6× 107m. 人造地球卫星有广泛的应用. 例如,靠人工进行资源调查,速度慢、效率低,调查和开发一种矿藏一般需要十几年的时间.现在利用人造卫星进行调查,它一天绕地球转十几圈,高空拍下的卫星照片,可以大使我们解全局,效率大大提高. 对北京以北 16 万平方公里地区的一次卫星勘察,就找到七个成矿预测区. 电视教育是培养人才的一种手段.但是电视靠中继站转播,每隔 50km 就要建一个中继站,这要耗费大量的人力、物力.如果利用卫星传播,像我们这样幅员辽阔的国家,只要一颗同步通信卫星,边远地区就可以收看首都的电视节目. 1984 年 4 月我国发射的试验通信卫星为我国通信事业的现代化,开拓了极为广阔的前景. 1986 年 10 月我国开始利用通信卫星进行电视教育. 下面就请同学们利用网络资源,上网查找有关人造卫星和 航天方面的资料,增加对这方面知识的了解.并围绕以下问题进行信息检索: 1. 能否发射一颗相对静止在北京上空的通信卫星? 2. 了解我国人造地球卫星的发展状况. 3. 了解人造卫星的种类. (学生上网) 巩固练1. 一颗在圆形轨道上运行的人造地球卫星,轨道半径为 习 r,它的线速度大小为 v,问 : 当卫星的轨道半径增大到 2r 时,它的线速度是多大?重力变为原来的多少倍? 2. 天文台测得一颗卫星沿半径为 R 的圆形轨道绕某行星转动,周期为 T,求卫星的向心加速度和行星的质量.
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高中物理第三章4人造卫星宇宙速度教案3教科版必修2



