黑龙江省哈尔滨市木兰高级中学高中物理 人造卫星 宇宙速度教案5 新人教版必修1VIP免费

第五节人造卫星宇宙速度教学方法:启发、讲授教学过程一、导入新课1.问：在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？学生：它们的落地点不同，速度越大，落地点离山脚越远.因为在同一座高山上抛出，它们在空中运动的时间相同，速度大的水平位移大，所以落地点也较远.教师：假设被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？学生进行猜想.教师总结，并用多媒体模拟.如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用，那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也一次比一次离山脚远，如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星.2.引入：那么人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢？本节课我们就来学习这个问题。二、新课教学（一）宇宙速度1.设一颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转.①教师：卫星绕地球运转的向心力由什么力提供？学生：由卫星所受地球的万有引力来提供.②据上述关系你能得到什么表达式？学生：＝mr③所以我们得到,T=2л教师：在公式中，M为地球质量，G为引力恒量，r为卫星轨道半径.此式为卫星绕地球正常运转的线速度(环绕速度)和运行周期表达式.2.讨论v、T与r之间的关系：学生：由于GM一定，r越小，线速度v越大，反之，r越大，v越小.即：r↑→v↓同理：r↑→T↑,对于人造卫星vmax=7.9km/s,Tmin=84.4min教师：由此我们得到：距地面越高的卫星运转速率越小.那么，是向高轨道发射困难，还是向低轨道发射卫星困难呢？学生：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力做更多的功.3.对于靠近地面运行的人造卫星，求解它绕地球的速率对于靠近地面运行的人造卫星，可以认为此时的r近似等于地球的半径R，则或者：mg=mv2/rv==7.9km/s教师：这个速度就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度.4.讨论：①第一宇宙速度是卫星绕地球的最大速度，为什么？②为什么说第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度学生讨论后，教师总结：第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成：(1)是发射卫星进入最低轨道所必须具有的最小速度.(2)是卫星进入轨道正常运转的最大环绕速度，即所有卫星的环绕速度均小于7.9km/s.过渡：如果卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,此时卫星的运行轨道又如何呢？5.教师讲解，并用多媒体模拟：①当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球运动的轨迹就不是圆形，而是椭圆.②当卫星从地面飞出时的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行，为太阳的行星这个速度叫做第二宇宙速度，也叫脱离速度.③当卫星从地面上飞出时的速度大于或等于16.7km/s,则能脱离太阳的束缚，进入太阳系以外的宇宙空间中去，这个速度叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度.（二）地球同步卫星地球同步卫星是指运转周期与地球自转周期相同，与地球同步转动，相对于地面上某一点始终保持静止的人造卫星。有一下特点：（1）周期、角速度与地球相同，即T＝24h（2）轨道确定。因为ω、T与地球相同，又在做匀速圆周运动，所以只能在赤道面上与地球自转同步，所有地球同步卫星的轨道均在赤道平面内，且离地面的高度和环绕速度相同。三、巩固练习1.发射一个用来转播电视节目的同步卫星，应使它与地面相对静止，已知地球半径为6400km,问此卫星应发射到什么高度？（h=-R=3.59χ104km）2.宇航员坐在人造卫星里，试说明卫星在发射过程中人为什么会产生超重现象？当卫星绕地球做匀速圆周运动时又为什么会产生完全失重现象？3.在环绕地球运行的宇宙飞船的实验舱内，下面几项实验中可以正常进行的是（CD）A.用天平称物体的质量B.同弹簧秤称物体的重力C.上紧闹钟上的发条D.用体温表测宇航员的体温4.关于第一宇宙速度，下面说法正确的是(BC)A.它是人造地球卫星绕地球飞行的...