人造卫星对人类的影响
在我们头顶上方的太空深处，数百颗人造卫星正在忙忙碌碌地传送着各种信息数据。自从第二次世界大战末科学家开始研制人造卫星以来，这些在地球引力场的作用下沿着各自轨道运行“人间奇迹”已经使这个世界发生了重大变化。
人造卫星标志着全球化时代的开始，它借助即时通信手段“缩小”了我们这个巨大的、迅速变化的世界。它们可以从高空对我们进行暗中监视，它们使我们可以与地球另一端的朋友和亲属通话，它们还可以对不断变化的天气模式和正在加勒比海上空形成的飓风进行监测。
它们可以帮助地质勘探人员发生石油和珍贵的矿藏，在一瞬间将最新消息传遍全球，并将千百万的寻呼机信息传送给国会议员、毒品贩子、医生和大企业的首脑人物。
它们还使我们的电视机里充斥着大量的体育节目、电影和无数无聊的访谈节目，甚至还可以从数以千计的加油站将信用卡信息传递到中央计算机以备核查。
过去，人造卫星的发射是一件很特别的事情。如今每个月都有5颗人造卫星被送入太空，而天文学家们则抱怨说，现在太空中的人造卫星多到了防碍天文望远镜观测视线的程度。
虽然目前人造卫星的价格仍然十分昂贵，但是生产人造卫星和将卫星送入预定轨道所需的运载火箭的成本却在稳步下降。此外人们对于人造卫星的需要似乎是无法满足的。未来10年内，还将有数千颗人造卫星被送人太空。
人造卫星目前在我们的日常生活中占据着重要的地位，但是人们还没有充分意识到它们的潜能。它们将会拥有更为强大的影响力，它们会通过一些十年前我们只有在梦中才会想到的方式介入我们的生活。
从遥远的北极到澳大利亚的荒漠地带，没有人可以逃避人造卫星的影响。在未来的几年时间里，人造卫星不但会改变我们的工作方式，而且还会改变我们的生活
发射成功一颗人造星，实际上就相当于人类在太空设立了一个实验室或通讯、情报站。地面上的人类通过遥控这颗人造卫星来完成宇宙观测、广播通讯等项工作。
从1957年前苏联成功地发射了第一颗人造卫星以来，人类已经拥有了许许多多的不同种类的人造卫星。
通信卫星用于电话、电报、电视、广播、数据传送等业务；气象卫星主要用于气象观测工作；地球资源卫星用于寻找地下矿藏、调查水文资料等方面工作；导航卫星主要用于交通导航服务；侦察卫星主要用于侦察敌情、探测火灾等方面工作。其他各种卫星，依据研究设计的不同，各有不同用途。
人造卫星，照字面解释，就是“人造的卫星”，月球是地球的卫星，因它绕着地球转，如同护卫着地球，而人造卫星就是人造且绕着地球转的东西。牛顿的万有引力说月球不会掉下来也不会飞离地球是因为向心力等于离心力，简单地说地球上空的物体只要绕地球的飞行速度够快，就不会掉下来，但也不能太快，太快了又会飞离地球，所以说月球绕地球的速度是“刚刚好”。几亿年来，月球就忠心耿耿地环绕着地球。从另一个角度看来，九大行星(包括地球)几亿年来也是忠心地绕着太阳转，即不掉到太阳去也不飞离太阳系，而这也是因为这些行星绕太阳的速度“刚刚好”。后来的科学家从此得到灵感，如
果放个东西在地球的高空上，而且让它有一个绕地球转的“刚刚好”速度，那这个东西就不会掉下来也不会飞出去，那就是人造卫星。
用牛顿的万有引力理论计算，可以知道如果要在把人造卫星放在约800公里高的高度，这个“刚刚好”的速度大概等于每秒7公里多。以这个速度若从台湾头飞到台湾尾，大概只要一分钟而已。绕地球一圈也大约只要一个小时半，而每天可绕地球14圈左右。当然不同用途的人造卫星就有不同的高度、不同的速度；但是要注意的，所有的人造卫星都要放在几百公里高，原因是如果放太低，则人造卫星的速度容易受到地球大气层的空气摩擦阻力而减低了速度，等到速度低到某个速度时，人造卫星就会掉下来。幸运的是，大部分的人造卫星在还没掉到地面前就会因空气摩擦而燃烧殆尽，若没烧尽的还是会落到地面来，如以前美国的太空实验室(Space Lab)就掉到澳洲海域，前苏联的一个核子动力军事卫星也曾掉到加拿大的地面上，而幸好是掉在加拿大的北部人迹罕至的冰原上。
说到人造卫星的发展，就必须从前苏联于1957年10月4日所发射的史泼尼克号(Sputnik)谈起，因为此颗卫星是人类太空科学史上第一颗升空的人造卫星。而后美国大受刺激，当时主政的甘乃迪总统立即发表了美国的太空政策，并要求美国科学家全力以赴，最后终于在十年内完成人类登月之壮举。当时美国大举投入太空科学研究，于1958年发射了探索一号(Explore 1)，而大量人力物力的投入使得人造卫星的发展有着空前未有的进步。至今世界各国所发射的人造卫星总数已达一万多颗，随着各种用途的需求，这个数目也一直地增加。
如前所述，人造卫星是绕着地球转，人造卫星可依其绕行地球的方式大致分成两种：地球同步卫星与绕极轨道卫星。同步卫星都是发射到地球赤道上空约36000公里的高空上，然后绕着地球的赤道自西向东转。同步卫星所在的高度是特别计算出来的，因为放在此高度的卫星绕行地球的角速度刚好与地球自转的速度一样，地球转，卫星也转，而转速又“刚刚好”一样，绕地球转一圈的时间正好需24小时，因此从地面看来，会觉得卫星就好象吊在上空不动，这就是所谓的同步，也有人称它为静止卫星。一般而言，通信卫星和部份气象卫星都是属于同步卫星，像我们每天在电视晚间气象报告所看到的卫星云图就是日本同步气象卫星所拍摄的，就因为它是吊在天空中不动，才能每隔半小时或一小时就对同一区域拍摄一张云图并且传到地面供气象人员预报天气。这种同步气象卫星在台风来袭时特别有用，因为它可以不断地拍下台风的动态。想一想，若卫星像月亮一样会东升西沉，不同时间在不同的地方，而台风来袭时，就无法随时得到台风的云图。想象月球绕地球一圈的周期若刚好也是24小时的话，那月亮就不会东升西沉，我们也会看到月亮一直高挂在天空上某一点，这就是同步卫星的运行方式。
另一种绕极轨道卫星家族的卫星通常高度比较低，主要分布在1000公里以下，而大部份又分布在800多公里高左右。此类卫星不像同步卫星是绕着地球的赤道转，而是绕着地球南北极方向转，所以才叫绕极卫星。如果我们肉眼看得到绕极卫星，我们会在白天看到绕极卫道由北方地平线升起而由南方地平线落下，不同于月球的东升西落；而且因绕极卫星绕地球的速度很快，因此我们看到的这个北升南落的动作在不到半小时就完成。此类卫星绕地球一圈的时间约为100分钟左右，因此每天约可绕地球南北向转个14圈左右，一般的资源卫星大都属于这种型式，主要是因为绕极卫星的轨道设计可让它绕到某个地方的时间都一样，比较适合观测地表变化的比较。一般而言，绕极人造卫星只有800公里左右的高度，相对于同步卫星的36000公里高，绕极卫星比较靠近地球，可以对地球表面看得更仔细，所以像资源卫星与军事间谍大都是采绕极轨道飞行。另外也有采用绕极轨道的气象卫星，其目的之一也是为了能够拍摄到更细的资料，另外一个优点是也能看到高纬度地区，同步卫星因是挂在赤道上空，因此它所看到的高纬度地区会产生一些变形，而绕极卫星它就没有这个问题。
如前所言，为了避免大气的摩擦力，所有的卫星高度都远超过大气层顶的高度(地球大气层对流层顶
的高度约不到20公里高，整个大气层也仅约为100公里)，少了空气阻力的影响，所以人造卫星的设计就不需像设计飞机需考虑外形是否为流线形，也因此人造卫星的外形大都是千奇百怪，而且很多人造卫星都装有太阳能电池板以便由太阳能来提供卫星电力，所以人造卫星身上常挂着两片长方形的太阳能板，看起来就像人造卫星的一对翅膀。
人造卫星宇宙速度 一、素质教育目标 （一）知识教学点 1．了解人造卫星的有关发射、运行的知识 2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度 （二）能力训练点 培养学生对知识的转化能力 （三）德育渗透点 通过介绍我国航天技术的发展水平，激发他们学习科学知识的热情，培养他们的民族自豪感． （四）美育渗透点 通过对天体运动轨迹的描绘展示了物理图像的形式美． 二、学法引导 通过教师的讲解和分析，使学生了解人造卫星的运转原理及规律． 三、重点·难点·疑点及解决办法 1．重点 卫星运行的速度、周期、加速度 2．难点 卫星运动的速度和卫星发射速度的区别 3．疑点 同步通讯卫星为什么要定点在赤道正上方的确定轨道上？如何发射同步卫星？ 4．解决办法 理解万有引力是人造卫星做圆周运行的向心力，从而求得卫星的运动速度，周期，加速度就是由它离地心距离r惟一因素决定的． 四、课时安排 1课时 五、教具学具准备 自制同步卫星模型 六、师生互动活动设计 1．教师通过讲解、分析、介绍人造卫星的运动规律及相关的航天知识．
2．学生通过讨论，阅读相关的材料扩大知识面，通过例题的分析巩固知识． 七、教学步骤 （一）明确目标 （略） （二）重点、难点的学习与目标的完成过程 1．卫星运动的速度，周期，加速度． 卫星脱离助推火箭后，获得了一定的速度v ，设卫星绕地球做圆周运动，其运行半径为r ，根据万有引力等于向心力可得： G r v m r Mm 2 2= 等式两边都有m ，可以约去，说明卫星的速度与其质量无关，我们得到： r GM v = （1） 由22 )2(T m r Mm G π=·r 得： T ＝GM r 3 24π （2） 由G 2 r Mm ＝ma 得： a ＝G 2r M （3） 从公式（1）、（2）、（3）式中可以看出，地球卫星的运动情况（速度、周期、加速度）是由r 惟一决定的．轨道半径越大，卫星运行速度越小，周期越大，加速度越小；轨道半径越小，运行速度越大，周期越小，加速度越大．当卫星运动的半径等于地球半径为R 时，卫星运动速度，周期和速度的大小分别为：v ＝×310m ／s ，T ＝5100s ，a ＝／2 s ． 所以所有的人造地球卫星的运行速度v ＜×310m ／s ，运行周期T ＞5100s ，运行的加速度a ＜／2s ． 2．同步通讯卫星 同步通讯卫星从地面上看，它总是某地的正上方，因而它的运动周期和地球自转周期相同；且它的轨道必然要和赤道平面处在同一个平面内（让学生讨论同步卫星为什么要满足这
高中一年级（下学期）物理学科测试试卷 （人造卫星 宇宙速度） 测试时间：120分钟 满分：100分 班级__________姓名__________成绩__________ 一、选择题（每题3分，共36分） 1．宇宙飞船进人一个围绕太阳运行的近乎圆形轨道上运动，如果轨道半径是地球轨道半径 的 9 倍 ， 那 么 宇 宙 飞 船 绕 太 阳 运 行 的 周 期 是 （ ） （A ）3年 （B ）9年 （C ）27年 （D ）81年 2．人造卫星由于受大气阻力，轨道半径逐渐减小，则线速度和周期变化情况为 （ ） （A ）线速度增大，周期增大 （B ）线速度增大，周期减小 （C ）线速度减小，周期增大 （D ）线速度减小，周期减小 3．某一颗人造卫星（同步）距地面高度为h ，设地球半径为R ，自转周期为T ，地面处的重力加速度为g ，则该同步卫星线速度大小为 （ ） （A ） g h R )(+ （B ） 2π（h ＋R ）／T （C ） )(2 h R g R + （D ） Rh 4．如图所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送人同步圆轨道3。轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ） （A ）卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 （B ）卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 （C ）卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度大于在轨道2上经过Q 点时的加速度 （D ）卫星在轨道2上经过P 点时的加速度大于它在轨道3上经过P 点的加速度 5．两颗人造地球卫星质量之比是1∶2，轨道半径之比是3∶1，则下述说法中，正确的是（ ） （A ）它们的周期之比是3∶1 （B ）它们的线速度之比是1∶3 （C ）它们的向心加速度之比是1∶9 （D ）它们的向心力之比是1∶9 6．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动，则（ ） （A ）根据公式v ＝ωr ，可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍 （B ）根据公式F= mv 2/r ，可知卫星所需的向心力减小到原来的1／2 （C ）根据公式F ＝GMm/r 2，可知地球提供的向心力将减小到原来的1／4
人造卫星与飞船第二课时 1．导入。 （1）提问：上节课，我们召开了科学讨论会，学习了书上的资料，谁能说一说人造卫星分哪几种？各有什么用途？ （2）谈话：今天我们将继续和大家共同研究这方面的知识。 2．继续研究人造卫星的相关知识。 （1）谈话：上次要求大家回家继续搜集人造卫星的资料，下面老师来了解一下大家搜集的情况。 （2）提问：你们又搜集了哪些资料？ （3）先来看看邮票中有关卫星的资料，谁来说一说你搜集了哪些有关卫星的邮票？邮票上面讲的是什么内容？ （4）将邮票展示给大家观察。 （5）小结。 （6）提问：同学们搜集了哪些卫星的图片？ （7）谈话：观察xx的图片。 （8）提问：图中是什么卫星，它有什么特点？ （9）小结：有关卫星的图片很多，图片可以告诉我们很多信息。书上的两幅图片分别是中国气象卫星——“风云”二号和世界上第一颗人造卫星——“斯普特尼克”一号。 3．了解不同的xx的不同用途。 （1）谈话：同学们看教材上的四幅图片，说出图中告诉了我们什么。 （2）教师提问：同是卫星传输的信息图片，我们看到的图片为什么完全不同？
（3）学生猜测，形成假设 可能是卫星的种类不同，或者是卫星的功能不同等等。 （4）教师出示相关资料，供学生学习。 （5）学生汇报学习结果。 （6）教师小结 不同的卫星有不同的用途，书中的几幅图分别是气象卫星和通讯卫星所拍摄的照片。 4．总结我们知道的人造卫星和用途。 （1）提问：我们学习了这么多，知道了哪些人造卫星？它们各有什么用途？ 1（2）谈话：请大家将自己所知道的填写在课本的54页。每总结出一条，就给自己评一个“优”。 看谁得的优多。 （3）学生活动，教师观察、巡视。 （4）学生汇报 （5）小结：通过研究同学们知道了人造卫星的种类很多，不同种类的卫星有不同的用途。 5．了解载人宇宙飞船的情况。 （1）提出问题：谁来说一说什么是宇宙飞船？ （2）小组讨论： （3）汇报讨论结果。 （4）谈话：说说你所知道的载人宇宙飞船的情况。
2020年高考物理备考微专题精准突破 专题2.7 卫星运行规律与宇宙速度 【专题诠释】 卫星运行规律及特点 1．卫星的轨道 (1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面，同步卫星就是其中的一种． (2)极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面，如极地气象卫星． (3)其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道，且轨道平面一定通过地球的球心． 2．地球同步卫星的特点：六个“一定” 3．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律 4．解决天体圆周运动问题的两条思路 (1)在中心天体表面或附近而又不涉及中心天体自转运动时，万有引力等于重力，即G Mm R 2＝mg ，整理得GM ＝gR 2，称为黄金代换．(g 表示天体表面的重力加速度) (2)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力，即 G Mm r 2＝m v 2r ＝mrω2 ＝m 4π2r T 2＝ma n .
宇宙速度的理解与计算 1．第一宇宙速度的推导 方法一：由G Mm R 2＝m v 2 1 R 得v 1＝ GM R ＝7.9×103 m/s. 方法二：由mg ＝m v 21 R 得v 1＝gR ＝7.9×103 m/s. 第一宇宙速度是发射地球人造卫星的最小速度，也是地球人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，T min ＝2π R g ≈85 min. 2．宇宙速度与运动轨迹的关系 (1)v 发＝7.9 km/s 时，卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动． (2)7.9 km/s ＜v 发＜11.2 km/s ，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆． (3)11.2 km/s≤v 发＜16.7 km/s ，卫星绕太阳做椭圆运动． (4)v 发≥16.7 km/s ，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间． 【高考领航】 【2019·高考】1970年成功发射的“红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v 1、v 2，近地点到地心的距离为r ，地球质量为M ，引力常量为G 。则( ) A ．v 1>v 2，v 1＝ GM r B ．v 1>v 2，v 1> GM r C ．v 1 1．宇宙中两个星球可以组成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕球心连线的某点做周期相同的匀速圆周运动．根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法正确的是 A．双星相互间的万有引力增大B．双星做圆周运动的角速度不变 C．双星做圆周运动的周期增大D．双星做圆周运动的速度增大 2．两个靠近的天体称为双星，它们以两者连线上某点O为圆心做匀速圆周运动，其质量分别为m1、m2，如图所示，以下说法正确的是（） A.它们的角速度相同． B.线速度与质量成反比． C.向心力与质量的乘积成正比． D.轨道半径与质量成反比． 3 两个靠得很近的恒星称为双星，这两颗星必定以一定角速度绕二者连线上的某一点转动才不至于由于万有引力的作用而吸引在一起，已知两颗星的质量分别为M、m，相距为L，试求：（1）两颗星转动中心的位置；（2）这两颗星转动的周期。 4．两颗靠得很近的天体成为双星，它们都绕着两者连线上某点做匀速圆周运动，因而不至于由于万有引力而吸引在一起，以下说法正确的是（） A．它们做圆周运动的角速度之比与其质量成反比 B．它们做圆周运动的线速度之比与其半径成反比 C．它们做圆周运动的半径与其质量成正比 D．它们做圆周运动的半径与其质量成反比 5.宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是 A.飞船加速直到追上空间站，完成对接 B.飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接 C.飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接 D.无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接 6发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道上，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P 点（如图所示），则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运动时，下列说法正确的是 A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度 C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度 人造卫星的基本原理 参考、摘录自——王冈 曹振国《人造卫星原理》 一、关于椭圆轨道 在地球引力的作用下，要使物体环绕地球作圆周运动，那么必须使得物体的速度达到第一宇宙速度。如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等，则它将作圆周运动。若其所需向心力大于地球引力，这是物体的运动轨迹就变成椭圆轨道了。物体的速度比环绕速度（作圆周运动时的速度）大得越多，椭圆轨道就越“扁长”，直到达到第二宇宙速度，物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之外。 因为发射卫星和飞船时，入轨点的速度控制不可能绝对精确，速度大小的微小偏离，和速度方向与当地的地球水平方向间的微小偏差，都会使航天器的轨道不是圆形二是椭圆形，椭圆扁率取决于入轨点的速度大小和方向。 二、卫星运动轨道的几何描述 尽管开普勒定律阐明的是行星绕太阳的轨道运动，它们可以用于任意二体系统的运动，如地球和月亮，地球和人造卫星等。 假定地球中心O 在椭圆的一个焦点上 a ——椭圆的半长轴 b ——椭圆的半短轴 >11.2km/s-抛物线 >16.7km/s-双曲线 c e ——偏心率 a c e = P e ——近地点 A p ——远地点 P ——半通径)1(2 2 e a a b P -== Y w ——轴与椭圆交点的坐标 f ——真近点角，近地点和远地点之间连线与卫星向径之间的夹角 E ——偏近点角 只要知道了卫星运行的椭圆轨道的几个主要参数：a ，e 等，卫星在椭圆轨道上任一点（r ）处的速度就可以计算出来： )12( a r v - = μ 其中2μ=GM （地心万有引力常数） 椭圆轨道上任一点处的向径r 为：)cos 1(E e a r -= 近地点向径：)1(e a r p -= 远地点向径：)1(e a r A += 所以，近地点r 最小，卫星速度最大e e a v -+? = 112 μ 远地点r 最大，卫星速度最小e e a v +-? = 112 μ 卫星或飞船入轨点处的速度，通常就是近地点的速度，这个速度一般要比当地的环绕速度要大；而椭圆轨道上远地点速度则比当地的环绕速度要小。 圆形轨道可以看成椭圆轨道的特殊情况。即a=b=r ，所以 r GM r v = = 2 μ A 人造卫星宇宙速度 平谷区平谷中学分校李招娣 教学设计思路： 本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义．本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术的理论基础．引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理，进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维，发展的分析推理的能力．另外，学生通过了解人造卫星、宇宙速度，也将产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感． 学习任务分析： 通过对前几节知识的学习，学生对曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解．在此基础上，教师通过设计问题情境，引导学生探究，获得新知识． 学习者分析： 尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高． 教学目标： 一、知识与技能 了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用，培养学生科学服务于人类的意识． 二、过程与方法 学习科学的思维方法，发展思维的独立性，提高发散思维能力、分析推理能力和语言表达能力． 三、情感态度与价值观 在主动学习、合作探究的过程中，体验和谐、民主、愉悦的学习氛围，在探究中不断获得美的感受不断进步． 学习科学，热爱科学，增强民族自信心和自豪感． 教学准备： 多媒体电脑及相关软件． 人类进入了航天时代．这节课我们就来学习人造地球卫星 方面的基本知识． § 3.4 人造卫星宇宙速度 进行新 课 问：离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由 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？ 思考 演示牛 顿设想原理 图 一、人造地球卫星 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？ 观察、分析 引导学 生讨论 二、宇宙速度 下面讨论人造卫星绕地球运动的速度．假如地球和人造卫 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 讨论并推 导 （鄂教版）六年级科学下册教案 第四单元 人造卫星与飞船 一、教学目标 1.知道人造地球卫星、宇宙飞船是重要的探测宇宙的工具。 2.通过搜集资料、学习资料，了解人造地球卫星和宇宙飞船的种类和用途 3.通过开科学讨论会，培养同学们敢于发表不同意见的习惯、兴趣和能力 4.意识到人类对太空的认识随技术的进步而深化和拓展。 5.关注我国空间技术的最新发展。 二、教学准备 教师、学生搜集人造卫星和飞船的资料、邮票和图片 三、教学过程 第一课时 1.了解学生搜集资料情况。 （1）谈话：上次课要求同学们在家里搜集有关人造卫星与飞船的资料，现在请每一小组的组长检查一下。 （2）各组组长检查，教师巡视。 （3）各组汇报检查情况。 （4）教师小结。 2.组织学生召开科学讨论会。 （1）教师谈话：同学们根据自己搜集的资料，说一说你知道的人造卫星有哪些？它们各有什么用途？先在小组内交流，再请代表在全班交流。 （2）小组交流，并且每组组长做好纪录，将本组搜集的资料可以贴在大纸上。 教师巡视。 （3）每一组派代表上讲台交流，将本组搜集的资料贴在黑板上，同组同学可以补充，其他同学可以提出不同看法，有不同的观点可以展开讨论。当一组发言，讨论完毕后，下一组再发言，再讨论。 （4）讨论会开始，由科代表主持，教师可作为一分子参与讨论，有时可以给他们帮助。 （5）提问：通过开科学讨论会，你有哪些收获？ （6）小结：刚才同学们召开了一次非常有意义的科学讨论会，在讨论会上，每一组同学根据自己搜集的资料，谈了人造卫星的种类及用途，大家展开了激烈的讨论，发表了各自不同的看法。虽然有的同学的看法不一致，但每位同学都有自己的理由。通过讨论同学们对人造卫星的种类和用途有了更加深刻的认识，为探索太空，探索宇宙打下了坚实的基础。 3.学习课本资料。 （1）谈话：刚才大家讨论了人造卫星的种类和用途，下面大家看书52页，请大家仔细阅读这段资料，看看与我们刚才的讨论是否一样。 （2）学生阅读资料，教师巡视。 （3）提问：这段资料告诉了我们什么？ （4）学生汇报，其他同学补充。 （5）提问：这段资料告诉我们的信息与刚才大家的讨论有哪些相同和不同？（6）小结。按照卫星的用途，可以将卫星分为三类：科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。 人造卫星宇宙速度 教学目的: 1．了解人造卫星的有关知识 2．掌握第一宇宙速度的推导。了解第二、第三宇宙速度的意义。 教学重点：第一宇宙速度的推导 教学难点：发射速度与环绕速度的区别 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。 1970年4月24日,我国发射了第一颗人造地球卫星, 到现在我国已发射了多颗人造地球卫星。1975年,我国就掌握了使卫星返回地面的回收技术,成为世界上第三个掌握这种先进技术的国家。1984年4月8日, 我国发射了一颗试验通讯卫星, 把卫星准确地运送到指定位置的同步轨道上。这是一个难度非常大的多维控制问题.同步卫星的定点成功, 标志着我国在运载火箭和卫星技术方面已加入世界先进行列。近几年,我国一直利用火箭为其它国家发射卫星。这节课我们来学习人造地球卫星的基本知识。 2．人造卫星的分类 人造卫星 宇宙速度 主讲人：市二中 周龙 教学目标： 认识目标：使学生了解人造卫星的有关知识,知道卫星的发射原理,知道三 个宇宙速度. 能力目标：会推导第一宇宙速度,理解v 、r 之间的关系,理解同步卫星必 须定点在赤道上方一定高度处. 情感目标：通过介绍我国航天事业的发展,加强学生的爱国主义教育. 教学过程：一、新课引入：课件展示：在地面上高度为h 的一点,以初速 度v 0向水平方向抛射的物体,将沿抛物线轨道落到地平面上. 二、授新课： （一）人造卫星的原理 课件展示：人造卫星的原理图 （二）宇宙速度： 设地球质量为m /,卫星质量为m,卫星到地面的距离为r,卫星的环绕速度为 v,则有： 对于靠近地面运行的人造卫星,可以认为轨道半径r 与地球的半径R 近似 R Gm v /= 将m /=5.89×1024kg,G=6.67×相等,则有： 10-11N.m 2/kg 2 R=6.37×106m 代入可将 或者：对于靠近地面运行的人造卫星,可以认为地球对卫星的引力差不多 等于卫星的重量mg,即：mg R m m G =21将 Gm /=gR 2将其代入R Gm v /= 将 gR v = 将g=9.8m/s 2 R=6.37×106m 代入得s km v /9.7= v=7.9km/s 第一宇宙速度绕地道行的最大环绕速度也是地球卫生的最小发射速度. V=11.2km/s 第二宇宙速度 卫星挣脱地球束缚的最小发射速度. V=16.7km/s 第三宇宙速度 卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度. 2、人造卫星的发射速度是决定其运行轨道的主要因素. 地球对人造卫星的万有引力为2/r m m G F = 人造卫星绕地球做圆周运动所需的向心力r v m F 2/ = ①当F=F /时,人造卫星轨道为圆形 ②当F 小学科学六年级下册《人造卫星与飞船》教案教学目标 1.知道人造地球卫星、宇宙飞船是重要的探测宇宙的工具。 2.通过搜集资料、学习资料，了解人造地球卫星和宇宙飞船的种类和用途 3.通过开科学讨论会，培养同学们敢于发表不同意见的习惯、兴趣和能力 4.意识到人类对太空的认识随技术的进步而深化和拓展。 5.关注我国空间技术的最新发展。 教学准备 教师、学生搜集人造卫星和飞船的资料、邮票和图片 教学建议 第一课时 1.了解学生搜集资料情况。 （1）谈话：上次课要求同学们在家里搜集有关人造卫星与飞船的资料，现在请每一小组的组长检查一下。 （2）各组组长检查，教师巡视。 （3）各组汇报检查情况。 （4）教师小结。 2.组织学生召开科学讨论会。 （1）教师谈话：同学们根据自己搜集的资料，说一说你知道的人造卫星有哪些？它们各有什么用途？先在小组内交流，再请代表在 全班交流。 （2）小组交流，并且每组组长做好纪录，将本组搜集的资料可以贴在大纸上。教师巡视。 （3）每一组派代表上讲台交流，将本组搜集的资料贴在黑板上，同组同学可以补充，其他同学可以提出不同看法，有不同的观点可以展开讨论。当一组发言，讨论完毕后，下一组再发言，再讨论。 （4）讨论会开始，由科代表主持，教师可作为一分子参与讨论，有时可以给他们帮助。 （5）提问：通过开科学讨论会，你有哪些收获？ （6）小结：刚才同学们召开了一次非常有意义的科学讨论会，在讨论会上，每一组同学根据自己搜集的资料，谈了人造卫星的种类及用途，大家展开了激烈的讨论，发表了各自不同的看法。虽然有的同学的看法不一致，但每位同学都有自己的理由。通过讨论同学们对人造卫星的种类和用途有了更加深刻的认识，为探索太空，探索宇宙打下了坚实的基础。 3.学习课本资料。 （1）谈话：刚才大家讨论了人造卫星的种类和用途，下面大家看书52页，请大家仔细阅读这段资料，看看与我们刚才的讨论是否一样。 （2）学生阅读资料，教师巡视。 （3）提问：这段资料告诉了我们什么？ （4）学生汇报，其他同学补充。 4．人造卫星宇宙速度 【教学目标】 1．知识与技能 （1）简单了解航天发展史，了解人造卫星的有关知识 （2）分析人造卫星的运动规律，能用所学知识求解卫星基本问题。 （3）掌握三个宇宙速度的物理意义，会推导第一宇宙速度 2．过程与方法 （1）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力 （42）学习科学的思维方法，培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。 3．情感态度与价值观 介绍世界及我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。 【教学重点】 1、对宇宙速度的理解，第一宇宙速度的推导。 2、根据万有引力提供人造卫星做圆周运动的向心力的进行相关计算 【教学难点】 对运行速度及发射速度的理解与区分。学习本节要注意抓住人造卫星运动特点，结合圆周运动知识及万有引力定律进行综合分析。 【教学方法】 把握几个典型问题，掌握解决问题的一般方法 【教学过程】 第一课时 一、引入课题 仰望星空，浩瀚的宇宙苍穹给人以无限遐想，千百年来，人类一直向往能插上翅膀飞出地球，去探索宇宙的奥秘，李白的“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽明月”是怎样的一种豪情？到今天这一梦想实现了吗？ 世界上第一颗人造卫星的发射，揭开了人类探索宇宙的新篇章。 二、新课 1．简介人造卫星的发展史 世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的？我国哪一年发射了自己的人造卫星？迄今我国共发射了多少颗人造卫星？（从1970年4月24日东方红一号的成功发射，到2007年10月24日嫦娥一号发射，我国发射人造卫星和其他探测器60多个，他们分别在通信，气象，探测，导航等多个领域发挥着重要作用） 通过展示图片介绍我国发射人造卫星的基本情况，包括数量，种类，用途。 2．人造卫星的规律 （1）定性分析人造卫星的运行规律 问：现在我们地球上空有这么多卫星，他们运行的速度一样吗？他们是怎样被发射升空的？ 观察：我国目前发射的部分卫星的运行规律的数据(见下表)： 思考：（1）不同卫星的其运行轨道相同吗？ （2）不同的卫星运行时有什么规律？ （3）你能试着用你学过的知识解释为什么有这样的规律吗？ 教师引导学生讨论发现规律： 3.4 人造卫星宇宙速度 重点和难点 人造卫星的分析 知识要点分析 1. 天体的运动是指由于受到中心天体的万有引力作用，绕中心天体所做的匀速圆周运动。它的特点是万有引力提供向心力： 2. 天体质量M、平均密度ρ的估算：测量出其它天体绕中心天体圆运动的半径R和周期T，若中心天体的半径为R0，则 ∴中心天体质量 中心天体密度 3. 重力是地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的。由于地球自转，地面上的物体随地球一起做匀速圆周运动，其旋转中心是地轴上的某点。旋转时所需向心力由万有引力的一个分力提供，另一个分力就是重力。但重力和万有引力差别很小，一般可认为二者相等。 4. 人造地球卫星一般是沿椭圆轨道运行，为使问题简化，我们认为卫星以一个恰当的速率绕地心做匀速圆周运动，地球对它的万有引力提供它圆运动所需向心力。 5. 卫星的绕行速度v、角速度ω、周期T都与轨道半径r有关： 由，得，可见r越大，v越小。当卫星贴地球表面绕行时，其速度最大，约为7.9km/s； 由，得，可见r越大，ω越小； 由，得，可见r越大，T越大。当卫星贴地球表面绕行 时，其周期最短，约为84分钟。 以上分析说明，轨道半径r是关键量，解决这类问题，抓住半径，就抓住了解题的关键。 6. 运行速度与发射速度：对于人造地球卫星，由算出的速度指的是人造地球卫星在轨道上的运行速度，其大小随轨道半径的增大而减小。但由于人造地球卫星发射过程中要克服地球引力做功，增大势能，所以将卫星发射到离地球越远的轨道上，在地面所需要的发射速度却越大。 关于第一宇宙速度的两种推导方法：（1）由，R为地球半径，M为地球质量，可得第一宇宙速度。（2）由，g为地表重力加速度，R为地 球半径，可得第一宇宙速度。 7. 地球同步卫星的特点：所谓同步卫星是指卫星与地球以同一角速度旋转，则卫星运行周期等于地球自转周期24小时。为了维持这种同步状态，卫星的轨道平面必定与地球的赤道平面重合。通过计算可知，地球同步卫星的轨道高度，在赤道上空36000km处。 例题分析 1. 已知地月距离r＝60R（R为地球半径），计算月球相对于地球的引力加速度g’。 分析：我们认为天体表面上物体所受的万有引力等于它在该星体上的重力，由此可以找到引力加速度的表达式，从而求解。 解答：设月球质量为m，地球质量为M，则由万有引力定律有 对于地球表面上质量为m0的物体，在忽略地球自转影响的情况下，重力等于地球对它 的万有引力，即 联立上述两式可解得 m/s2m/s2 说明：1. 由关系式可知，随圆运动半径的增大（即随距天体表面高度的增大）， 人造卫星和宇宙飞船的疾病阅读训练题及答案 茫茫太空中，生活着很多人造卫星和宇宙飞船，它们身处广袤的太空，难免会染上一些“疾病”。 人造卫星和宇宙飞船的“疾病”有好多种。 一种是“不治之症”。一般来说，人造卫星的运行轨道越高，寿命越长。我国在1970年发射的第一颗卫星，轨道高，已经几十岁了，仍在太空运行。一些低轨道的人造卫星，寿命短，有的才运行几个月，甚至只有几天，就像醉汉一样摇摇晃晃，姿态失控，最终陨落。这种“重症”，是很难治好的。 另一种是“小毛病”。1966年，前苏联向月球发射了一颗卫星——“月亮10号”。这颗卫星绕月飞行不久，就报废了。因为这颗卫星上用的是化学电池，电力用光了，也就失效了。其实，当时卫星上的仪器都完好无损，倘能派出“太空医生”，换上新电池，就不会报废。 也有的是“急性病”。1970年美国发射了“阿波罗13号”，起飞后46小时，飞船里的一个燃油箱爆炸了，使飞船无法完成太空科研任务。三名宇航员历尽艰辛，才使生了“急性病”的飞船溅落在太平洋上。卫星或飞船生“急性病”，需要“太空医生”及时赶来抢救。 谁是最合适的“太空医生”呢?1981年，美国“哥伦比亚”号航天飞机飞上太空，成功地进行了人类历史上第一次航天飞行。从此，航天飞机成为“太空医生”极其合适的“候选人”。 为什么人们会看中航天飞机呢? 这是因为航天飞机可以来回于地球和太空之间，一般可以重复使用100多次，使花钱如流水的空间科学活动大大降低了费用。据美国科学家统计，“阿波罗”太阳观测卫星发射5次，耗资达200多亿美元，而航天飞机飞行一次，大约只花费1000万美元，这比重新发射一颗卫星要合算得多。随着航天飞机技术的改进，它的飞行成本还将进一步降低。 另外，航天飞机返回之后，一般经过两星期检修，又可上天，使用方便。科学家建议，今后在发射宇宙飞船或人造卫星时，应同时让一架航天飞机进入待命状态，一旦飞船或卫星在发射后生了“急性病”，“太空医生”就立即出发，及时进行抢救。(根据有关材料改编) 7.给文章拟一个合适的标题。(2分) 8.根据本文提供的信息，完成下面表格。(4分) “疾病”类型病因结果 “不治之症”轨道低 “小毛病” “急性病”无法完成太空科研任务 9.文中划线句子说明了什么?(2分) 10.本文通篇采用了拟人和比喻来说明，请你说说这样说明有什么好处。(3 《人造卫星、宇宙速度》测验题B 一、选择题（每小题中至少有一个选项是正确的） 1．如图1所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地 球卫星，a 、b 质量相同，且小于c 的质量，则 （ ） A ．b 所需向心力最小 B ．b 、c 周期相等，且大于a 的周期 C ．b 、c 的向心加速度相等，且大于a 的向心加速度 D ．b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度 2．绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星内，其内物体处于完全失重状 态，物体 （ ） A ．不受地球引力作用 B ．所受引力全部用来产生向心加速度 C ．加速度为零 D ．物体可在飞行器悬浮 3．两个行星各有一个卫星绕其表面运行，已知两个卫星的周期之比为1∶2，两行星半径之比为2∶1 ，则 （ ） A ．两行星密度之比为4∶1 B ．两行星质量之比为16∶1 C ．两行星表面处重力加速度之比为8∶1 D ．两卫星的速率之比为4∶1 4．地球上有两位相距非常远的观察者，都发现自己的正上方有一颗人造地球卫星，相对自己静止不动，则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离可能是（ ） A ．一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离一定相等 B ．一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍 C ．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等 D ．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍 5．卫星在到达预定的圆周轨道之前，最后一节运载火箭仍和卫星连接在一起，卫星先在大气层外某一轨道a 上绕地球做匀速圆周运动，然后启动脱离装置，使卫星加速并实现星箭脱离，最后卫星到达预定轨道．星箭脱离后 （ ） A ．预定轨道比某一轨道a 离地面更高，卫星速度比脱离前大 B ．预定轨道比某一轨道a 离地面更低，卫星的运动周期变小 C ．预定轨道比某一轨道a 离地面更高，卫星的向心加速度变小 D ．卫星和火箭仍在同一轨道上运动，卫星的速度比火箭大 6．已知万有引力常量G ，某行星的半径和绕该星表面运行的卫星的周期，可以求得下面哪些量？ （ ） A ．该行星的质量 B ．该行星表面的重力加速度 C ．该行星的同步卫星离其表面的高度 D ．该行星的第一宇宙速度 7．设地面附近重力加速度为g ， 地球半径为R 0，人造地球卫星圆形运行轨道半径为R ，那么以下说法正确的是： ( ) A ．卫星在轨道上向心加速度大小为g R R 22 B ．卫星在轨道上运行速度大小为R g R 20 C ．卫星运行的角速度大小为 g R R 203 D ．卫星运行的周期为g R R 2 03 2 。 8．地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F 1，向心加速度为a 1， 线速度为v 1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星（高度忽略）所受的向心力为F 2，向心加速度为a 2，线速度为v 2，角速度为ω2；地球同步卫星所受的向心力为F 3，向心加速度为a 3，线速度为v 3，角速度为ω3；地球表面重力加速度为g ，第一宇宙速度为v ，假设三者质量相等，则 （ ） A ．F 1=F 2＞F 3 B ．a 1=a 2=g ＞a 3 C ．v 1=v 2=v ＞v 3 D ．ω1=ω3＜ω2 图1 [方法点拨] (1)由v ＝ GM r 得出的速度是卫星在圆形轨道上运行时的速度，而发射航天器的发射速度要符合三个宇宙速度．(2)做圆周运动的卫星的向心力由地球对它的万有引力提供，并指向它们轨道的圆心——地心．(3)在赤道上随地球自转的物体不是卫星，它随地球自转所需向心力由万有引力和地面支持力的合力提供． 1．(运行基本规律)人造地球卫星在绕地球做圆周运动的过程中，下列说法中正确的是( ) A ．卫星离地球越远，角速度越大 B ．同一圆轨道上运行的两颗卫星，线速度大小一定相同 C ．一切地球卫星运行的瞬时速度都大于7.9 km/s D ．地球同步卫星可以在以地心为圆心、离地高度为固定值的一切圆轨道上运动 2．(同步卫星运行规律)某卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为12 h ．该卫星与地球同步卫星比较，下列说法正确的是( ) A ．线速度之比为3 4∶1 B ．向心加速度之比为4∶1 C ．轨道半径之比为1∶3 4 D ．角速度之比为1∶2 3．(卫星运行参量分析)暗物质是二十一世纪物理学之谜，对该问题的研究可能带来一场物理学的革命．为了探测暗物质，我国在2015年12月17日成功发射了一颗被命名为“悟空”的暗物质探测卫星．已知“悟空”在低于同步卫星的轨道上绕地球做匀速圆周运动，经过时间t (t 小于其运动周期)，运动的弧长为s ，与地球中心连线扫过的角度为β(弧度)，引力常量为G ，则下列说法中正确的是( ) A ．“悟空”的线速度大于第一宇宙速度 B ．“悟空”的向心加速度小于地球同步卫星的向心加速度 C ．“悟空”的环绕周期为2πt β D ．“悟空”的质量为s 3 Gt 2β 4．(卫星与地面物体比较)“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星把广阔视野内的气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气象资料．设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的n 倍，下列说法中正确的是( ) A ．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1 n 倍 B ．同步卫星的向心加速度是地球表面重力加速度的1 n 倍 C ．同步卫星运行速度是近地卫星运行速度的1 n 倍 D ．同步卫星运行速度是近地卫星运行速度的 1n 倍 5．一颗人造卫星在如图1所示的轨道上绕地球做匀速圆周运动，其运行周期为4.8小时．某时刻卫星正好经过赤道上A 点正上方，则下列说法正确的是( ) A ．该卫星和同步卫星的轨道半径之比为1∶5 图1 B ．该卫星和同步卫星的运行速度之比为1∶35 C ．由题中条件和引力常量可求出该卫星的轨道半径 D ．该时刻后的一昼夜时间内，卫星经过A 点正上方2次 6．(多选)假设地球同步卫星绕地球运行的轨道半径是地球半径的6.6倍，地球赤道平面与地球公转平面共面．站在地球赤道某地的人，日落后4小时的时候，在自己头顶正上方观察到一颗恰好由阳光照亮的人造地球卫星，若该卫星在赤道所在平面内做匀速圆周运动．则此人造卫星( ) A ．距地面高度等于地球半径 B ．绕地球运行的周期约为4小时 C ．绕地球运行的角速度与同步卫星绕地球运行的角速度相同 D ．绕地球运行的速率约为同步卫星绕地球运行速率的1.8倍 7．(多选)欧洲航天局(ESA)计划于2022年发射一颗专门用来研究光合作用的卫星“荧光探测器”．已知地球的半径为R ，引力常量为G ，假设这颗卫星在距地球表面高度为h (h ＜R )的轨道上做匀速圆周运动，运行的周期为T ，则下列说法中正确的是( ) 人造卫星和宇宙飞船 一、选择题（下列各题中有的题只有一个正确答案，有的题有几个正确答案，选出全部正确答案） 1．一颗人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速率为v，角速度为ω，加速度为g，周期为T. 另一颗人造地球卫星在离地面高度为地球半径的轨道上做匀速圆周运动，则（） v A．它的速率为 2 g B．它的加速度为 4 C．它的运动周期为T2 D．它的角速度也为ω 2．关于人造地球卫星与宇宙飞船，下列说法中正确的是（） A．如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力恒量，就可算出地球质量 B．两颗人造地球卫星，只要他们的绕行速率相等，不管它们的质量，形状差别有多大,它们的绕行半径和绕行周期就一定是相同的C．原来在同一轨道上沿着同一方向绕行的人造卫星一前一后，若要后一卫星追上前一卫星并发生碰撞，只要将后者速率增大一些即可D．一只绕行火星飞行的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出，并离开飞船，飞船因质量减少所受万有引力减少故飞行速度减少 3．如图所示，a、b、c是在地球大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造卫星，下列说法中正确的是（） A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度 B．b、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心 加速度 C．b、c的运行周期相同，且小于a的运行周期 D．由于某种原因，a的轨道半径缓慢减小，a的 线速度将变大 4．“神州五号”载人航天飞船的成功发射，圆了中华民 族几千年的飞天梦想，飞船在起飞阶段，宇航员的血液处于超重状态，严重时会产生“黑视”，为使宇航员适应这种情况，需要进行艰苦训练。训练时，宇航员的座舱在竖直面内做匀速圆周运动，其向心加速度可达2 / 60s m a ，那么座舱运动至竖直面的最低位置时，宇航员受到的支持力约为体重的（g取10m/s2）（）A．5倍B．6倍 C．7倍D．8倍 二、填空题 5．假设火星和地球都是球体，火星的质量M火和地球的质量M地之比为p，火星 的半径R 火和地球的半径R 地 之比为q，那么，火星表面与地球表面的重力加 速度之比g 火/g 地 = ，火星表面的第一宇宙速度与地球表面的第一 宇宙速度之比V 火/V 地 = 。 6．一艘载人宇宙飞船飞近某一星球，并进入接近该星球表面的圆形轨道，绕行数圈后，着陆在该星球上。宇航员在飞船绕星球做圆周运动时测得飞船做圆周运动的周期为T，着陆后用弹簧秤测量一质量为m的物体在该星球上的重量为F。不考虑星球的自转，由此可求得该星球的半径R= ，星球的质量M= .（已知万有引力常量为G） 三、计算解答题（写出必要的文字说明和计算步骤） 7．（13分）有一行星探测器，质量为1800kg.现将探测器从某一行星的表面竖直升空，探测器的发动机推力恒定。发射升空后9s末，发动机因发生故障突然灭火。如图是从探测器发射到落回地面全过程的速度图象。已知该行星表面没有大气。若不考虑探测器总质量的变化。 求：（1）该行星表面附近的重力加速度大小。 （2）发动机正常工作时的推力。 知识与技能： 1. 理解三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度。 2. 能够熟练推导并灵活运用卫星的各物理量随轨道半径的变化而变化的规律。 过程与方法： 3. 经历对人造卫星在轨稳定运行”和变轨运动分析”的过程，体会理想化方法在分 析问题时的应用，建立正确的运动模型。 情感态度价值观： 4. 体会物理原理和方法对科学研究的巨大指导作用，激起复习的兴趣和动力，树立 远大的科学理想。 教学过程 课题 4.5人造卫星、宇宙速度 课型 复习课 教学环节 I 教师活动 I 学生活动 设计意图 教学目标 重点 卫星各物理量随轨道半径的变化而变化的规律 难点 变轨分析，双星问题 知识梳理1 例题评析1 1.简述考试说明要求及命题热点 2.展示：卫星绕 地球运动的物理情景图，并简要介绍, 总结出常见结论 —* -D ■ ■ ■ - ■ ?■ ■ I ■- ■ --W 臣嚼li-七士厂 主“淮i建 - 结论： （1 ）圆轨道的圆心必为地球的球心 （2）圆轨道不一定与赤道面重合 3.展示并引领学生讨论：卫星各物理量随轨道半径的变化 规律 （1）基本原理：万有引力提供向心力 1.思考并即 时说出自 己的结论 -ma— 定量结论: GM GM ~2" r # 2 n tn~-桝讦r=朋（〒卩 F /G M （3）定性描述： 卫星的角速度、线速度、向心加速度都随轨道半径的 增大而减小，周期随轨道半径的增大变长。 例1:质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动 视为匀速圆周运动。已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重 力加速度为g,引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的 （ ） A .线速度 B ?角速度⑷=j gR C.运行周期 T =2 兀 _ Gm D .向心加速度^-RT 2.在练习本 上书写一 条龙的原 理式，并进 行推导，得 出定量结 论 思考，分析 解决问题 让学生通过图 形对实际的卫 星运动图景获 得感性的认 识，以便后续 的审题做题有 所依靠。 通过本题让学 生体会航天器 在稳定轨道上 运行时其物理 量分析的原理 和方法的应 用。应用方法 和结论、熟悉 情景和题型。人造卫星和卫星中的追击问题
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