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
沈阳航空航天大学课程设计任务书CAD课程设计说明书人造地球卫星设计 院系航空航天工程学部（院） 专业空间飞行器设计与工程 班号24030601 学号2012040306013 姓名李桦 指导教师杨靖宇 沈阳航空航天大学 2015年9月
沈阳航空航天大学课程设计任务书 承诺书 本人声明所呈交的课程设计说明书是本人在导师指导下进行 的设计工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得沈阳航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。 本人授权沈阳航空航天大学可以将论文的全部或部分内容进 行存档，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。 （保密的论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日期： 2015.9.18
摘要 课程设计目的在于培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。本文对人造卫星进行了相关的设计、绘制和装配。这次课程设计持续三周，用CATIA进行绘制并进行合理的调整。 关键词:CATIA.人造卫星设计.装配
ABSTRACT The purpose of curriculum design is to cultivate students comprehensive use of knowledge , discovery, analyzing and solving practical problems. My Course Exercise is about artificial satellite, which include designing, drawing and assemblage. This Course Exercise lasted three weeks, using CATIA software to draw artificial satellite and make reasonable adjustments. In these three weeks, I spend most of my time on studying, I learned a lot from this Course Exercise, which increase my spoken English, ability of designing and innovation. Keywords: CATIA artificial satellite assemble
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
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
第4节 人造卫星__宇宙速度 1．第一宇宙速度为7.9 km/s ，其意义为最小发 射速度或最大环绕速度。 2．第二宇宙速度为11.2 km/s ，其意义表示物 体脱离地球的束缚所需要的最小发射速度。 3．第三宇宙速度为16.7 km/s ，其意义为物体 脱离太阳引力的束缚所需的最小发射速度。 4．同步卫星的线速度、角速度、周期、轨道、向 心加速度均是一定的。 一、人造卫星 1．卫星：一些自然的或人工的在太空绕行星运动的物体。 2．原理：一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它 的万有引力提供，即G M E m r 2＝m v 2 r ，则卫星在轨道上运行的线速度v ＝ GM E r 。 二、宇宙速度 1．第一宇宙速度 使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度，其大小为v 1＝7.9_km/s ，又称环绕速度。 2．第二宇宙速度 使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为v 2＝11.2_km/s ，又称脱离速度。 3．第三宇宙速度 使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为v 3 ＝16.7_km/s ，也叫逃逸速度。 1．自主思考——判一判 (1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s 。(√) (2)绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s 。(×) (3)无论从哪个星球上发射卫星，发射速度都要大于7.9 km/s 。(×) (4)当发射速度v >7.9 km/s 时，卫星将脱离地球的吸引，不再绕地球运动。(×)
(5)如果在地面发射卫星的速度大于11.2 km/s，卫星会永远离开地球。(√) (6)要发射一颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s。(×) 2．合作探究——议一议 (1)人造卫星能够绕地球转动而不落回地面，是否是由于卫星不再受到地球引力的作用？ 图3-4-1 提示：不是，卫星仍然受到地球引力的作用，但地球引力全部用来提供向心力。 (2)通常情况下，人造卫星总是向东发射的，为什么？ 提示：由于地球的自转由西向东，如果我们顺着地球自转的方向，即向东发射卫星，就可以充分利用地球自转的惯性，节省发射所需要的能量。 (3)“天宫一号”目标飞行器在距地面355 km的轨道上做圆周运动，它的线速度比7.9 km/s大还是小？ 提示：第一宇宙速度7.9 km/s是卫星(包括飞船)在地面上空做圆周运动飞行时的最大速度，是卫星紧贴地球表面飞行时的速度。“天宫一号”飞行器距离地面355 km，轨道半径大于地球半径，运行速度小于7.9 km/s。 人造卫星的运动规律 1．人造卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道。当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道。如图3-4-2所示。 图3-4-2 2．人造卫星的运行规律：人造卫星的运行规律类似行星运行规律。
人造卫星 宇宙速度教学设计 课前预习： 1．第一宇宙速度是指卫星在__________绕地球做匀速圆周运动的速度，也是绕地球做匀 速圆周运动的____________速度．第一宇宙速度也是将卫星发射出去使其绕地球做圆周 运动所需要的________发射速度，其大小为________． 2．第二宇宙速度是指人造卫星不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度，其大 小为________． 3．第三宇宙速度是指使发射出去的卫星挣脱太阳________的束缚，飞到________外所需 要的最小发射速度，其大小为______． 4．人造地球卫星绕地球做圆周运动，其所受地球对它的______提供它做圆周运动的向心 力，则有：G Mm r 2＝________＝____________＝__________，由此可得v ＝_____________， ω＝____________，T ＝____________. 5．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其环绕速度可以是下列的哪些数据( ) A ．一定等于7.9 km/s B ．等于或小于7.9 km/s C ．一定大于7.9 km/s D ．介于7.9 km/s ～11.2 km/s 6．关于第一宇宙速度，以下叙述正确的是( ) A ．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B ．它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度 C ．它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D ．它是人造卫星发射时的最大速度 7．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，且仍做圆周运动， 则下列说法正确的是( ) ①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 ②根据公式F ＝mv 2 r 可 知卫星所需的向心力将减小到原来的12 ③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 ④根据上述②和③给出的公式，可知卫星运行的线速度将减小到原 来 的22 A ．①③ B ．②③ C ．②④ D ．③④ 课堂探究：（学生看书，讨论，做题，总结） 知识点一 第一宇宙速度 1．下列表述正确的是( ) A ．第一宇宙速度又叫环绕速度 B ．第一宇宙速度又叫脱离速度 C ．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D ．第一宇宙速度跟地球的半径无关 2．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径 较小，一般在7～20 km ，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km ，密度为 1.2×1017 kg/m 3 ，那么该中子星上的第一宇宙速度约为( )
2019-2020学年高中物理《人造卫星宇宙速度》教案（2）教科版必 修2 设计思想： 本节内容是万有引力定律应用的重点内容，是匀速圆周运动和万有引力定律的结合。通过本节的学习，树立万有引力定律在天体运动中应用的基本思想，理清各物理量之间的关系，把握求解天体运动问题的基本思路和方法。在设计思想上力求起点低，更直观，体现新课标的理念。让学生充分参与课堂教学，真正成为课堂的主体。教学方法：讲授、讨论并辅以多媒体演示以及网络环境下的自学等多种形式的教学方法，体现STS教育和综合化思路，有效地利用各种教学手段，丰富学生的学习方法，优化教学过程。本节课的难点是第一宇宙速度的推导，先给学生一个物理情境，去推导一个运行速度，然后在辅以第一宇宙速度的概念，再去讨论第一宇宙速度的意义，这样学生更容易掌握，理解，更容易突破难点。 一、教学目标 （一）知识与技能 1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 2通过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i 1体验概念的形成过程 2培养学生自学和应用网络资源的能力。 3通过万有引力推导第一宇宙速度，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力 （三）情感、态度与价值观： 1通过介绍我国在卫星方面的知识，激发学生的爱国情怀 2感知人类探索宇宙的梦想，促使学生形成为献身科学的人生价值观。 3理解科学技术与社会的互动关系，同时培养学生科学的民主意识。 二、教学重点与难点 教学重点：人造卫星的发射和运行原理 教学难点：第一宇宙速度的推导 三教学内容的变化 1教学要求的区别 旧教材：演示牛顿设想原理图。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？ 新教材：通过短片，图片，影象资料引入，更容易激发学生对本节内容的兴趣。 3旧教材中只有两副图，显得呆板，而新教材中有五副图且画面色彩丰富，更容易激发学生的兴趣并引起学生的注意。
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
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
各种各样的人造卫星 人造地球卫星有它独具的优越条件。它本身无需动力就可以在大气外层空间长时间运行，能在几百公里到几万公里高度的大范围内活动，飞越地球上的绝大部分地区，甚至全球飞行，执行航天任务。这是大气层内任何飞行器都无法比拟的。自从第一颗人造地球卫星问世后，世界各国都把 发展航天事业放在重要地位。迄今，有20多个国家先后共发射了4000多颗人造地球卫星。 各种应用卫星不仅成了人类的政治活动、生产劳动、科学研究、文化娱乐所不可缺少的设备，而且现在它已进入到能大量创造财富的实用阶段。如美国制造一颗气象卫星成本只有几千万美元，而每年可收益10～20亿美元；用2.5亿美元设置3颗资源卫星，每年可收益14亿美元。还有各种军事卫星，在军事活动中也取得非常明显的效果。 一、通信卫星 现在，人们从电视屏幕上看到世界各地生动的场景和激动人心的体育比赛场面，已习以为常。确实，这是通信卫星的功劳才让观众大饱眼福，给千家万户带来了欢乐。 现代无线电通信有长波、中波、短波、超短波、微波等几种波段。其中超短波（波长10～1米）和微波（波长1米以下）传输的信息量大，稳定可靠，适合于远距离通信，但是只能在“视距”范围内直线传播。发射站OH架设的天线越高，传播的范围越远，但超过OA的距离处就无法收到，需要一个转播站O′H′来转播。如果把转播站放到卫星上去，则传播距离就大得多。通信卫星上装有天线、转发器等无线电传输设备。地面发射站发出的微波信号，通过通信卫星接收、放大后，再远距离发回地面。
但是卫星不停地绕地面运行，只有地面上看到卫星时才能接收信号，因此，对某一地点来说就不能随时都能通信。这就要求通信卫星相对于地球是静止的，才能稳定通信。如果把卫星发射到离地面35800公里高度，那么它绕地球运行一周，正好等于地球的一天，与地球自转的速度同步，卫星相对于地球就是静止的。这个轨道就是同步轨道。一颗通信卫星在这个高度上可以覆盖地球表面积的三分之一。因此，在赤道上空等距安排三颗同步通信卫星，就可以实现全球通信，成一组国际通信卫星，当然还需要配备专门的地面接收和发射站。下图即为我国的WD-6六米卫星通信地面站。 同时，通信卫星要对地面站接收和发射信号，就要控制卫星的姿态， 使无线始终对着地球。最新的V号国际通信卫星有12000条电话线路，
高中物理人造卫星变轨 问题专题 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-
人造卫星变轨问题专题 (一) 人造卫星基本原理 绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。 轨道半径r 确定后，与之对应的卫星线速度 r GM v = 、周期 GM r T 3 2π =、向心加速度2r GM a =也都是唯一确定的。如果卫星的质 量是确定的，那么与轨道半径r 对应的卫星的动能E k 、重力势能E p 和总机械能E 机也是唯一确定的。一旦卫星发生了变轨，即轨道半径 r 发生变化，上述所有物理量都将随之变化（E k 由线速度变化决定、E p 由卫星高度变化决定、E 机不守恒，其增减由该过程的能量转换情 况决定）。同理，只要上述七个物理量之一发生变化，另外六个也必将随之变化。 (二) 常涉及的人造卫星的两种变轨问题 1. 渐变 由于某个因素的影响使原来做匀速圆周运动的卫星的轨道半径发生缓慢的变化（逐渐增大或逐渐减小），由于半径变化缓慢，卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。
解决此类问题，首先要判断这种变轨是离心还是向心，即轨道半径r 是增大还是减小，然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。 1) 人造卫星绕地球做匀速圆周运动，无论轨道多高，都会受到稀薄 大气的阻力作用。如果不及时进行轨道维持（即通过启动星上小型发动机，将化学能转化为机械能，保持卫星应具有的状态），卫星就会自动变轨，偏离原来的圆周轨道，从而引起各个物理量的变化。这种变轨的起因是阻力。阻力对卫星做负功，使卫星速 度减小，卫星所需要的向心力r mv 2减小了，而万有引力2 r GMm 的 大小没有变，因此卫星将做向心运动，即轨道半径r 将减小。 由基本原理中的结论可知：卫星线速度v 将增大，周期T 将减小，向心加速度a 将增大，动能E k 将增大，势能E p 将减小，有部分机械能转化为内能（摩擦生热），卫星机械能E 机将减小。 为什么卫星克服阻力做功，动能反而增加了呢？这是因为一旦轨道半径减小，在卫星克服阻力做功的同时，万有引力（即重力）将对卫星做正功。而且万有引力做的正功远大于克服空气阻力做的功，外力对卫星做的总功是正的，因此卫星动能增加。根据E 机=E k +E p ，该过程重力势能的减少总是大于动能的增加。
第4节人造卫星宇宙速度 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 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 v1 讨论并推 导
展示课 件并讲解 ＝ 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 ) v1＝ 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， 即所以 将 R＝6.37×106m , g＝ 9.8m/s2代入，求出第一宇宙速 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． 观察、思考