五人造卫星宇宙速度

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

两个条件，并计算出同步卫星距地面的高度h ）

同步卫星一般用于通讯，我们平时看电视，实况转播等就是通过卫星实现的，我国已成功地发射了多颗同步卫星，丰富了我国人民的文化生活．

3．卫星的发射速度

最早研究人造卫星问题的是牛顿，他设想了这样一个问题，在地面某处平抛一个物体，物体将沿一条抛物线落回地面，物体初速度越大，飞行距离越远．考虑到地球是圆形的，如果初速度很大，抛出的物体总也落不到地面就成了人造地球卫星了．

从刚才的分析我们知道，要想使物体成为地球的卫星，物体需要一个最小的发射速度，物体以这个速度发射时，能够刚好贴着地面绕地球飞行，此时万有引力F ＝mg ，提供了卫星运动的向心力，即：

mg ＝m R

v 2

我们可以求出这个最小速度

v ＝6104.68.9⨯⨯=gR ＝×310m ／s

这个速度称为第一宇宙速度

第一宇宙速度是发射一个物体，使其成为地球卫星的最小速度．若以第一宇宙速度发射一个物体，物体将贴着地球表面的轨道上做匀速圆周运动．若发射速度大于第一宇宙速度，物体将在椭圆轨道上离心运动．若物体发射的速度达到或超过／s 时，物体将能够摆脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的行星或飞到其他行星上．／s 称为第二宇宙速度，如果物体的发射速度再大，达到或超过／s 时，物体将能够摆脱太阳引力束缚，飞到太阳系外．／s 称为第三宇宙速度．

（三）总结、扩展

本节课我们学习了卫星发射和运行的一些情况．知道了第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度，最后我们还了解了通讯卫星的有关情况．

八、布置作业

1．110P （2）

2．110P （4）

3．111P （7）

九、板书设计

五、人造卫星 宇宙速度

1．卫星运行的速度、周期、加速度 v ＝r

GM T ＝GM

r 3

24π a ＝G 2r

M 2．卫星的发射

（1）第一宇宙速度

mg ＝m R

v 2 v ＝gR ＝×3

10km ／s

（2）第二宇宙速度v ＝／s

（3）第三宇宙速度V ＝／s 3．同步卫星 )()2()(22

h R T m h R M G m +⋅=+π R GMT h -=31

2

2

)4(π 十、背景知识与课外阅读

万有引力定律的发现

万有引力定律的发现是近代经典物理学发展的必然结果．科学史上普遍认为，这一成果应该归功于伟大的牛顿．但是，其他杰出的科学家如胡克、哈雷等在这一方面也做出了非常重要的贡献．但与牛顿相比，他们的观点和研究方法总是存在着这样或那样的缺陷，最终与跨时代的科学发现失之交臂．

早在1661年，罗伯特·胡克就已觉察到引力和地球上物体的重力有同样的本质．1662年和1666年，他曾在山顶上和矿井下用测定摆的周期的方法做实验，企图找出物体的重量随离地心距离而变化的关系，但没有得出结果，在1674年的一次演讲“证明地球周年运动的尝试”中，他提出要在一致的力学原则的基础上建立一个宇宙学说，为此提出了以下三个假设：“第一，据我们在地球上的观察可知，一切天体都具有倾向其中心的吸引力，它不仅