高中物理6.5宇宙航行导学案新人教版必修2(1)

承德实验中学高一年级（物理必修二第六章）导学案班级：；小组：；姓名：；评价：；课题《宇宙航行》课型新授课课时 2 主备人裴显强潘静安审核人麻智慧时间学习目标1．了解人造地球卫星的最初构想；2．会解决涉及人造地球卫星运动的常见问题；3．知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度重点难点【学习重点】第一宇宙速度的推导和第一宇宙速度的扩展与应用【学习难点】对第一宇宙速度的确切理解；发射速度与运行速度的区别方法自主探究、交流讨论、自主归纳一、探知部分(学生独立完成) 【知识链接】将天体（行星或卫星）的运动简化为匀速圆周运动，天体所需的向心力由万有引力提供，则天体的绕行速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系总结如下：（1）由22GMm vmr r=得，=v_______，可见，轨道半径r越大， v________；（2）由_________=__________得，=ω______，可见，r越大，ω________；（3）由_________=___________得，T=_________，可见，r越大，T______；（4）由_________=ma得，a=________，可见，r越大，a________。

阅读教材44页。

体会牛顿对人造地球卫星的最初构想。

一、宇宙速度1. 第一宇宙速度:[说一说]：在地面附近将物体以一定的水平速度发射出去，如果速度，物体不再在落回地球表面，而是刚好在地球表面附近围绕地球做运动，成为地球的，这时的发射速度就叫做第一宇宙速度。

第一宇宙速度是人造地球卫星的最发射速度，也是卫星在地球表面附近围绕地球做匀速圆周运动的运行速度，是人造地球卫星的最运行速度。

[试一试]：设地球的质量为M，人造地球卫星的质量为m、运行速度为v、它到地心的距离为r，卫星做匀速圆周运动的向心力由提供，即，则v= 。

当卫星在地球表面附近运动时，它到地心的距离可以看作地球的半径R=6400Km，则v= km/s。

5.宇宙航行[学习目标] 1.知道三个宇宙速度的含义和数值，会计算第一宇宙速度．(重点) 2.掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．(重点) 3.理解近地卫星、同步卫星的区别．(难点) 4.掌握卫星的变轨问题．(难点)一、人造地球卫星1．人造地球卫星的发射及原理(1)牛顿设想：如图甲所示，当物体被抛出的速度足够大时，它将围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗人造地球卫星．甲 乙(2)发射过程简介：如图乙所示，发射人造地球卫星，一般使用三级火箭，最后一级火箭脱离时，卫星的速度称为发射速度，使卫星进入地球轨道的过程也大致为三个阶段．2．动力学特点一般情况下可认为人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的万有引力提供．3．卫星环绕地球运动的规律由G Mm r 2＝m v 2r可得v 二、宇宙速度1．三种宇宙速度1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星．1969年7月，美国“阿波罗11号”登上月球．2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空．2010年10月1日，我国的“嫦娥二号”探月卫星发射成功．2013年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)发射人造地球卫星需要足够大的速度．(√)(2)卫星绕地球运行不需要力的作用．(×)(3)卫星的运行速度随轨道半径的增大而增大．(×)(4)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.(×)(5)在地面上发射人造地球卫星的最小速度是7.9 km/s.(√)2．中国计划于2020年发射火星探测器，探测器发射升空后首先绕太阳转动一段时间再调整轨道飞向火星．火星探测器的发射速度( )A ．等于7.9 m/sB ．大于16.7 m/sC ．大于7.9 m/s 且小于11.2 m/sD ．大于11.2 m/s 且小于 16.7 m/sD [第一宇宙速度为7.9 km/s ，第二宇宙速度为11.2 km/s ，第三宇宙速度为16.7 km/s ，由题意可知：火星探测器的发射速度大于11.2 km/s 且小于16.7 km/s.故D 正确．]3．关于地球同步卫星的说法正确的是( )A ．所有地球同步卫星一定在赤道上空B ．不同的地球同步卫星，离地高度不同C ．不同的地球同步卫星的向心加速度大小不相等D ．所有地球同步卫星受到的向心力大小一定相等A [地球同步卫星一定位于赤道上方，周期一定，离地面高度一定，向心加速度大小一定，所以A 项正确，B 、C 项错误；由于F ＝G Mm r2，所以不同的卫星质量不同，其向心力也不同，D 项错误．]人造卫星和同步卫星问题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．如图所示．2．地球同步卫星(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星．(2)特点①确定的转动方向：和地球自转方向一致．②确定的周期：和地球自转周期相同，即T＝24 h.③确定的角速度：等于地球自转的角速度．④确定的轨道平面：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合．⑤确定的高度：离地面高度固定不变(3.6×104 km)．⑥确定的环绕速率：线速度大小一定(3.1×103 m/s)．【例1】(多选)如图所示，赤道上随地球自转的物体A、赤道上空的近地卫星B、地球同步卫星C，它们的运动都可视为匀速圆周运动，比较三个物体的运动情况，以下判断正确的是( ) A．三者的周期关系为T A＜T B＜T CB．三者向心加速度大小关系为a A＞a B＞a CC．三者角速度的大小关系为ωA＝ωC＜ωBD．三者线速度的大小关系为v A＜v C＜v B思路点拨：该题抓住以下特点分析：①A 、C 的共同特点：具有相同的周期和角速度．②B 、C 的共同特点：F 万＝F 向，即GMm r 2＝m v 2r等． CD [因为同步卫星转动周期与地球自转周期相同，故T A ＝T C ，故A 错误；因为同步卫星的周期和地球自转相同，故ωA ＝ωC ，根据a ＝rω2知，A 和C 的向心加速度大小关系为a A ＜a C ，故B 错误；因为A 、C 的角速度相同，抓住B 、C 间万有引力提供圆周运动向心力有：G mM r 2＝mrω2 可得角速度ω＝GM r 3，所以C 的半径大，角速度小于B 即：ωA ＝ωC ＜ωB ，C 正确；B 、C 比较：G mM r 2＝m v 2r得线速度v ＝GM r ，知v C ＜v B ，A 、C 间比较：v ＝rω，知C 半径大线速度大，故有v A ＜v C ＜v B, D 正确．故选C 、D.]同步卫星、近地卫星和赤道上随地球自转物体的比较(1)近地卫星是轨道半径近似等于地球半径的卫星，卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供．同步卫星是在赤道平面内，定点在某一特定高度的卫星，其做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供．在赤道上随地球自转做匀速圆周运动的物体是地球的一部分，它不是地球的卫星，充当向心力的是物体所受的万有引力与重力之差．(2)近地卫星与同步卫星的共同点是卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供；同步卫星与赤道上随地球自转的物体的共同点是具有相同的角速度．当比较近地卫星和赤道上物体的运动规律时，往往借助同步卫星这一纽带，这样会使问题迎刃而解．1．我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高．“高分五号”轨道高度约为705 km ，而“高分四号”轨道高度约为36 000 km ，它们都绕地球做圆周运动．与高分四号相比，下列物理量中“高分五号”较小的是( )A ．周期B ．角速度C ．线速度D ．向心加速度A [设地球质量为M ，人造卫星质量为m ，人造卫星做匀速圆周运动时，根据万有引力提供向心力有G Mm r 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r ＝ma ，得v ＝GM r ，ω＝GM r 3，T ＝2πr 3GM ，a ＝GM r2，因为“高分四号”的轨道半径比“高分五号”的轨道半径大，所以选项A 正确，B 、C 、D 错误．]第一宇宙速度的理解和计算对于近地人造卫星，轨道半径r 近似等于地球半径R ＝6 400 km ，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g ＝9.8 m/s 2，则方法一：r ≈R ―――――――→万有引力提供向心力G Mm R 2＝m v 2R ―→v ＝GM R≈7.9 km/s 方法二：万有引力近似等于卫星重力――――――――→卫星重力提供向心力mg ＝m v 2R―→v ＝gR ≈7.9 km/s 2．决定因素由第一宇宙速度的计算式v ＝GM R可以看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量M 和半径R ，与卫星无关．3．对发射速度和环绕速度的理解(1)“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度．(2)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由G Mm r 2＝m v 2r 可得v ＝GM r，轨道半径越小．线速度越大，所以在这些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度是最大环绕速度．【例2】 2017年11月5日19时45分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十四、二十五颗北斗导航卫星．若已知地球表面重力加速度为g ，引力常量为G ，地球的第一宇宙速度为v 1，则( )A ．根据题给条件可以估算出地球的质量B ．据题给条件不能估算地球的平均密度C ．第一宇宙速度v 1是人造地球卫星的最大发射速度，也是最小环绕速度D ．在地球表面以速度2v 1发射的卫星将会脱离太阳的束缚，飞到太阳系之外A [设地球半径为R ，则地球的第一宇宙速度为v 1＝gR ，对近地卫星有G Mm R 2＝mg ，联立可得M ＝v 41gG ，A 正确；地球体积V ＝43πR 3＝43π⎝ ⎛⎭⎪⎫v 21g 3，结合M ＝v 41gG ，可以估算出地球的平均密度为ρ＝3g 24πGv 21，B 错误；第一宇宙速度v 1是人造地球卫星的最小发射速度，也是最大的环绕速度，C 错误；第一宇宙速度v 1＝7.9 km/s ，第二宇宙速度v 2＝11.2 km/s ，第三宇宙速度v 3＝16.7 km/s ，在地球表面以速度2v 1发射的卫星，速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，此卫星称为绕太阳运动的卫星，D 错误．]地球三种宇宙速度的理解(1)三种宇宙速度均指在地球上的发射速度．(2)第一宇宙速度是卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，也是卫星的最小发射速度．(3)轨道半径越大的卫星，其运行速度越小，但其地面发射速度越大．2．若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为( )A ．16 km/sB ．32 km/sC ．4 km/sD ．2 km/sA [第一宇宙速度是近地卫星的环绕速度，对于近地卫星，其轨道半径近似等于星球半径，所受万有引力提供其做匀速圆周运动的向心力，根据万有引力定律和牛顿第二定律得G Mm r 2＝m v 2r解得v ＝GM r因为行星的质量M ′是地球质量M 的6倍，半径R ′是地球半径R 的1.5倍，故v ′v ＝GM ′R ′GMR ＝M ′R MR ′＝2 即v ′＝2v ＝2×8 km/s＝16 km/s ，A 正确．]人造卫星的变轨问题1卫星变轨时，先是线速度v 发生变化导致需要的向心力发生变化，进而使轨道半径r 发生变化．(1)当卫星减速时，卫星所需的向心力F 向＝m v 2r减小，万有引力大于所需的向心力，卫星将做近心运动，向低轨道变迁．(2)当卫星加速时，卫星所需的向心力F 向＝m v 2r增大，万有引力不足以提供卫星所需的向心力，卫星将做离心运动，向高轨道变迁．以上两点是比较椭圆和圆轨道切点速度的依据．2．飞船对接问题(1)低轨道飞船与高轨道空间站对接如图甲所示，低轨道飞船通过合理地加速，沿椭圆轨道(做离心运动)追上高轨道空间站与其完成对接．甲 乙(2)同一轨道飞船与空间站对接如图乙所示，后面的飞船先减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使飞船追上空间站时恰好具有相同的速度．【例3】 (多选)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 点时的加速度大于它在轨道2上经过Q 点时的加速度D ．卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度思路点拨：①判断卫星在不同圆轨道的运行速度大小时，可根据“越远越慢”的规律判断．②判断卫星在同一椭圆轨道上不同点的速度大小时，可根据开普勒第二定律判断，即离中心天体越远，速度越小．③判断卫星由圆轨道进入椭圆轨道或由椭圆轨道进入圆轨道时的速度大小如何变化时，可根据离心运动或近心运动的条件进行分析．④判断卫星的加速度大小时，可根据a ＝F m ＝G M r 2判断． BD [对A ：G Mm r 2＝m v 2r ，移项化简得v ＝GM r，所以卫星在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率，所以A 错误．对B ：G Mm r 2＝mω2r ，移项化简得ω＝GM r 3，所以卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度，所以B 正确．对C ：G Mm r 2＝ma ，移项化简得GM r2＝a ，由于都在Q 点，轨道高度是相同的，所以a 是相同的，所以C 是错误的． 对D ：G Mm r 2＝ma ，移项化简得GM r2＝a ，由于都在P 点，轨道高度是相同的，所以a 是相同的，所以D 是正确的．]上例中，卫星在轨道2上的P 点向轨道3上转移时需要加速还是减速？卫星上的小火箭向哪个方向喷气？提示：加速 向后喷气3．(多选)如图所示，一飞行器围绕地球沿半径为r 的圆轨道1运动．经P 点时，启动推进器短时间向前喷气使其变轨，2、3是与轨道1相切于P 点的可能轨道．则飞行器( )A ．相对于变轨前运行周期变长B ．变轨后将沿轨道3运动C ．变轨前、后在两轨道上经P 点的速度大小相等D ．变轨前、后在两轨道上经P 点的加速度大小相等BD [由于在P 点推进器向前喷气，故飞行器将做减速运动，v减小，飞行器做圆周运动需要的向心力：F n ＝m v 2r减小，小于在P 点受到的万有引力：G Mm r2，则飞行器将开始做近心运动，轨道半径r 减小．根据开普勒行星运动定律知，卫星轨道半径减小，则周期减小，A 错误；因为飞行器做近心运动，轨道半径减小，故将沿轨道3运动，B 正确；因为变轨过程是飞行器向前喷气过程，故是减速过程，所以变轨前后经过P 点的速度大小不相等，C 错误；飞行器在轨道P 点都是由万有引力产生加速度，因为在同一点P ，万有引力产生的加速度大小相等，D 正确．选B 、D.]课 堂 小 结知 识 脉 络1.人造卫星环绕地球做匀速圆周运动，所需向心力由地球对卫星的万有引力提供．2．第一宇宙速度为7.9 km/s ，其意义为人造卫星的最小发射速度或最大环绕速度．A．第一宇宙速度是人造地球卫星运行时的最大速度B．第一宇宙速度是地球同步卫星的发射速度C．人造地球卫星运行时的速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间D．第三宇宙速度是物体逃离地球的最小速度A[第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，同时也是人造地球卫星的最大运行速度，故A对，B、C错；第二宇宙速度是物体逃离地球的最小速度，D错．]2．(多选)关于环绕地球运行的卫星，下列说法正确的是( ) A．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，可能具有相同的周期B．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率C．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同D．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合AB [分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，可能具有相同的周期，故A 正确；沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道对称的不同位置具有相同的速率，故B 正确；根据万有引力提供向心力，列出等式：G Mm R ＋h 2＝m (R ＋h )4π2T 2，其中R 为地球半径，h 为同步卫星离地面的高度．由于同步卫星的周期必须与地球自转周期相同，所以T 为一定值，根据上面等式得出：同步卫星离地面的高度h 也为一定值，故C 错误；沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面不一定重合，但圆心都在地心，故D 错误．]3．我国发射的“天宫”一号和“神舟”八号在对接前，“天宫”一号的运行轨道高度为350 km ，“神舟”八号的运行轨道高度为343 km.它们的运行轨道均视为圆周，则( )A ．“天宫”一号比“神舟”八号速度大B ．“天宫”一号比“神舟”八号周期长C ．“天宫”一号比“神舟”八号角速度大D ．“天宫”一号比“神舟”八号加速度大B [由G Mm r 2＝mrω2＝m v 2r ＝mr 4π2T 2＝ma ，得v ＝GM r，ω＝GM r 3，T ＝2πr 3GM ，a ＝GM r 2，由于r 天>r 神，所以v 天<v 神，ω天<ω神，T 天>T 神，a 天<a 神；故正确选项为B.]4．(多选)2017年4月，我国第一艘货运飞船天舟一号顺利升空，随后与天宫二号交会对接．假设天舟一号从B 点发射经过椭圆轨道运动到天宫二号的圆轨道上完成交会，如图所示，A 、B 两点分别为椭圆轨道的远地点和近地点．则( )A ．天宫二号的运行速度小于7.9 km/sB ．天舟一号在A 点的速度大于天宫二号的运行速度C ．天舟一号运行周期小于天宫二号的运行周期D ．天舟一号在A 点的加速度大于天宫二号在A 点加速度 AC [7.9 km/s 是绕地球做圆周运动的最大环绕速度，天宫二号的运行速度小于7.9 km/s ，故A 正确．天舟一号在A 点加速才能进入天宫二号的圆轨道，则天舟一号在A 点的速度小于天宫二号的运行速度，选项B 错误；根据开普勒第三定律a 3T 2＝k 可知，天舟一号运行的半长轴小于天宫二号的运行半径，则天舟一号运行周期小于天宫二号的运行周期，选项C 正确；根据a ＝GM r 2可知天舟一号在A 点的加速度等于天宫二号在A 点加速度，选项D 错误．]。

6.5宇宙航行主备人：贾宝善审批人：备课时间：2012/3/28 授课时间：【三维目标】知识与技能1、了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。

2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

过程与方法通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。

情感态度与价值观1、通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。

2、感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。

【学习重点】会推导第一宇宙速度，了解第二宇宙速度和第三宇宙速度。

【学习难点】1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。

2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。

【知识链接】1、中国航天事业自1956年创建以来，经历了艰苦创业、配套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期，迄今已达到了相当规模和水平：形成了完整配套的研究、设计、生产和试验体系；建立了能发射各类卫星和载人飞船的航天器发射中心和由国内各地面站、远程跟踪测量船组成的测控网；建立了多种卫星应用系统，取得了显著的社会效益和经济效益；建立了具有一定水平的空间科学研究系统，取得了多项创新成果；培育了一支素质好、技术水平高的航天科技队伍。

中国在卫星回收、一箭多星、低温燃料火箭技术、捆绑火箭技术以及静止轨道卫星发射与测控等许多重要技术领域已跻身世界先进行列；在遥感卫星研制及其应用、通信卫星研制及其应用、载人飞船试验以及空间微重力实验等方面均取得重大成果。

2、人造卫星绕地球运行的动力学原因：人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由提供。

3、人造卫星的运行速度：（设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，）高轨道上运行的卫星半径越大，线速度越4、人造卫星的运行角速度？高轨道上运行的卫星，角速度越5、人造卫星的运行周期?高轨道上运行的卫星,周期越【学习过程】1、牛顿对人造卫星原理的描绘：设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。

物理必修2人教新课件6.5宇宙航行导学案【预习目标】1.查阅资料了解人造卫星旳有关知识·2.知道三个宇宙速度旳含义·【预习内容】1．第一宇宙速度关于第一宇宙速度有三种说法：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到旳最小速度，是近地卫星旳环绕速度，是地球卫星旳最大运行速度·其值为：______________·2．第二宇宙速度，是飞行器克服地球旳引力，离开地球束缚旳速度，是在地球上发射绕太阳运行或飞到其他行星上去旳飞行器旳最小发射速度·其值为：________·第三宇宙速度，是在地面附近发射一个物体，使它挣脱太阳引力旳束缚，飞到太阳系外，必须达到旳速度·其值是_________·3．拓展辨析:a:运行速度:指卫星在稳定旳轨道上绕地球转动旳线速度b:发射速度:指被发射物体离开地面时旳初速度①宇宙速度均指发射速度②第一宇宙速度为在地面发射卫星旳最小速度，也是环绕地球运行旳最大速度·【预习自测】1.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速度是下列旳（）A．一定等于7.9 km/s B．等于或小于7.9 km/sC．一定大于7.9 km/s D．介于7.9～11.2 km/s之间2.人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，下列说法正确旳是（）A.半径越大，速度越小，周期越小B.半径越大，速度越小，周期越大C.所有卫星旳速度均是相同旳，与半径无关D.所有卫星旳角速度均是相同旳，与半径无关3. 在地球 (看作质量均匀分布旳球体)上空有许多人造卫星,下面说法中正确旳是 ( )A. 它们旳质量可能不同B. 它们旳速度可能不同C. 它们旳向心加速度可能不同D. 它们离地心旳距离可能不同4. 关于第一宇宙旳速度，下面说法正确旳是（）A．它是人造地球卫星绕地球飞行旳最小速度B．它是人造地球卫星在近地圆轨道上旳运行速度C．它是能使卫星进入近地圆形轨道旳最小发射速度D．它是卫星在椭圆轨道上运动时近地点旳速度【我旳疑惑】探究案【学习目标】1.第一宇宙速度旳推导过程·2.能够建立环绕速度与轨道半径旳关系·3.能够区分人造地球卫星旳运行速度和发射速度·【学习重点】第一宇宙速度旳推导过程·【学习难点】环绕速度与轨道半径旳关系·【方法指导】自主阅读、合作探究、精讲精练·【自主探究】一、第一宇宙速度旳推导【思考】抛出旳石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？1．平抛物体旳速度逐渐增大，物体旳落地点如何变化？2．速度达到一定值后，物体能否落回地面？3．若不能，此速度必须满足什么条件？4．若此速度再增大，又会出现什么现象？5．此抛出旳物体速度增大何种程度才能绕地球做圆周运动？总结：1.第一宇宙速度：大小：意义：2.第二宇宙速度：大小：意义：3.第三宇宙速度：大小：意义：思考：利用所学知识，能否用其他方法推导第一宇宙速度旳表达式？二、人造地球卫星环绕速度与轨道半径旳关系·已知某人造地球卫星距离地面旳高度为地球半径旳2倍，设地球质量为M，地球半径为R，试求解该卫星旳运行速度？思考：如果卫星旳轨道半径增大，其运行速度如何变化？卫星旳发射难度是困难了还是容易了？总结：人造地球卫星旳环绕速度与轨道半径旳关系？拓展：人造地球卫星旳周期、线速度、角速度、向心加速度与轨道半径旳关系？例题：1970年4月25日18点，新华社授权向全世界宣布：1970年4月24日，中国成功地发射了第一颗人造卫星，卫星向全世界播送“东方红”乐曲·已知卫星绕地球一圈所用时间T=114分钟，地球半径R=6400km，地球质量M=6×1024kg·试估算这颗卫星旳离地平均高度·【当堂检测】1．人造地球卫星由于受大气阻力，其轨道半径逐渐减小，其相应旳线速度和周期旳变化情况（）A. 速度减小，周期增大B. 速度减小，周期减小C. 速度增大，周期增大D. 速度增大，周期减小2.一颗人造卫星在离地面高度等于地球半径旳圆形轨道上运行，已知卫星旳第一宇宙速度是v1＝7.9km/s，求：（1）这颗卫星运行旳线速度多大？（2）它绕地球运动旳向心加速度多大？【课后作业】请完成教材P48页1、2、3题训练案1．航天飞机绕地球做匀速圆周运动时，机上旳物体处于失重状态，是指这个物体（）A. 不受地球旳吸引力B. 受到地球吸引力和向心力平衡C. 受到地球旳引力提供了物体做圆周运动旳向心力D. 对支持它旳物体旳压力为零2．关于宇宙速度，下列说法正确旳是（）A．第一宇宙速度是能使人造地球卫星绕地球飞行旳最小发射速度B．第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行旳最小速度C．第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时近地点旳速度D．第三宇宙速度是发射人造地球卫星旳最小速度3．假如一颗做圆周运动旳人造地球卫星旳轨道半径增大到原来旳2倍，仍做圆周运动，则( )A．根据公式v=ωr，可知卫星运动旳线速度将增大到原来旳2倍B．根据公式F=mv2/r，可知卫星所需旳向心力将减小到原来旳1/2C．根据公式F=GMm/r2，可知地球提供旳向心力将减小到原来旳1/4D．根据上述B和C中给出旳公式，可知卫星运动旳线速度将减小到原来旳2/24．关于绕地球做匀速圆周运动旳人造地球卫星，以下判断正确旳是( )A．同一轨道上，质量大旳卫星线速度大B．同一轨道上，质量大旳卫星向心加速度大C．离地面越近旳卫星线速度越大D．离地面越远旳卫星线速度越大5．据观测，某行星外围有一模糊不清旳环，为了判断该环是连续物还是卫星群，又测出了环中各层旳线速度υ旳大小与该层至行星中心旳距离R，则以下判断中正确旳是( ) A．若v与R成正比，则环是连续物B．若υ与R成反比，则环是连续物C．若v2与R成正比，则环是卫星群D．若υ2与R成反比，则环是卫星群6．1990年3月，中国紫金山天文台将1965年9月20日发现旳第2752号小行星命名为吴健雄星，其直径32km·如该行星旳密度和地球旳密度相同，则对该小行星而言，第一宇宙速度为多少？（已知地球半径R0=6400km，地球旳第一宇宙速度v1≈8km/s）。

6.5 宇宙航行【整体设计】本节重点讲述人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度.人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。

.教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。

因此本节课是“万有引力定律与航天”中的重要内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。

另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。

本节内容涉及人造卫星的运动规律和三个宇宙速度的含义，在处理有关卫星的问题时，可以按匀速圆周运动模型处理，进而结合向心力公式、向心加速度公式及圆周运动公式，推导已知量和未知量的关系。

学习宇宙速度时，要对比记忆，明确其物理意义.应掌握推导过程，体会推导第一宇宙速度的物理思想，另外，结合向心运动或离心运动分析卫星轨道如何变化或改变的原因。

【教学重点】会推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度.【教学难点】运行速率与轨道半径之间的关系.【课时安排】1课时【三维目标】知识与技能1.了解人造卫星的有关知识。

2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

3.通过实例，了解人类对太空的探索历程。

过程与方法1.能通过航天事业的发展史说明物理学的发展对于自然科学的促进作用。

2.通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。

情感态度与价值观1.通过对我国航天事业发展的了解，进行爱国主义的教育。

2.关心国内外航空航天事业的发展现状与趋势，有将科学技术服务于人类的意识。

【课前准备】多媒体课件【教学过程】新课导入飞天梦想：敦煌的飞天壁画嫦娥奔月外国人的飞天梦想课堂探究思考：抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星、月亮没有落下来必须具备什么条件？牛顿的人造卫星原理图：探究问题一：以多大的速度抛出一个物体，它才会绕地球表面运动不会落下来？(已知Ｇ=6.67×10-11N·m2/kg2 , 地球质量M=5.89×1024kg, 地球半径R=6400km)法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力法二：重力提供物体作圆周运动的向心力（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2）一、宇宙速度1.第一宇宙速度（v=7.9km/s）：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。

6.5 宇宙航行 学案（人教版必修2）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．第二宇宙速度是指将卫星发射出去使其克服____________，永远离开地球，即挣脱地 球的________束缚所需要的最小发射速度，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 /sB ．等于或小于7.9 km /sC ．一定大于7.9 km /sD ．介于7.9 km /s ～11.2 km /s6．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 2r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 r2，可知地球提供的向心力将 减小到原来的14④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 22A ．①③B ．②③C ．②④D ．③④【概念规律练】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( )A ．7.9 km /sB ．16.7 km /sC ．2.9×104 km /sD ．5.8×104 km /s知识点二 人造地球卫星的运行规律3．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R ，线速度为v ，周期为T ，若使该 卫星的周期变为2T ，可行的办法是( )A ．R 不变，线速度变为v 2B ．v 不变，使轨道半径变为2RC ．轨道半径变为34RD ．v 不变，使轨道半径变为R 24．在圆轨道上运动的质量为m 的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R ，地 面上的重力加速度为g ，求：(1)卫星运动的线速度；(2)卫星运动的周期．知识点三 地球同步卫星5．关于地球同步卫星，下列说法正确的是( )A ．它的周期与地球自转周期相同B ．它的周期、高度、速度大小都是一定的C ．我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空D ．我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空6．据报道，我国的数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发 射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同 步轨道．关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是( )A ．运行速度大于7.9 km /sB ．离地面高度一定，相对地面静止C ．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D ．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等【方法技巧练】卫星变轨问题的分析方法7．发射地球同步卫星时，图1先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将 卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q 点，轨道2、3相切于P 点，如图1所示，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 点时的加速度大于它在轨道2上经过Q 点时的加速度D ．卫星在轨道2上经过P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度8．宇宙飞船在轨道上运行，由于地面指挥人员发现某一火箭残体的轨道与飞船轨道有一 交点，通知宇航员某一时间飞船有可能与火箭残体相遇．宇航员随即开动飞船上的发动 机使飞船加速，脱离原轨道，关于飞船的运动，下列说法正确的是( )A ．飞船高度降低B ．飞船高度升高C ．飞船周期变小D ．飞船的向心加速度变大参考答案课前预习练1．近地轨道 最大环绕 最小 7.9 km/s2．地球引力 引力 11.2 km/s3．引力 太阳系 16.7 km/s4．引力 m v 2r mω2r m (2πT )2r GM rGM r 32πr 3GM5．B 6．BC [第一宇宙速度是指卫星围绕天体表面做匀速圆周运动的线速度，满足关系G Mm R2＝m v 2R ，即v ＝GM R，且由该式知，它是最大的环绕速度；卫星发射得越高，需要的发射速度越大，故第一宇宙速度等于最小发射速度的数值，因此B 、C 正确．]7．D [人造卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供，由F ＝G Mm r2知轨道半径增大到原来的2倍，地球提供的向心力等于卫星所需的向心力，将变为原来的14，②错误，③正确；由G Mm r 2＝m v 2r 得v ＝ GM r知r 增加到原来的2倍时，速度变为原来的22，①错误，④正确，故D 正确．] 课堂探究练1．A [第一宇宙速度又叫环绕速度，A 对，B 错．根据G Mm R 2＝m v 2R可知环绕速度与地球的质量和半径有关，C 、D 错．]2．D [中子星上的第一宇宙速度即为它表面处的卫星的环绕速度，此时卫星的轨道半径近似地认为是该中子星的半径，且中子星对卫星的万有引力充当向心力，由G Mm r 2＝m v 2r， 得v ＝ GM r ，又M ＝ρV ＝ρ4πr 33，得v ＝r 4πGρ3＝ 1×104×4×3.14×6.67×10－11×1.2×10173m/s ＝5.8×107 m/s.] 点评 第一宇宙速度是卫星紧贴星球表面运行时的环绕速度，由卫星所受万有引力充当向心力即G Mm r 2＝m v 2r 便可求得v ＝GM r. 3．C [由GMm R 2＝mR 4π2T 2得，T ＝4π2R 3GM ＝2πR 3GM ，所以T ′＝2T ＝2πR ′3GM，解得R ′＝34R ，故选C.]4．(1)gR 2 (2)4π2R g解析 (1)人造地球卫星受地球的引力提供向心力，则GMm (2R )2＝m v 22R在地面，物体所受重力等于万有引力，GMm R2＝mg 两式联立解得v ＝gR 2. (2)T ＝2πr v ＝2π·2R gR 2＝4π2R g . 5．ABD 6．BC [由题意知，定点后的“天链一号01星”是同步卫星，即T ＝24 h ．由GMm r 2＝m v 2r＝mω2r ＝m 4π2T 2r ＝ma ，得：v ＝GM r ，运行速度应小于第一宇宙速度，A 错误．r ＝3GMT 24π2，由于T 一定，故r 一定，所以离地高度一定，B 正确．由ω＝2πT，T 同<T 月，ω同>ω月，C 正确．a ＝rω2＝r (2πT)2.赤道上物体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，故赤道上物体的向心加速度小于同步卫星的向心加速度，D 错误．]7．BD [本题主要考查人造地球卫星的运动，尤其是考查了地球同步卫星的发射过程，对考生理解物理模型有很高的要求．由G Mm r 2＝m v 2r 得，v ＝ GM r .因为r 3>r 1，所以v 3<v 1.由G Mm r 2＝mω2r 得，ω＝GM r 3.因为r 3>r 1，所以ω3<ω1.卫星在轨道1上经Q 点时的加速度为地球引力产生的加速度，而在轨道2上经过Q 点时，也只有地球引力产生加速度，故应相等．同理，卫星在轨道2上经P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度．]8．B [当宇宙飞船加速时，它所需向心力增大，因此飞船做离心运动，轨道半径增大，由此知A 错误，B 正确；由式子T ＝2πr 3GM 可知，r 增大，T 增大，故C 错误；由于a ＝GM r2，r 增大，a 变小，D 错误．]高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。

§6、5宇宙航行【学习目标】1、会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度2、记住三个宇宙速度的含义和数值3、了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点、卫星变轨问题【重难点】重点：第一宇宙速度的推导过程和方法难点：1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。

2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换预习案【自主学习】------大胆试1、第一宇宙速度的表达式为____________和____________，其大小为____________；第二宇宙速度的大小为____________；第三宇宙速度的大小为____________。

2、人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则万有引力提供向心力，即：F引=F向，公式为：___________=ma=_________=_____ __=____ ___课堂探究案【合作探究】------我参与探究点一、宇宙速度1、16世纪牛顿就曾思考过这样一个问题：从地球的高山上将物体水平抛出，速度越大，落地点就。

如果抛出的速度足够大，物体就不再落回地面，它将运动，成为一颗。

【例题】1. 设地球质量为M，半径为R，求以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？请你用万有引力的有关知识把它听得懂 会做题 想明白 讲清楚 能命题 - 2 -8 一题多解 一题多变 多题一解算出来，要求写出计算步骤和结果。

（M=,kg 1098.524⨯ R=m 6104.6⨯）。

【例题】2.宇宙第一速度的另一种推导方法：在地面附近，万有引力近似等于重力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力。

【知识扩展】第一宇宙速度也叫环绕速度，是发射人造地球卫星所必须达到的最 发射速度，也是卫星在地球表面附近围绕地球做匀速圆周运动的运行速度，是人造地球卫星的最 运行速度。

2、第二宇宙速度，大小： 。

意义：使卫星挣脱 的束缚，成为绕 运行的人造行星的最小发射速度，也称为逃逸速度。

5宇宙航行问题导一、人造地球卫星的运行规律活动与探究1[]1．人造地球卫星的运行轨道是怎样的？2．设地球质量为M，卫星质量为，轨道半径为r。

试根据动力规律和圆周运动的公式推导人造卫星的线速度、角速度和周期，并说明这些物量与轨道半径有什么关系。

3．什么是地球同步卫星？地球同步卫星运行有什么特点？[]迁移与应用1甲、乙为两颗地球卫星，其中甲为地球同步卫星，乙的运行高度低于甲的运行高度，两卫星轨道均可视为圆轨道。

以下判断正确的是（）A．甲的周期大于乙的周期B．乙的速度大于第一宇宙速度．甲的加速度小于乙的加速度D．甲在运行时能经过北极的正上方1．在讨论有关卫星的运动规律时，关键要明确向心力、轨道半径、线速度、角速度、周期和向心加速度彼此影响、互相联系，只要其中一个量确定了，其他的量也就不变了；只要一个量发生了变，其他的量也随之变，不管是定性分析还是定量计算，必须抓住卫星运动的特点，万有引力提供卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力，由G错误！未定义书签。

＝错误！未定义书签。

＝ω2r＝错误！未定义书签。

r＝求出相应物量的表达式即可讨论或求解，需要注意的是、v、ω、T、均与卫星质量无关。

2．发射人造卫星要克服地球的引力做功，发射得越高，克服地球的引力做功越多，发射越困难。

所以在发射同步卫星时先让它进入一个较低的近地轨道（停泊轨道），然后通过点火加速，使之做离心运动，进入一个椭圆轨道（转移轨道），当卫星到达椭圆轨道的远地点时，再次通过点火加速使其做离心运动，进入同步轨道。

3．近地卫星是轨道半径近似等于地球半径的卫星，卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。

同步卫星是在赤道平面内，定点在某一特定高度的卫星，其做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。

在赤道上随地球自转做匀速圆周运动的物体是地球的一部分，它不是地球的卫星，充当向心力的是物体所受万有引力与重力之差。

二、宇宙速度活动与探究21．三个宇宙速度各是什么？有何物意义？2．当人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动时，其周期约为848分钟，那么能否发射一颗绕地球做匀速圆周运动，运行周期为80分钟的人造地球卫星呢？[]迁移与应用2我国成功发射“嫦娥”二号探月卫星，该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。

6．5 《宇宙航行》6．6 《经典力学的局限性》导学案【学习目标】1．了解人造地球卫星的最初构想；2．会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题；3．知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度4．了解经典力学的局限性【重点难点】第一宇宙速度的推导和对第一宇宙速度的确切理解【学法指导】认真阅读教材，第一宇宙速度的概念，理解三个宇宙速度的示意图.【知识链接】将天体(行星或卫星）的运动简化为匀速圆周运动，天体所需的向心力由万有引力提供，则天体的绕行速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系总结如下：（1）由22GMm vmr r=得，=v_______，可见，轨道半径r越大，v________；（2）由_________=__________得，=ω______，可见，r越大，ω________；(3）由_________=___________得，T=_________，可见，r越大，T______；（4）由_________=ma得，a=________,可见，r越大，a________。

【学习过程】一、宇宙速度阅读教材44页.体会牛顿对人造地球卫星的最初构想。

1．第一宇宙速度。

第一宇宙速度是卫星在___________附近做________圆周运动时必须具有的线速度.思考2：根据“知识链接”， 第一宇宙速度是所有沿圆轨道运行的卫星中_______的线速度。

思考3：理解第一宇宙速度,需要强调哪两个要点？________________________________ 卫星所受的向心力由万有引力提供，即R v m RMm G 212=，得v 1=___________，又星球表面万有引力约等于重力，即mg RMm G =2,故v 1=_________。

思考4:计算地球的第一宇宙速度。

R=6．37×106m ，地面g=9．8m/s 2,v 1=_________. 思考5：神舟号飞船距离地面的高度约为340km ，根据上面的讨论，你能否得出神舟号飞船的线速度？(7．7km/s ）解：2．第二宇宙速度第二宇宙速度，是指在星球______附近发射飞行器，使其克服该星球的引力永远离开该星球所需的最小速度，也是能绕该星球做椭圆运动的卫星在近地点的最大速度.地球的第二宇宙速度v Ⅱ=11．2km/s 。

第六章万有引力与航天第5节宇宙航行【教学目标】：(一)知识目标：⑴了解人造卫星的有关知识⑵知道三个宇宙速度的含义⑶会计算第一宇宙速度⑷知道地球同步卫星的有关知识(二)能力目标：在学习牛顿对宇宙航行的思考过程的同时，学习科学猜想与假设的方法(三)德育目标：通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情，通过我国航天成就的介绍，激发学生的民主自豪感【教学重点】：第一宇宙速度的推导【教学难点】：卫星的发射速度与运行速度的的准确理解【教学方法】：演示、讲练结合【教学用具】：视频课件《人造卫星的发射、人造卫星围绕地球的运动》；多媒体投影仪。

【教学过程】：(一)复习提问:1.牛顿第二定律及公式2.向心加速度的各种表达式3.万有引力定律的表达式(二)新课教学：一.引入新课:1.播放视频课件《人造卫星的发射、人造卫星围绕地球的运动》2.1970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. 2003年10月15日,我国神舟五号载人飞船成功发射，将中国第一位航天员送于太空.这节课我们来学习有关人造地球卫星发射和运行的基本知识.二.讲授新课:1.牛顿的人造卫星设想:如果地面上空有一个相对于地面静止的物体, 它只受到重力的作用,那么它将做自由落体运动.如果物体在空中具有一定的初速度, 且初速的方向与重力方向垂直,那么它将做平抛运动.牛顿就曾设想, 从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了.（介绍牛顿设想卫星射的示意图）2.宇宙速度:⑴第一宇宙速度:当物体的水平速度达到多大时,物体在重力作用下, 才不会落到地面上来,而围绕地球作匀速圆周运动,成为人造地球卫星呢?由于人造地球卫星在空中运行时,仅受到地球对它的万有引力作用,这时,它就是卫星做匀速圆周运动所需要的向心力,即:GMm/r2=m V2/r∴V=（GM/r）1/2从上式可见,r越大,即卫星离地面越高, 它环绕地球运动的速度V越小.对于靠近地面运行的卫星,可以认为r近似等于地球的半径R地, 地球对物体的引力,近似等于卫星的重力mg,则有:V=（gR地）1/2将g=0.0098km/s2和R地=6370km代入上式有:V=7.9km/s这就是人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度,叫第一宇宙速度.也叫环绕速度.说明：①第一宇宙速度7.9km/s是卫星的最小发射速度，最大环绕速度②由于卫星绕地球运行的向心力是万有引力，所以所有卫星轨道的圆心都在地心上⑵第二宇宙速度:如果人造地球卫星进入轨道的速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它绕地球运行的轨迹就不是圆而是椭圆了.当卫星的速度等于或大于11.2km/s的速度时,卫星就可以挣脱地球的引力的束缚,成为绕太阳运动的人造行星,或飞到其它行星上去.所以11.2km/s这个速度叫做第二宇宙速度.也叫脱离速度说明：是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度⑶第三宇宙速度:达到第二宇宙速度的卫星还受到太阳的束缚, 要想挣脱太阳的束缚,飞到太阳系以外的空间,速度必须大于16.7km/s, 这个速度叫做第三宇宙速度.也叫逃逸速度是挣脱太阳束缚的最小发射速度。

第六章万有引力与航天6.5 宇宙航行★教学目标(一)知识与技能1.了解人造卫星的有关知识2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

(二)过程与方法3.通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。

4.利用离心运动和向心运动的知识点理解卫星变轨时应该加速还是减速，及其它一些变轨问题。

(三)情感态度与价值观5.通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。

6.感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。

★教学重点1.对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。

2.人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。

3.识记第二宇宙速度及第三宇宙速度，了解一些卫星变轨知识。

★教学难点1.对第一宇宙速度的推导过程和方法2.一些卫星变轨知识★教学过程一、天体运动的速度、角速度、周期及加速度师：前面学习中，我们研究分析了大量天体运动实例，现在我们来对天体运动的线速度、角速度、周期及加速度进行总结归纳，方便记忆理解。

师：设天体A绕天体B做匀速圆周运动，则天体A的线速度、角速度、周期及加速度的大小分别由哪些量决定？生：由22r Mm G r m v =有r GM v =，利用公式r v ω=有3r GM=ω，利用公式T πω2=有GMr T 32π=，据m F a =有2r GM a =。

师：对！总结起来就是【牢记】：r GM v = 3r GM =ω GM r T 32π=2r GM a = 例1、如图所示，4321m m m m >=>，试比较四颗卫星的线速度、角速度、周期及加速度的大小关系。

【解析】：有上面公式即可，与卫星的质量无关，只与中心天体质量M 、轨道半径r 有关。

观看动画：不同轨道卫星；人造卫星（第三个片段）二、卫星的轨道平面【问题】：请大家看下面的几条卫星轨道，试判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的。

A【解析】：ACD 可能，B 不可能。

【课题名称】 6.5 宇 宙 航 行（二）
课型 新授课 课时1
【学习目标】
1.进一步了解人造卫星的有关知识。

2.了解有关同步卫星的知识。

3.了解有关卫星的发射和运行以及卫星的超重和失重。

【学习重点】 有关卫星的发射和运行以及卫星的超重和失重
【学法指导】
合作探究、归纳总结；
【导学过程】（学习方式、学习内容、学习程序、问题）
【预习导学笔记】 【知识回顾】
1.卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供，由此推出：卫星的绕行速度、角速度、周期与半径r 的关系。

①由r v m r
Mm G 2
2=得r
GM
v =
，r 越大，v 越小。

②由22M m
G m r r
ω=得3r
GM
=
ω，r 越大，ω越小。

③由22
24T
mr r Mm G π=得GM
r T 3
24π=
，r 越大，T 越大。

式中r 是卫星运行轨道到地球球心的距离。

2.要将人造卫星发射到预定的轨道上，就需要给卫星一个发射速度。

发射速度随着发射高1的增加而增大。

最小的发射速度为
s km gR R GM
v /9.7===，即第一宇宙速度，它是人造卫星在地
面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，也是卫星的最大绕行速度。

【课前预习案】
知识点一 同步卫星
同步卫星指在赤道平面内，以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运动的卫星。

同步卫星也叫地球静止卫星。

6.5 宇宙航行★新课标要求（一）知识与技能1、了解人造卫星的有关知识。

2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

（二）过程与方法通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力（三）情感、态度与价值观1、通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。

2、感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。

★教学重点、难点第一宇宙速度的推导、运行速率与轨道半径之间的关系★教学建议随着航天事业的飞速发展，人造地球卫星的应用也越来越广泛.从高考命题的指导思想来看，要求高考试题具有时代气息，反映现代科技的发展和动向，因此有关卫星的问题将继续是高考的热点问题。

解决卫星的运动问题，其依据都是万有引力提供向心力，列出相应的方程，就可得出向心加速度、线速度、角速度、周期跟轨道半径的关系.通过例题和练习，帮助学生掌握这一基本方法。

★教学片段1、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？2、物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系?3、若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？学生活动：分组讨论，得出结论。

1、由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球的引力（即重力），用来充当绕地运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来。

2、由平抛物体的运动规律知：x =v 0t① h =221gt ② 联立①、②可得： x =v 0gh 2 即物体飞行的水平距离和初速度v 0及竖直高度h 有关，在竖直高度相同的情况下，水平距离的大小只与初速度v 0有关，水平初速度越大，飞行的越远。

3、当平抛的水平初速度足够大时，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。

学生活动：阅读课文，找出相应答案。

1、卫星绕地球运转时做匀速圆周运动，此时的动力学方程是：G rv m r Mm 22= 2、向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。