高中物理第三章4人造卫星宇宙速度教案3教科版必修2

人造卫星宇宙速度【教学目标】1、知识与技能（1）了解人造卫星的有关知识（2）分析人造卫星的运动规律（3）掌握三个宇宙速度的物理意义，（4）会推导第一宇宙速度；（5）简单了解航天发展史；（6）能用所学知识求解卫星基本问题。

2、过程与方法（1）培养学生观察数据分析数据的能力；（2）培养学生科学推理、探索能力；（3）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；（4）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。

（5）培养学生自学和应用网络资源的能力。

（6）理解科学技术与社会的互动关系，培养学生科学的民主意识。

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。

【教学重难点】教学重点：（1）卫星运行的动力学特点规律，第一宇宙速度的推导。

教学难点：（1）卫星的运行速度与发射速度的区别；（2）第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星运行的最大速度。

【教学方法】讲授、讨论并辅以多媒体演示及网络环境下的自学等多种形式的教学方法。

体现信息化教学和综合化的思路，有效合理地应用各种教育教学手段，丰富学生的学习方式，优化教学过程。

【教学器材】网络设备及相应的教学软件。

【教学手段】多媒体设备、物理课件【教学过程】一、新课引入教师：（ppt 关于嫦娥奔月，万户，宇宙苍穹的图片）有一个传说凄惨而美丽，有一个假设大胆但无知，有一种追求几代人一直在继续……学生：欣赏图片。

教师：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？学生：实现了。

（激起学生兴趣）教师：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。

提问1：（1）世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的？（2）我国哪一年发射了自己的人造卫星？（3）迄今我国共发射了多少颗人造卫星？学生：踊跃回答教师：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。

4. 人造卫星——宇宙速度-教科版必修2教案一、人造卫星的定义和作用人造卫星是人类发射到地球或其他天体轨道上的机械装置，主要用于科学探测、通信、气象观测、导航定位等领域。

人造卫星的发射和运行需要达到特定的速度和高度条件，通常需要通过火箭运载发射到轨道上。

人造卫星的重要作用有：•科学探测：人造卫星可以探测外层空间的信息、画像、观测和研究宇宙的起源、天体物理、大气层、地球环境等方面的问题。

•通信传输：人造卫星可以提供全球范围内的通讯服务、广播电视信号、多媒体信息、移动通信、卫星导航等服务。

•气象观测：人造卫星可以通过气象遥感技术观测大气层的云层、温度、气压等参数，多普勒气象雷达技术，提高天气预报的准确率。

•导航定位：人造卫星还可以提供精准的卫星导航、地理信息服务，促进国际贸易、交通运输的发展。

二、人造卫星发射需要达到的速度人造卫星进入轨道需要两个速度阶段：离地速度和宇宙速度。

离地速度是指火箭飞行器从地面起飞到地球周围输送燃料的过程，也就是所谓的“脱离地心引力”阶段。

离地速度大小取决于火箭的起飞方式和质量大小，一般约为11km/s。

宇宙速度则是人造卫星在轨道上一直维持的速度，它是指在地球引力场的影响下，在轨道高度上一定距离上保持的最小速度。

宇宙速度的大小取决于人造卫星所处的轨道高度，一般在地球距离太阳平均距离的1/3公里每秒左右，大约为7.9km/s。

三、人造卫星轨道种类和运行方式人造卫星的轨道种类主要包括地球同步轨道、中地轨道、远地点轨道和低轨道。

•地球同步轨道（GEO）：在地球赤道上高度为3.5787万公里处，人造卫星绕地球旋转一周的时间恰好为24小时，与地球自转周期同步，能够与地球赤道上的某一点始终保持相同的位置，以实现卫星上的广播、电话、电视等通信和气象、环境监测等功能。

•中地轨道（MEO）：高度在2000-36000公里之间，主要用于卫星导航、车联网和移动通信等领域。

•远地点轨道（HBO）：高度在36000-400000公里间，适用于科学探测、通讯、观测和卫星导航等领域。

第4节人造卫星宇宙速度=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）Vt= 7. 9km/s地球质量：5.98X1O24kg 半桎：637X106m展示课件并讲解请学生根据所学知识，推导第一宇宙速度的另一种表达b= d推导：地面附近重力提供向心力,V mg = m —即R所以将R=6. 37X 10 m , g= 9. 8m/s?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、思考物体做圆用运动的向心力曲万商外力提供,E V2\向二m——16. 7km/&第一字击it火学习效果评价：本节课较好地完成了预定的教学目标，学生能应用万有引力定律解决简单的人造卫星和宇宙速度问题.此过程激发了学生的学习兴趣.但是本节也反映出学生的数学推理能力较差，建立物理模型解决实际问题的意识较弱.教学反思：本节课的教学活动，始终以学生为主体，精心设计学习活动，创设教学情境，调动学生积极性，及时启发、诱导、点拨，促进学生大胆猜想，独立思维，探索研究，经历、体验与牛顿研究人造卫星发射原理相似的“再发现”过程.2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分.在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1.放射性元素A经过2次a衰变和1次0衰变后生成一新元素B,则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了A. 1位B. 2位C. 3位D. 4位2.如图所示，质量为M的小车放在光滑水平面上，小车上用细线悬吊一质量为m的小球，M>m,用一力F水平向右拉小球，使小球和车一起以加速度a向右运动时，细线与竖直方向成a角，细线的拉力为T。

人造卫星宇宙速度
【教学目标】
1．认识人造卫星的有关知识及运动规律。

2．理解人造卫星的发射原理及宇宙速度的推导。

3．结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量。

【教学重点】
1．认识人造卫星的有关知识及运动规律。

2．结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量。

【教学难点】
会理解人造卫星的发射原理及宇宙速度的推导。

【教学过程】
一、情境导入
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。

你知道是谁率先提出了制造并发射人造地球卫星的设想吗？
二、新知学习
（一）从幻想到现实——人造卫星
1．卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体。

2．人造卫星用于通信、导航、侦察、收集气象数据和其他许多领域内的科学研究。

（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v1＝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v2＝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v3＝km/s，也叫逃逸速度。

【想一想】
如果要发射一个火星探测器，试问这个探测器将大体以多大的速度从地球上发射？
提示：火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度和第三宇宙速度之间，即11.2 km/s<v<16.7 km/s。

2019-学年高中创新设计物理教科版必修2学案：第3章第4节人造卫星宇宙速度精品教育1第4节人造卫星宇宙速度阅读教材第52页“人造卫星”部分，了解人类迈向太空的重大历史事件。

1．1895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基在《天地幻想和天球引力效应》论文中，率先提出制造人造地球卫星的设想。

2．1957年10月4日苏联成功发射了第一颗人造地球卫星。

思维拓展宇航员在太空中离开飞船后而不落回地面，是否是由于宇航员不再受到地球的引力作用？答案不是。

宇航员在太空中离开飞船后，依然绕地球运动，受到地球的引力提供向心力。

二、宇宙速度阅读教材第52～53页“宇宙速度”部分，初步了解人造卫星的动力学原理。

(1)不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？(2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？答案(1)不同。

由第一宇宙速度的计算式v＝GMR可以看出，第一宇宙速度的值取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关。

(2)越大。

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。

预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中人造地球卫星[要点归纳]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提供向心力。

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。

人造地球卫星的三种轨道2．卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系(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，叫做地球同步卫星。

(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)。

人造卫星宇宙速度【教材分析】本节是教科版《必修2》万有引力定律一章的最后一节，是引导万有引力定律的综合应用，是学生利用所学知识解决实际问题的内容．新教材增加了人造地球卫星从提出设想到成功发射的历程，并且揭示了人造地球卫星在通信、导航、收集气象数据和其他许多领域内的应用，加强了学生生活与现代社会及科技发展的联系，使学生更加关注物理学的技术应用所带来的社会问题，更加关注科学技术的现状及发展趋势可以增强学生的求知欲，发展科学探索的兴趣，学习科学探究的方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，体现了新课标的总体目标要求．了解人造卫星的有关知识；知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．新课程标准要求：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；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．【学情分析】学生应该知道什么是环绕速度，会通过公式计算人造卫星的环绕速度，知道为什么人造卫星不会从天上掉下来，分析卫星的运行规律．学生还应该知道什么是第二宇宙速度和第三宇宙速度，卫星达到第二宇宙速度和第三宇宙速度时将会怎样运动．【教学目标】通过本节课的学习探究，你应该：1.通过课内交流、小组讨论、教师点评，理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期及向心加速度与轨道半径的关系。

2.通过小组讨论、计算，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

3.了解人造卫星的相关知识及我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情。

【教学准备】视频、动画、网上资源、多媒体技术．【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．【教学方式】讲授、讨论．【教学过程】【活动一】知道人造卫星、推导人造卫星v、ω、a、T和半径的关系【活动二】宇宙速度阅读教师点评宇宙速度了解第二宇宙速度和第三宇宙速度的意义。

教师提问：当卫星的运行速度大于第一宇宙速度时，卫星又会怎样运动呢？导学生得出第二、第三宇宙速度的含义．培养阅读概括能力。

第4节人造卫星宇宙速度教学环节教学内容教学说明一、利用图片，创设情景，引出课题二、探究卫星是如何发射和环绕的1．由学生讲述卫星的形成过程．2．观看视频：“嫦娥一号”的发射、变轨和环绕地球运行的模拟演示．卫星的形成过程很复杂，经过简化可以看出有这样几步：发射、转轨、环绕．随着“神舟五号”、“神舟六号”和“嫦娥一号”的发射，各种媒体全方位报道，学生对卫星的了解程度已经很高了，给学生机会回顾和感受．提出问题．三、如何研究卫星的运动1．观看视频：卫星模拟轨道．一部分卫星的轨道是圆的，还有一部分卫星的轨道是椭圆的．我们把椭圆轨道也近似为圆来处理，这样就可以按照圆周运动的规律来研究卫星的运动了．2．神舟五号的椭圆轨道远地点和近地点的距离分别是 350 千米和 200 千米．地球半径是6400 千米，请学生讨论说明能否近似用圆周运动代替椭圆轨道研究卫星问题．3．探究卫星做圆周运动时由什么力提供向心力．地球对卫星的引力和卫星需要的向心力之间有什么样的关系？课件演示各种不同的卫星轨道．教师总是告诉学生用圆周运动规律处理卫星问题，学生会是心存疑虑：“这样的处理有用吗？”用圆周运动处理卫星问题不仅简化了问题，也是符合实际情况的．通过真实数据让学生心悦诚服地接受这种近似．四、推导卫星的环绕速度、角速度、周期（一）线速度以及线速度的变化1．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，这个运动就是卫星做匀速圆周运动所需要的向心力．根据由上式可知， 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地球对物体的引力近似等于卫星的重力 mg ，则有：由学生推导并讨论线速度、角速度、周期随轨道半径的变化．线速度随着半径的变化而变化．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，是所有环绕地球运动的卫星的最大速度．这个速度也是发射一颗地球人造卫星所具有的最小速度，叫第一宇宙速度．2．播放视频：三颗不同轨道卫星的速度不同学生学习卫星最大的难点在于没有空间整体形象，通过视频、课件让学生建立起地球与卫星之间的立体图景是很重要的．（二）角速度以及角速度的变化同步卫星（ 1 ）同步卫星的高度是确定的： h＝36000 km．（ 2 ）理解同步卫星“同步”的意义．（ 3 ）探究同步卫星的位置．2．观看视频：同步卫星的轨道以及同步卫星的发射．推导之后由学生讨论：角速度随着轨道半径的变化而变化．学生对同步卫星这个词很熟悉，对什么是同步、什么位置可以同步不了解．提出问题：是否可以在北京上空固定一颗同步卫星？（三）周期以及周期的变化周期最小的卫星同时也是速度最大的卫星．2．观看视频：离地面不同高度的卫星速度大小不同，周期不同．3．讨论：线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系：一定四定，一变四变．推导之后由学生讨论：周期随着轨道半径的变化而变化．视频中三颗不同的卫星，轨道半径、线速度、角速度、周期都不同，对同一颗卫星来说，这四个物理量之间有着怎样的关系？五、卫星的发射速度1．讨论卫星是怎样发射出去的？录像显示发射过程很复杂，我们把复杂的技术过程略去，回到基本原理上来，一个物体如何直接告诉学生宇宙速度是发射速度，学生虽然接受，心成为一颗卫星呢？2．牛顿的设想：观看视频．从四条轨迹看，物体成为一颗地球卫星的条件，就是平行于地面发射的速度要足够大．第一宇宙速度： 7.9km /s．第二宇宙速度： 11.2km /s．第三宇宙速度： 16.7km /s．3．观看视频：以不同的速度发射的物体轨迹不同．中的疑虑是很大的，每个卫星发射前的速度不都是零吗？哪个速度才是发射速度呢？六、简述我国航天发展1．图片：嫦娥奔月的轨迹图．2．回顾卫星的发展，展望我国航天事业的未来．卫星的发射有时候要从低轨道通过变轨到高轨道，卫星返回时要从高轨道通过变轨回到低轨道，变轨是怎么实现的呢？教学流程图：学习效果评价：（略．根据实际情况设计，注意可操作性）教学反思：1．卫星问题涉及到发射、变轨和环绕三个环节．课标要求重点在环绕部分，对发射只要求了解三个宇宙速度．随着“神舟五号”、“神舟六号”和“嫦娥一号”发射过程的全方位报导，学生对卫星的了解已经很丰富了．尤其对点火升空、椭圆轨道、变轨等印象深刻．在教学设计中我试着帮助学生把头脑中已有的知识串联起来形成一个较为完整的知识结构．2．对于知识掌握较好的学生，我认为教师的处理应该灵活一些．比如变轨问题，实际是牛顿定律的应用．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

第4节人造卫星宇宙速度教学过程：过程1．设计问题情境，复习知识，应用万有引力定律解决问题①观看视频资料“土星的光环”②教师提问：“试用力学方法判定土星的光环究竟是土星物质的外延还是绕土星的卫星带？”这个问题由学生讨论，分别请学生提出自己的方案并加以解释：如果是连续物，则这些物体做匀速圆周运动的线速度与半径成正比，如果是卫星，则这些物体做匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比．③教师给出结论：通过观察，发现光环是土星的卫星带．设计意图：通过这一环节，学生利用已有知识解决教师设定的问题，即复习了万有引力定律，为新课打好知识基础，又激发起学生学习知识、解决问题的欲望．过程2：创设情境，合理分析，激发①观看视频“万户奔月”地球的天然卫星是月亮，人们自古就有“奔月”的梦想，我国古代的万户就是其中一个，他曾经将自己用 47 枚火箭捆绑，尝试飞天，点火后火箭爆炸，万户不幸牺牲．教师提问：万户问什么没有成功？学生分析回答．一次次的失败并没有阻止人类进行太空探索活动．终于，第一颗人造卫星于 1957 年 10 月 4 日在前苏联升空，中国也于 1970 年发射了第一颗人造卫星．特别是去年 10 月 15 日至 16 日，中国第一次实现载人航天，宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”绕地飞行 14 圈，顺利返回，圆了中国人盼望已久的飞天之梦，这是每一个中国人的骄傲和自豪！教师提问：“那么人类是怎样把物体发射出去，送入太空的呢？”②观察动画“牛顿的设想” 1 、 2 、 3 步．教师提问：为什么都落回了地面？学生回答，因为受到万有引力，有的说是重力的作用．教师提问：观察和比较不同速度的物体运动轨迹，你能发现什么？学生观察、思考讨论，得出物体的初速度越大，飞得越远．教师提问：从刚才的结论，你还能想到什么？学生回答物体会围绕地球转动，速度大到一定程度，物体将做离心运动，可能飞出太阳系．观察动画“牛顿的设想” 4 、 5 、 6 步．师生小结：牛顿设想的运动是完全可能的．当抛出物体的初速度足够大时，物体将围绕地球做匀速圆周运动，成为一颗人造地球卫星．（出示课题：人造卫星宇宙速度）设计意图：学生在教师设计的问题情境中进一步思考、讨论、推理，在愉快的观察、思考中获得成功的喜悦．学生能用圆周运动的特点从已知理论的角度证明这种可能性，从而引导学生掌握科学的思维方法．过程3：应用定律，合理探究，研究宇宙速度：①推导第一宇宙速度教师提问：要有足够大的速度才能使抛出的物体成为人造卫星，这个速度是多大呢？已知地球和人造卫星质量分别为 M 和 m ，地球半径为 R．学生进行推导，在正确的解题思路引导下得出结果．让一个学生在黑板上推导．教师观察其他同学解题指导答疑，大多数学生能推导得出公式，完成旧知的迁移构建，课件再现推导过程，帮助全体学生达标．师生共同合作，得出第一宇宙速度 v1＝ 7.9km /s ，并简要说明其意义．②带领学生完成教材第 54 页“活动”，推导第一宇宙速度③了解第二宇宙速度和第三宇宙速度的意义教师提问：当卫星的运行速度大于第一宇宙速度时，卫星又会怎样运动呢？学生独立思考、发言卫星的运行速度大于第一宇宙速度的可能．教师通过教材第 54 页图 3-4-3 ，引导学生得出第二、第三宇宙速度的含义．设计意图：让学生充分参与课堂教学，真正成为课堂的主体．过程4．熟悉思路和方法，研究卫星运行规律①观看视频了解我国航天技术．教师提问：“神舟六号”运行圆轨道高度为 343 公里，周期 90 分钟，根据这些数据我们能分析出卫星的运行速度、周期等物理量吗？②学生探究人造卫星运行规律，讨论发言，教师总结归纳．不同轨道有不同的线速度，轨道半径 r 越大，线速度 v 越小；不同轨道有不同的角速度，轨道半径 r 越大，角速度ω越小；不同的轨道有不同的运行周期，轨道半径 r 越大，周期 T 越大；不同轨道有不同的向心加速度，轨道半径 r 越大，向心加速度越小．③探讨人造卫星的发射速度和环绕地球的运行速度的不同．设计意图：学生通过对人造卫星的加速度、速度、角速度、周期跟轨道半径关系的讨论，进一步学习利用圆周运动规律和万有引力定律分析问题的方法，了解中国的航天事业的发展，激发爱国热情．过程5．学习教材“发展空间”，研究同步卫星①观看视频材料“同步卫星”．教师提问：什么样的卫星叫同步卫星？我们北京的上空会不会有一颗同步卫星呢？学生观看视频，分析资料，在教师的引领下总结归纳同步卫星的特点．周期一定、角速度一定、轨道一定、环绕速度大小一定、向心加速度大小一定．②阅读教材第 56 页“发展空间”的材料．教师提问：大家能不能根据材料画出卫星的不同的发射轨道，并分析两种发射方法的优缺点？学生动手画出轨迹并分析讨论．教师利用 flash 动画归纳概括．设计思想：同步卫星的两种发射方法，开拓了学生的视野，发展了学生的好奇心；结合圆周运动的知识对同步卫星的变轨发射做进一步讨论，可以增强学生的求知欲，发展科学探索的兴趣，学习科学探究的方法，发展自主学习的能力，养成良好的思维习惯．过程6：课外探究、布置作业①课堂小结．人造地球卫星的发射原理、宇宙速度、卫星的发射速度与运行速度、同步卫星．②完成教材“发展空间”的实验室和物理在线的内容，完成一篇小论文．设计思想：理科的学生要重视理科小论文写作，注重对学生进行这方面的训练，是每位物理老师应尽的责任．教学流程图：高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

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，那么有：G Mmr 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，其环绕速度可以是以下的哪些数据( ) 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/s6．关于第一宇宙速度，以下表达正确的选项是( ) 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， 那么以下说法正确的选项是( )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 ＝GMmr 2，可知地球提供的向心力将减小到原来的14 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22A ．①③B ．②③C ．②④D ．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．以下表述正确的选项是( ) 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．假设某中子星的半径为10 km ，密度为 1.2×1017kg/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 ．5.8×104km/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 ，假设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v2B ．v 不变，使轨道半径变为2RC ．轨道半径变为34R D ．v 不变，使轨道半径变为R24．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，以下说法正确的选项是( )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〞，以下说法正确的选项是( )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，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，那么当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的选项是( )图1A．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，以下说法正确的选项是( ) 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课后巩固练习：1．在正绕地球运行的人造卫星系统内，以下仪器还可以使用的有( )A．天平B．弹簧测力计C．密度计D．气压计2．可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道( )A．与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面同心圆B．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对于地球表面是运动的3．探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，那么变轨后与变轨前相比( )A．轨道半径变小B．向心加速度变小C．线速度变小D．角速度变小4．假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的( )A.2倍B．1/2倍C．1/2倍D．2倍5.图21970年4月24日，我国自行设计、制造的第一颗人造卫星“东方红一号〞发射成功，开创了我国航天事业的新纪元．“东方红一号〞的运行轨道为椭圆轨道，如图2所示，其近地点M和远地点N的高度分别为439 km和2 384 km，那么( )A．卫星在M点的速度小于N点的速度B．卫星在M点的角速度大于N点的角速度C．卫星在M点的加速度大于N点的加速度D．卫星在N点的速度大于7.9 km/s6．如图3所示，图3a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星．a、b质量相同，且小于c 的质量，以下判断正确的选项是( )A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度B．b、c的周期相等，且大于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b所需的向心力最小7．由于通信和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的( )A．质量可以不同B．轨道半径可以不同C．轨道平面可以不同D．速率可以不同8．地球和木星绕太阳运行的轨道都可以看作是圆形的．木星的轨道半径约为地球轨道半径的5.2倍，那么木星与地球绕太阳运行的线速度之比约为( )A．0.19 B．0.44 C．2.3 D．5.29．2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙—2251〞卫星和美国的“铱—33〞卫星在西伯利亚上空约805 km处发生碰撞，这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件．碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境．假定有甲、乙两块碎片绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，那么以下说法中正确的选项是( )A．甲的运行周期一定比乙的长B．甲距地面的高度一定比乙的高C．甲的向心力一定比乙的小D．甲的加速度一定比乙的大图410．2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图4所示．关于航天飞机的运动，以下说法中正确的有( )A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度B．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度C．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度题12345678910 号答案11.1990年3月，中国紫金山天文台将1965年9月20日发现的第753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32 km.如果该小行星的密度和地球相同，求该小行星的第一宇宙速度．(地球半径R0＝6 400 km，地球的第一宇宙速度v0取8 km/s.)图512．如图5所示，A是地球的同步卫星．另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h.地球半径为R，地球自转角速度为ω0，地球表面的重力加速度为g，O 为地球中心．(1)求卫星B的运行周期．(2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)，那么至少经过多长时间，他们再一次相距最近？人造卫星 宇宙速度课前预习练1．近地轨道 最大环绕 最小 7.9 km/s 2．11.2 km/s3．引力 太阳系 16.7 km/s4．引力 m v 2r mω2r m (2πT)2rGMr GM r 32πr 3GM5．B6．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GMm R 2＝m v 2R ，即v ＝GMR，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 r 2知轨道半径增大到原来的2倍，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，应选D.]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 ＝GMr，又M ＝ρV ＝ρ4πr33，得v ＝r4πGρ3＝1×104×4×3.14×6.67×10－11×1.2×10173m/s ＝5.8×107m/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 ＝GMr. 3．C [由GMm R 2＝mR 4π2T2得，T ＝4π2R3GM＝2πR 3GM ，因为T ′＝2T ＝2πR ′3GM，解得R ′＝34R ，应选C.]4．(1)gR2(2)4π2Rg解析 (1)人造地球卫星受到的地球对它的引力提供向心力，那么GMm 2R 2＝mv 22R在地面，物体所受重力等于万有引力，GMmR 2＝mg 两式联立解得v ＝gR2.(2)T ＝2πr v＝2π·2R gR2＝4π2R g.5．ABD6．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＝mv 2r＝mω2r ＝m4π2T 2r ＝ma ，得：v ＝GMr ，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 [此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＝GMr 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．]课后巩固练1．B [绕地球飞行的人造卫星及其内所有物体均处于完全失重状态，故在卫星内部，一切由重力引起的物理现象不再发生或由重力平衡原理制成的仪器不能再使用．故天平、密度计、气压计不能再用，而弹簧测力计的原理是胡克定律，它可以正常使用，B 项正确．]2．CD [发射人造地球卫星，必须使卫星受到的地球对它的万有引力提供向心力，所以不可能与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆，因为此时卫星受的万有引力与轨道半径有一非零度的夹角，所以A 错．由于地球自转与卫星轨道面重合的经线不断变化，所以B 错．C 项是可以的，D 项也是可以的，只是卫星不再是地球同步卫星．]3．A [由G Mm r 2＝m 4π2rT 2知T ＝2πr 3GM，变轨后T 减小，那么r 减小，应选项A 正确；由G Mm r 2＝ma ，知r 减小，a 变大，应选项B 错误；由G Mm r 2＝m v 2r知v ＝GMr，r 减小，v 变大，应选项C 错误；由ω＝2πT知T 减小，ω变大，应选项D 错误．]4．B [因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度，此时卫星的轨道半径近似的认为是地球的半径，且地球对卫星的万有引力充当向心力．故公式G Mm R 2＝mv 2R 成立，解得v ＝GM R ，因此，当M 不变，R 增加为2R 时，v 减小为原来的12倍，即选项B 正确．] 5．BC [根据GMm r 2＝ma ＝m v 2r ，得在M 点速度大于在N 点速度，A 错误，C 正确；根据GMm r2＝mω2r 得ω＝GMr 3，知B 正确；7.9 km/s 是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，故D 错误．]6．BD [由v ＝GM r 可知：v a >v b ＝v c ，所以A 错．由G Mm r 2＝mr (2πT)2可知半径r 越大，周期越长，B 正确．由a ＝G M r 2可知C 错．由F ＝m v 2r可知：b 所需的向心力最小，D 正确．]7．A [同步卫星运行时，万有引力提供向心力，GMm r 2＝m 4π2T 2r ＝m v 2r ，故有r 3T 2＝GM4π2，v＝GMr，由于同步卫星的运行周期与地球自转周期相同，故同步卫星的轨道半径大小是确定的，速度v 也是确定的，同步卫星的质量可以不同．要想使卫星与地球自转同步，轨道平面一定是赤道平面．故只有选项A 正确．]8．B [由万有引力定律和圆周运动知识G Mm r 2＝m v 2r，可得v ＝GMr，所以木星与地球绕太阳运动的线速度之比v 1v 2＝r 2r 1＝0.44，B 正确．] 9．D [甲的速率大，由v ＝GMr可知，甲碎片的轨道半径小，故B 错；由公式T ＝2πr 3GM可知甲的周期小，故A 错；由于未知两碎片的质量，无法判断向心力的大小，故C 错；碎片的加速度是指万有引力加速度，由GMm r 2＝ma 得GMr2＝a ，可知甲的加速度比乙的大，故D 对．]10．ABC [根据开普勒第二定律，近地点的速度大于远地点的速度，A 正确．由Ⅰ轨道变到Ⅱ轨道要减速，所以B 正确．根据开普勒第三定律，r 3T2＝k ，r Ⅱ<r Ⅰ，所以T Ⅱ<T Ⅰ，C 正确．根据G Mm r 2＝ma 得：a ＝GM r2，故在轨道Ⅰ和Ⅱ上经过A 点时的加速度相等，D 错误．]11．20 m/s解析 由万有引力充当向心力，得对小行星：GM 1m 1R 21＝m 1v 21R 1①ρ1＝M 143πR 31②对地球：GM 2m 2R 22＝m 2v 22R 2③ρ2＝M 243πR 32④由①/③得M 1R 1·R 2M 2＝v 21v 22⑤而②/④可得M 1∶M 2＝R 31∶R 32⑥同理⑤/⑥得v 1∶v 2＝R 1∶R 2因R 2＝R 0＝6 400 km ，v 2＝v 0＝8 km/s ，R 1＝16 km.所以v 1＝R 1R 2·v 2＝166 400×8 000 m/s＝20 m/s.12．(1)2πR ＋h3gR 2(2)2πgR 2R ＋h3－ω0解析 (1)由万有引力定律和向心力公式得GMm R ＋h2＝m4π2T 2B(R ＋h ) ①又在地球表面有GMm 0R 2＝m 0g ②联立①②解得T B ＝2πR ＋h 3gR 2. (2)依题意有(ωB －ω0)t ＝2π ③ 又ωB ＝2πT B＝gR 2R ＋h3④联立③④解得t ＝2πgR 2R ＋h3－ω0.。

《人造卫星宇宙速度》一．设计思想在以往的关于人造卫星的教学中，由于不少新名词的介绍方法比较刻板，条框化，数据化，同时缺乏直观性，常常给学生一种这些知识离自己很遥远的感觉。

在看到一些数据时毫无亲切感，只能死记硬背。

而近年来，我国航天事业取得了一系列的高速的发展。

航天离我们越来越近。

因此在设计这堂课时，教师充分利用多媒体的直观性，从生活入手，从身边入手引发学生兴趣并使之成为课堂的参与者。

使得学生觉得在学习就在自己身边发生的很实际的一些有用的物理知识，从而提高学习的有效性。

二．教学目标（一）知识与技能1．了解人造卫星的发射原理2．知道宇宙第一、第二、第三速度会计算卫星的环绕速度与运行周期（二）过程与方法1．了解并体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用2．通过对万有引力定律在人造卫星上的重要作用,体会科学定律和科学探究的意义（三）情感态度与价值观1．培养学生对科学的好奇心和学习物理知识的求知欲,2．了解我国航天事业的发展,进行爱国主义教育.三、教学重难点1.教学重点:培养学生对万有引力定律的应用能力2.教学难点:人造卫星的运行速度和周期的计算四、教学设计流程图五、教学过程:引入新课：1.看系列图片：（各种卫星拍摄的图片）伊朗核设施、天安门、曼哈顿、月表图片（嫦娥一号发回的）、在月球南极拍摄的“地落”照片、动态气象云图（视频：中央气象预报的气象云图）。

[问]以上图片和动态云图是在什么位置借用什么设备拍摄的？[答]是借用卫星拍摄的。

[展示GPS实物]提问GPS的工作原理是什么呢？[视频]GPS的一段广告片[问]你认为里面的关键词是什么？[答]三颗卫星、全球定位[播放] 《东方红》乐曲录音并提问学生：这首乐曲的名字？[讲述]这首乐曲曾在20世纪七十年代响遍大江南北，响彻宇宙太空，有谁知道它发自何处？[图片]东方红一号卫星[视频]东方红一号卫星的发射[问]第一颗人造卫星是哪国何时发射的？[答]苏联“斯普特尼克”（sputnik）（俄文中：旅伴。