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1、第五節(jié) 宇宙速度 人造地球衛(wèi)星
教學(xué)目的:
1、了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)
2、.通過講解與舉例,讓學(xué)生掌握第一宇宙速度的推導(dǎo). 了解第二、第三宇宙速度的意義
重 點(diǎn): 第一宇宙速度的推導(dǎo)
教學(xué)方法: 啟發(fā)、講授
教學(xué)過程:
一、引入新課:
1970年4月24日,我國(guó)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星, 到現(xiàn)在我國(guó)已發(fā)射了多顆人造地球衛(wèi)星.1975年,我國(guó)就掌握了使衛(wèi)星返回地面的回收技術(shù),成為世界上第三個(gè)掌握這種先進(jìn)技術(shù)的國(guó)家.1984年4月8日, 我國(guó)發(fā)射了一顆試驗(yàn)通訊衛(wèi)星, 把衛(wèi)星準(zhǔn)確地運(yùn)送到指定位置的同步軌道上.這是一個(gè)難度非常大的多維控制問題.同步衛(wèi)星的定
2、點(diǎn)成功, 標(biāo)志著我國(guó)在運(yùn)載火箭和衛(wèi)星技術(shù)方面已加入世界先進(jìn)行列.近幾年,我國(guó)一直利用火箭為其它國(guó)家發(fā)射衛(wèi)星.這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)人造地球衛(wèi)星的基本知識(shí).
二、講授新課:
1.牛頓的人造衛(wèi)星設(shè)想:
如果地面上空有一個(gè)相對(duì)于地面靜止的物體, 它只受到重力的作用,那么它將做自由落體運(yùn)動(dòng).如果物體在空中具有一定的初速度, 且初速的方向與重力方向垂直,那么它將做平拋運(yùn)動(dòng).牛頓就曾設(shè)想, 從高山上用不同的水平速度拋出物體,速度一次比一次大,則落點(diǎn)一次比一次遠(yuǎn),如不計(jì)空氣的阻力,當(dāng)速度足夠大時(shí), 物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來,而圍繞地球旋轉(zhuǎn),成為一顆人造地球衛(wèi)星了.
2.宇宙速度:
⑴第一宇宙速度:
3、提問:當(dāng)物體一速度達(dá)到多大時(shí),物體在重力作用下, 不會(huì)落到地面上來,而圍繞地球作圓周運(yùn)動(dòng),成為人造地球衛(wèi)星呢?
答:由于人造地球衛(wèi)星在空中運(yùn)行時(shí),僅受到地球?qū)λ娜f有引力作用,這時(shí),它就是衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力,即:
GMm/r2=mV2/r
∴V=（GM/r）1/2
從上式可見,r越大,即衛(wèi)星離地面越高, 它環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)的速度V越小.對(duì)于靠近地面運(yùn)行的衛(wèi)星,可以認(rèn)為r近似等于地球的半徑R地, 地球?qū)ξ矬w的引力,近似等于衛(wèi)星的重力mg,則有:
將g=0.0098km/s2和
4、R地 =6400km代入上式有:
這就是人造地球衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)必須具有的速度,叫第一宇宙速度.也叫環(huán)繞速度.
說明：①是最小的發(fā)射速度，最大的環(huán)繞速度
② 所有軌道的圓心都在地心上
⑵第二宇宙速度:
如果人造地球衛(wèi)星進(jìn)入軌道的水平速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓而是橢圓了.當(dāng)衛(wèi)星的速度等于或大于11.2km/s的速度時(shí),衛(wèi)星就可以掙脫地球的引力的束縛,成為繞太陽運(yùn)動(dòng)的人造行星,或飛到其它行星上去.所以11.2km/s這個(gè)速度叫做第二宇宙速度.也叫脫離速度
說明：是衛(wèi)星掙脫
5、地球束縛的最小發(fā)射速度
⑶第三宇宙速度:
達(dá)到第二宇宙速度的衛(wèi)星還受到太陽的束縛, 要想掙脫太陽的束縛,飛到太陽系以外的空間,速度必須大于16.7km/s, 這個(gè)速度叫做第三宇宙速度.也叫逃逸速度，是掙脫太陽束縛的最小發(fā)射速度。
3.人造衛(wèi)星中的的超重和失重:
人造衛(wèi)星中的人和物體都處于完全失重狀態(tài).
4.人造衛(wèi)星的應(yīng)用:(詳見書)
三、小結(jié)、鞏固練習(xí):
1、一顆在圓形軌道上運(yùn)行的人造地球衛(wèi)星,軌道半徑為r時(shí),它的線速度大小為V.問:當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑增大到2r時(shí),它的線速度的大小變?yōu)槎嗌?
2、同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同.由于衛(wèi)星與地球同步地運(yùn)動(dòng),因此從地面看上去,衛(wèi)星好象"靜止地"停留在某地高空. 問:這顆衛(wèi)星的高度是多少?
3、宇宙中某星球的半徑為地球的2倍,星球的質(zhì)量為地球的2倍,若在該星球上發(fā)射一顆衛(wèi)星，使其環(huán)繞該星運(yùn)動(dòng)。問：
該衛(wèi)星在該星附近軌道發(fā)射需最小速度是多少？
四、布置作業(yè): 練習(xí)二
第五節(jié)宇宙速度 人造地球衛(wèi)星
