课题： 人造地球卫星
课型： 一对二同步复习（基础） 科目： 物理 备课时间： 2012.7.2 讲师： 邝飞云 课程适合学生： 人教版高一学生
教学目标 1.熟练掌握人造卫星各个物理量的变化规律
2.掌握三个宇宙速度及其意义
3.掌握同步卫星的特点
教学内容 人造地球卫星、同步卫星、宇宙速度、人造卫星的超重和失重 重点
人造卫星物理量的变化规律、同步卫星的特征 难点 灵活运用已知天体的物理量计算未知天体的物理量、灵活运用万有引力和向心
力计天体物理量
知识导入： 一、人造地球卫星。
这里特指绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，实际上大多数卫星轨道是椭圆，而中学阶段对做椭圆运动的卫星一般不作定量分析。
1、卫星的轨道平面：由于地球卫星做圆周运动的向心力是由万有引力提供的，所以卫星的轨道平面一定过地球球心，球球心一定在卫星的轨道平面内。
2、原理：由于卫星绕地球做匀速圆周运动，所以地球对卫星的引力充当卫星所需的向心力，于是有
3、人造卫星运动的物理量：线速度、角速度、周期等： ①向心加速度向a 与r 的平方成反比。
向a =2r GM 当r 取其最小值时，向a 取得最大值。 a 向max =2R
GM =g=9.8m/s 2 ②线速度v 与r 的平方根成反比
v =r
GM ∴当h↑，v↓ 当r 取其最小值地球半径R 时，v 取得最大值。 v max =
R GM =Rg =7.9km/s ③角速度ω与r 的三分之三次方成反比
ω=3
r GM ∴当h↑，ω↓ 当r 取其最小值地球半径R 时，ω取得最大值。ω
max =3R
GM =R g ≈1.23×10－3rad/s
r T
m r m r m ma r GmM 2222)
2(πωυ====
④周期T 与r 的二分之三次方成正比。 T=2GM
r 3
π ∴当h↑，T↑ 当r 取其最小值地球半径R 时，T 取得最小值。 T min =2GM
R 3π=2g R π≈84 min 卫星的能量：(类似原子模型)
r 增?v 减小(E K 减小=E p 增加)，所以 E 总增加;需克服引力做功越多，地面上需要的发射速度越大
【例1】 如图6—5—1所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a 和b 的质量相等且小于c 的质量，则 ( )
A ．b 所需向心力最小
B ．b 、c 的周期相同且大于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 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度
【例2】假如一做匀速圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，仍
做匀速圆周运动，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 2r
可知卫星所需的向心力将减小到原来的1/2 C ．根据公式F ＝G Mm r 2可知地球提供的向心力将减小到原来的1/4 D ．根据上述B 和C 中给出的公式可知，卫星运行的线速度将减小到原来的
22
【例3】两个人造地球卫星，其轨道半径之比R 1∶R 2=2∶1，求两卫星的
（1）a 1∶a 2＝？ （2）v 1∶v 2=？（3）ω1∶ω2=？ （4）T 1∶T 2=？
二．宇宙速度及其意义
1、三个宇宙速度的值分别为 第一宇宙速度：物体围绕地球做匀速圆周运动所需要的最小发射速度（又叫最大环绕速度、近地环绕速度）其值为：km /s 9.71=v
第一宇宙速度的计算．
方法一：地球对卫星的万有引力就是卫星做圆周运动的向心力． G ()2
h r mM +=m ()h r v +2，v=h r GM +。当h↑，v↓，所以在地球表面附近卫星的速度是它运行的最大速度。其大小为r ＞＞h （地面附近）时，1GM V r
==7．9×103m/s
方法二：在地面附近物体的重力近似地等于地球对物体的万有引力，重力就是卫星做圆周运动的向心力．
()
21v mg m r h =+．当r ＞＞h 时．g h ≈g 所以v 1＝gr =7．9×103m/s 第二宇宙速度（脱离速度）：如果卫星的速大于km/s 9.7而小于 km/s 2.11，卫星将做椭圆运动。当卫星的速度等于或大于km/s 2.11的时候，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造行星，或飞到其它行星上去，把km /s 2.112=v 叫做第二宇宙速度，第二宇宙速度是挣脱地球引力束缚的最小发射速度。
第三宇宙速度：物体挣脱太阳系而飞向太阳系以外的宇宙空间所需要的最小发射速度，又称逃逸速度，其值为：km/s 7.163=v
应该熟记常识：地球公转周期1年， 自转周期1天=24小时=86400s ， 地球表面半径6.4ｘ103km 表面重力加速度g=9.8 m/s 2 月球公转周期30天
2、当发射速度v 与宇宙速度分别有如下关系时，被发射物体的运动情况将有所不同 ①当v ＜v 1时，被发射物体最终仍将落回地面；
②当v 1≤v ＜v 2时，被发射物体将环绕地球运动，成为地球卫星；
③当v 2≤v ＜v 3时，被发射物体将脱离地球束缚，成为环绕太阳运动的“人造行星”； ④当v ≥v 3时，被发射物体将从太阳系中逃逸。
【例4】我国发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面，已知月球的质量约为地球质量的1/81，月球的半径约为地球半径的 1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s.则该探月卫星绕月运行的速率约为 ( )
A ．0.4 km/s
B ．1.8 km/s
C ．11 km/s
D ．36 km/s
【例5】某人在一星球上以速率v 竖直上抛一物体，经时间t 落回手中，已知该星球的半径为R ，求这个星球上的第一宇宙速度．
三、同步卫星（所有的通迅卫星都为同步卫星）
1、同步卫星：“同步”的含义就是和地球保持相对静止（又叫静止轨道卫星），所以其周期等于地球自转周期，既T =24h ，
2、特点：
①非同步人造地球卫星其轨道平面可与地轴有任意夹角，而同步卫星一定位于赤道的正上方，不可能在与赤道平行的其他平面上。
②地球同步卫星的周期：地球同步卫星的运转周期与地球自转周期相同。
③同步卫星必位于赤道上方h 处，且h 是一定的． r
m r Mm
G 22ω= 得23ωGM r =故 km
R r h 35800=-=
④地球同步卫星的线速度：环绕速度由r m r
Mm G 2
2υ=得s km r
GM v /08.3== ⑤运行方向一定自西向东运行
⑥三颗同步卫星作为通信卫星，则可覆盖全球． 【例6】已知地球的半径为R ＝6400 km ，地球表面附近的重力加速度g 取9.8 m/s2，若发射一颗地球的同步卫星，使它在赤道上空运转，其高度和线速度应为多大？
【例7】地球同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下列说法正确的是
( )
A ．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值
B ．它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定的
C ．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值
D ．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的
【例8】已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍．若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为
A. 6小时
B. 12小时
C. 24小时
D. 36小时
四、人造卫星中的“超重”和“失重”
○1在发射人造卫星时，卫星尚未进入轨道的加速过程中，由于具有竖直向上的加速度（或加速度由竖直向上的分量），卫星内的物体处于超重状态。这种情况与加速上升电梯中物体的超重相同。
○
2卫星进入轨道后，在正常运行过程中，卫星的加速度等于轨道处的重力加速度，卫星中的物体处于完全失重状态。凡是工作原理与重力有关的仪器（如天平、水银气压计等）在卫星中都不能正常适用。凡是与重力有关的实验，在卫星中都无法进行。
【例9】一火箭从地面由静止开始以5m/s2的加速度匀加速上升，火箭中有一质量为1.6kg 的科考仪器。在火箭上升到距地面某一高度时科考仪器的视重为9N ，则此时火箭离地球表面的距离为地球半径R 的（地表面处重力加速度g =10m/s2） ( )
A.2倍
B.3倍
C.4倍
D.1/2倍
五、人造天体在运动过程中的能量关系
当人造天体具有较大的动能时，它将上升到较高的轨道运动，所以在较高轨道上运动的人造天体具有较小的动能。反之，如果人造天体在运动中动能减少，它的轨道半径将减小，在这一过程中，因引力对其做正功，故导致其动能将增大。 同样质量的卫星在不同高度轨道上的机械能不同。其中卫星的动能为r GMm E K 2=，由于重力加速度g 随高度增大而减小，所以重力势能不能再用E p =mgh 计算，而要用到公式r
GMm E P -=（以无穷远处引力势能为零，M 为地球质量，m 为卫星质量，r 为卫星轨道半径。由于从无穷远向地球移动过程中万有引力做正功，所以系统势能减小，为负。）因此机械能为r
GMm E 2-=。同样质量的卫星，轨道半径越大，即离地面越高，卫星具有的机械能越大，发射越困难。
Q v 2 v 3 P v 4 v 1 例题精选：
【例10】 宇宙飞船和空间站在同一轨道上运行，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上空间站，可以采取的方法是 ( )
A ．飞船加速直到追上空间站，完成对接
B ．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接
C ．飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接
D ．无论飞船如何采取何种措施，均不能与空间站对接
【例11】“神舟三号”顺利发射升空后，在离地面340km 的圆轨道上运行了108圈。运行中需要多次进行 “轨道维持”。所谓“轨道维持”就是通过控制飞船上发动机的点火时间和推力的大小方向，使飞船能保持在预定轨道上稳定运行。如果不进行轨道维持，由于飞船受轨道上稀薄空气的摩擦阻力，轨道高度会逐渐降低，在这种情况下飞船的动能、重力势能和机械能变化情况将会是
A ．动能、重力势能和机械能都逐渐减小
B ．重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，机械能不变
C ．重力势能逐渐增大，动能逐渐减小，机械能不变
D ．重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，机械能逐渐减小
【例12】 如图所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道，然后
在P 点点火加速，进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近地点为近地圆轨道
上的P ，远地点为同步轨道上的Q ），到达远地点时再次自动点火加速，进入
同步轨道。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为v 1，在P 点短时间加速后的
速率为v 2，沿转移轨道刚到达远地点Q 时的速率为v 3，在Q 点短时间加速后
进入同步轨道后的速率为v 4。试比较v 1、v 2、v 3、v 4的大小，并用小于号将它
们排列起来______。
【例13】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，将卫星送入同步圆轨道3。轨道1、2
相切于Q 点。轨道2、3相切于P 点（如图），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
【例14】 欧洲航天局用阿里亚娜火箭发射地球同步卫星。该卫星发射前在赤道附近（北纬5°左右）南美洲的法属圭亚那的库卢基地某个发射场上等待发射时为1状态，发射到近地轨道上做匀速圆周运动时为2状态，最后通过转移、调试，定点在地球同步轨道上时为3状态。将下列物理量按从小到大的顺序用不等号排列：①这三个状态下卫星的线速度大小______；②向心加速度大小______；③周期大小______。
Q
1 2 3 P
【例15】如图所示，有A 、B 两个行星绕同一恒星O 做圆周运动，旋转方向相同，A 行星的周期为T 1，B 行星的周期为T 2，在某一时刻两行星第一次相遇（即两行星距离最近），则（ BD ）。
A ．经过时间t =T
2+T 1，两行星将第二次相遇
B ．经过时间122
1T T T T t -=，两行星将第二次相遇 Ｃ．经过时间1
22121T T T
T t -?=，两行星第一次相距最远 D ．经过时间221T T t +=
,两行星第一次相距最远
【例16】A 、B 两行星在同一平面内绕同一恒星做匀速圆周运动，运行方向相同，A 的轨道半径为r 1，B 的轨道半径为r 2 ，已知恒星质量为m '，恒星对行星的引力远大于得星间的引
力，两行星的轨道半径r 1＜r 2。若在某一时刻两行星相距最近，试求：
（1）再经过多少时间两行星距离又最近？
（2）再经过多少时间两行星距离最远？
课堂小测：
1、（05·北京西城模拟）星球上的物体脱离星球引力所需要的最小速度称为第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v 2与第一宇宙速度v 1的关系是212v v =。已知某星球的半径为r ，它表面的重力加速度为地球表面重加速度g 的1/6，不计其他星球的影响，则该星球的第二宇宙速度为
A 、gr
B 、16gr
C 、13
gr D 、13gr 2、在绕地球运转的多种卫星中，有的是通讯卫星，有的是气象卫星，有的是侦察卫星，所有的通讯卫星都是同步卫星，而有些气象（侦察）卫星的运动轨迹则通过南、北两极的正上方，这样的卫星称为极地（间谍）卫星，则同步卫星和极地卫星相比，观察范围较大的是（ ）
A 、同步卫星
B 、极地卫星
C 、不论是哪种卫星，轨道半径大的观察范围较大
D 、不能确定
3、地球同步卫星到地心的距离r 可由r 3=a 2b 2c/4π2求出，已知式中a 的单位是m ，b 的单位是s ，c 的单位是m/s 2 ，则（ ）
①a 是地球半径，b 是地球自转角速度，c 是地球表面处的重力加速度；
②a 是地球半径，b 是同步卫星绕地心运动的周期，c 是同步卫星的加速度；
③a 是赤道周长，b 是地球自转周期，c 是同步卫星的加速度；
④a 是地球半径，b 是同步卫星绕地心运动的周期，c 是地球表面处的重力加速度
A 、①②
B 、①③
C 、④
D 、③④
4、（05·湖北荆门模拟）下列关于人造地球卫星与宇宙飞船的说法中，正确的是（）
①如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力常量，就可能算出地球的质量；
②两颗人造地球卫星，只要它们的绕行速率相等，不管它们的质量、形状差别有多大，它们的绕行半径和绕行周期都一定是相同的；
③原来在某一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后，若要使后一卫星追上前一卫星并发生碰撞，只要将后者的速率增大一些即可；
④一绕火星飞行的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢地走出，并离开飞船，飞船因质量减小，所受万有引力减小，故飞行程度减小。
A、①②
B、②③
C、①③
D、②④
5、如图所示，要使卫星在预定的圆轨道上绕地球运动，一般是先用火箭将卫星
送入近地点A、远地点为B的椭圆轨道上，实施变轨后再进入预定圆轨道，已
知近地点A距地面高度为h 1，在预定圆轨道上飞行n圈所用时间为t，地球表
面重力加速度为g ，地球半径为R，求：
（1）卫星在近地点A的加速度为多大？
（2）远地点B距地面的高度为多少？
作业：
1、我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”，设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面。已知月球的质量约为地球质量的1/81，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为
A、0.4km/s
B、 1.8km/s
C、11km/s
D、36km/s
2、1990年5月，紫金山天文台将他们发现的第2752号小行星命名为吴健雄星，该小行星的半径为16km。若将此小行星和地球均看成质量分布均匀的球体，小行星的密度与地球相同，已知地球半径R=6400km，地球表面重力加速度为g，这个小行星表面的重力加速度为（）
A、400g
B、1/400 g
C、20g
D、1/20 g
3、把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周，由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得（）
A、火星和地球的质量之比
B、火星和太阳的质量之比
C、火星和地球到太阳的距离之比
D、火星和地球绕太阳运行速度大小之比
4、（信息给予题）2005年我国成功地发射了中国历史上的第二艘载人宇宙飞船——“神舟”六号，飞船于2005年10月12日9时0分在中国酒泉卫星发射场用长征2号F运载火箭发射成功，飞船返回舱于2005年10月17日4时33分成功着陆，飞船共飞行115小时32分钟，绕地球飞行77圈，行程约325万公里，下列论述正确的是：
A、飞船由火箭承载升空过程中，飞船中的宇航员处于超重状态
B、飞船返回舱打开减速伞下降的过程中，飞船中的宇航员处于失重状态
C、“神舟”六号飞船绕地球飞行的速度比月球绕地球运行的速度要大
D、“神舟”六号飞船绕地球飞行的周期比月球绕地球运行的周期要大·
··Ａ
Ｂ
预定圆轨道
5、一般情况下物理公式都有一定的适用范围，例如质量为m 的物体放在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为μ，在水平拉力作用下运动，使物体受到的滑动摩擦力F mg μ=，由公式知道滑动摩擦力F 与物体运动的速度无关，但物体运动的速度接近下面哪个值时，滑动摩擦力F 与速度明显有关：
A 、物体随地球自转的速度
B 、7.9Km/s
C 、7.9m/s
D 、光速C=3×108m/s
6、宇航员在探测某星球时，发现该星球均匀带电，且电性为负，电量为Q ，表面无大气。在一次实验中，宇航员将一带负电()q q Q ≤且的粉尘置于离该星球表面H 高处，该粉尘恰处于悬浮状态；宇航员又将此粉尘带到距该星球表面2H 处，无初速释放，则此带电粉尘将（ ）
A 、向星球球心方向下降
B 、背向星球球心方向飞向太空
C 、仍处于悬浮状态
D 、沿星球自转的线速度方向飞向太空
7、我国的国土范围在东西方向上大致分布在东经70°到东经135°之间，所以我国发射的通信卫星一般定点在赤道上空3.6万公里，东经100°附近，假设某颗通信卫星计划定点在赤道上空东经104°的位置，经测量刚进入轨道时位于赤道上空3.6万公里，东经103°处，为了把它调整到104°处，可以短时间启动卫星上的小型喷气发动机调整卫星的高度，改变其周期，使其“漂移”到预定经度后，再短时间启动发动机调整卫星的高度，实现定点，再次调整高度的方向依次是（ ）
A 、向下、向上
B 、向上、向下
C 、向上、向上
D 、向下、向下
8、卫星绕地球做匀速圆周运动，试估算最小周期为多少？
9、（思维拓展题）已知某中子星的质量m=4×1030Kg (大约是太阳质量的两倍)，但它的半径为R=106m ，忽略该中子星的自转，引力恒量G=6.67×10-11N ·m 2/Kg 2，结果保留两位有效数字，由经典力学求：
（1）物体在此中子星表面自由下落2秒钟后的速度；（2）此中子星的第一宇宙速度；
（3）你对由经典力学得出的上面两个结果有何感想？
10、神奇的黑洞是近代引力理论所预言的一种特殊天体，探寻黑洞的方案之一是观测双星系统的运动规律。天文学家观测河外星系大麦哲伦云时，发现了LMGX-3双星系统，它由可见星A 和不可见的暗星B 构成，两星视为质点，不考虑其他天体的影响，A 、B 围绕两者连线上的O 点做匀速圆周运动，它们之间的距离保持不变，如图所示，引力常量为G ，由观测能够得到可见星A 的速率v 和运行周期T 。
（1）可见星A 所受暗星B 的引力F A 可等效力位于O 点处质量为m /的星体（视为质点）对它的引力，设A 和B 的质量分别为m 1和m 2，试求m /（用m 1和m 2表示）；
（2）求暗星B 的质量m 2与可见星A 的速率v 、运行周期T 和质量m 1之间的关系。
（3）恒星演化到末期，如果其质量大于太阳质量m 3的2倍，它将有可能成为黑洞，
若可见星A 的速率v=2.7×105m /s ，运行周期T=4.7π×104s ，质量m 1=6m 3，试通过估算
来判断暗星B 有可能是黑洞吗？（G=6.67×10-11N ·m 2/Kg 2，m 3=2.0×1030Kg
O B A ?
人造地球卫星的分类 人造卫星的分类，可以安装用途，运行轨道等分来，不过在我们高中物理中更加侧重对人造 卫星运行轨道的研究，所以，我们就按照卫星的运行方式给予分类 （1）、地球同步卫星： ①、同步卫星的概念：所谓地球同步卫星，是指相对于地球静止、处在特定高度的轨道上、 具有特定速度且与地球具有相同周期、相同角速度的卫星的一种。 ②、同步卫星的特性： 不快不慢------具有特定的运行线速度（V=3100m/s）、特定的角速度（ω=7.26x10-5ra d/s ） 和特定的周期（T=24小时）。 不高不低------具有特定的位置高度和轨道半径，高度H=3.58 x118m, 轨道半径r=4.22 x118m. 不偏不倚------同步卫星的运行轨道平面必须处于地球赤道平面上，轨道中心与地心重合， 只能‘静止’在赤道上方的特定的点上。 证明如下： 如图4-1所示，假设卫星在轨道A上跟着地球的自转同步地匀速圆周运动，卫星运动的向心 力来自地球对它的引力Ｆ引，Ｆ引中除用来作向心力的Ｆ1外，还有另一分力Ｆ2，由于Ｆ2的作用将使卫星运行轨道靠向赤道，只有赤道上空，同步卫星才可能在 稳定的轨道上运行。 由得 ∴h=R-R地是一个定值。(h是同步卫星距离地面的高度) 因此，同步卫星一定具有特定的位置高度和轨道半径。 = 3 \* GB3 ③、同步卫星的科学应用： 同步卫星一般应用于通讯与气象预报，高中物理中出现的通讯卫星 与气象卫星一般是指同步卫星。 （2）、一般卫星： ①、定义： 一般卫星指的是，能围绕地球做圆周运动，其轨道半径、轨道平面、运行速度、运行周期各 不相同的一些卫星。 ②、、卫星绕行速度与半径的关系： 由得：即(r越大v越小) ③、、卫星绕行角速度与半径的关系： 由得：即；（r越大ω越小） ④、、卫星绕行周期与半径的关系： 由得：即（r越大Ｔ越大）， （3）双星问题 两颗靠得很近的、质量可以相比的、相互绕着两者连线上某点做匀速圆周运的星体，叫做双 星．双星中两颗子星相互绕着旋转可看作匀速圆周运动，其向心力由两恒星间的万有引力提 供．由于引力的作用是相互的，所以两子星做圆周运动的向心力大小是相等的，因两子星绕 着连线上的一点做圆周运动，所以它们的运动周期是相等的，角速度也是相等的，线速度与 两子星的轨道半径成正比．精品推荐强力推荐值得拥有
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
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
人造卫星与飞船第二课时 1．导入。 （1）提问：上节课，我们召开了科学讨论会，学习了书上的资料，谁能说一说人造卫星分哪几种？各有什么用途？ （2）谈话：今天我们将继续和大家共同研究这方面的知识。 2．继续研究人造卫星的相关知识。 （1）谈话：上次要求大家回家继续搜集人造卫星的资料，下面老师来了解一下大家搜集的情况。 （2）提问：你们又搜集了哪些资料？ （3）先来看看邮票中有关卫星的资料，谁来说一说你搜集了哪些有关卫星的邮票？邮票上面讲的是什么内容？ （4）将邮票展示给大家观察。 （5）小结。 （6）提问：同学们搜集了哪些卫星的图片？ （7）谈话：观察xx的图片。 （8）提问：图中是什么卫星，它有什么特点？ （9）小结：有关卫星的图片很多，图片可以告诉我们很多信息。书上的两幅图片分别是中国气象卫星——“风云”二号和世界上第一颗人造卫星——“斯普特尼克”一号。 3．了解不同的xx的不同用途。 （1）谈话：同学们看教材上的四幅图片，说出图中告诉了我们什么。 （2）教师提问：同是卫星传输的信息图片，我们看到的图片为什么完全不同？
（3）学生猜测，形成假设 可能是卫星的种类不同，或者是卫星的功能不同等等。 （4）教师出示相关资料，供学生学习。 （5）学生汇报学习结果。 （6）教师小结 不同的卫星有不同的用途，书中的几幅图分别是气象卫星和通讯卫星所拍摄的照片。 4．总结我们知道的人造卫星和用途。 （1）提问：我们学习了这么多，知道了哪些人造卫星？它们各有什么用途？ 1（2）谈话：请大家将自己所知道的填写在课本的54页。每总结出一条，就给自己评一个“优”。 看谁得的优多。 （3）学生活动，教师观察、巡视。 （4）学生汇报 （5）小结：通过研究同学们知道了人造卫星的种类很多，不同种类的卫星有不同的用途。 5．了解载人宇宙飞船的情况。 （1）提出问题：谁来说一说什么是宇宙飞船？ （2）小组讨论： （3）汇报讨论结果。 （4）谈话：说说你所知道的载人宇宙飞船的情况。
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
1．宇宙中两个星球可以组成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕球心连线的某点做周期相同的匀速圆周运动．根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法正确的是 A．双星相互间的万有引力增大B．双星做圆周运动的角速度不变 C．双星做圆周运动的周期增大D．双星做圆周运动的速度增大 2．两个靠近的天体称为双星，它们以两者连线上某点O为圆心做匀速圆周运动，其质量分别为m1、m2，如图所示，以下说法正确的是（） A.它们的角速度相同． B.线速度与质量成反比． C.向心力与质量的乘积成正比． D.轨道半径与质量成反比． 3 两个靠得很近的恒星称为双星，这两颗星必定以一定角速度绕二者连线上的某一点转动才不至于由于万有引力的作用而吸引在一起，已知两颗星的质量分别为M、m，相距为L，试求：（1）两颗星转动中心的位置；（2）这两颗星转动的周期。 4．两颗靠得很近的天体成为双星，它们都绕着两者连线上某点做匀速圆周运动，因而不至于由于万有引力而吸引在一起，以下说法正确的是（） A．它们做圆周运动的角速度之比与其质量成反比 B．它们做圆周运动的线速度之比与其半径成反比 C．它们做圆周运动的半径与其质量成正比 D．它们做圆周运动的半径与其质量成反比 5.宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是 A.飞船加速直到追上空间站，完成对接 B.飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接 C.飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接 D.无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接 6发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道上，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轨道上正常运动时，下列说法正确的是 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
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。
（鄂教版）六年级科学下册教案 第四单元 人造卫星与飞船 一、教学目标 1.知道人造地球卫星、宇宙飞船是重要的探测宇宙的工具。 2.通过搜集资料、学习资料，了解人造地球卫星和宇宙飞船的种类和用途 3.通过开科学讨论会，培养同学们敢于发表不同意见的习惯、兴趣和能力 4.意识到人类对太空的认识随技术的进步而深化和拓展。 5.关注我国空间技术的最新发展。 二、教学准备 教师、学生搜集人造卫星和飞船的资料、邮票和图片 三、教学过程 第一课时 1.了解学生搜集资料情况。 （1）谈话：上次课要求同学们在家里搜集有关人造卫星与飞船的资料，现在请每一小组的组长检查一下。 （2）各组组长检查，教师巡视。 （3）各组汇报检查情况。 （4）教师小结。 2.组织学生召开科学讨论会。
（1）教师谈话：同学们根据自己搜集的资料，说一说你知道的人造卫星有哪些？它们各有什么用途？先在小组内交流，再请代表在全班交流。 （2）小组交流，并且每组组长做好纪录，将本组搜集的资料可以贴在大纸上。 教师巡视。 （3）每一组派代表上讲台交流，将本组搜集的资料贴在黑板上，同组同学可以补充，其他同学可以提出不同看法，有不同的观点可以展开讨论。当一组发言，讨论完毕后，下一组再发言，再讨论。 （4）讨论会开始，由科代表主持，教师可作为一分子参与讨论，有时可以给他们帮助。 （5）提问：通过开科学讨论会，你有哪些收获？ （6）小结：刚才同学们召开了一次非常有意义的科学讨论会，在讨论会上，每一组同学根据自己搜集的资料，谈了人造卫星的种类及用途，大家展开了激烈的讨论，发表了各自不同的看法。虽然有的同学的看法不一致，但每位同学都有自己的理由。通过讨论同学们对人造卫星的种类和用途有了更加深刻的认识，为探索太空，探索宇宙打下了坚实的基础。 3.学习课本资料。 （1）谈话：刚才大家讨论了人造卫星的种类和用途，下面大家看书52页，请大家仔细阅读这段资料，看看与我们刚才的讨论是否一样。 （2）学生阅读资料，教师巡视。 （3）提问：这段资料告诉了我们什么？ （4）学生汇报，其他同学补充。 （5）提问：这段资料告诉我们的信息与刚才大家的讨论有哪些相同和不同？（6）小结。按照卫星的用途，可以将卫星分为三类：科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。
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
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( )
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
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
小学科学六年级下册《人造卫星与飞船》教案教学目标 1.知道人造地球卫星、宇宙飞船是重要的探测宇宙的工具。 2.通过搜集资料、学习资料，了解人造地球卫星和宇宙飞船的种类和用途 3.通过开科学讨论会，培养同学们敢于发表不同意见的习惯、兴趣和能力 4.意识到人类对太空的认识随技术的进步而深化和拓展。 5.关注我国空间技术的最新发展。 教学准备 教师、学生搜集人造卫星和飞船的资料、邮票和图片 教学建议 第一课时 1.了解学生搜集资料情况。 （1）谈话：上次课要求同学们在家里搜集有关人造卫星与飞船的资料，现在请每一小组的组长检查一下。 （2）各组组长检查，教师巡视。 （3）各组汇报检查情况。 （4）教师小结。 2.组织学生召开科学讨论会。 （1）教师谈话：同学们根据自己搜集的资料，说一说你知道的人造卫星有哪些？它们各有什么用途？先在小组内交流，再请代表在
全班交流。 （2）小组交流，并且每组组长做好纪录，将本组搜集的资料可以贴在大纸上。教师巡视。 （3）每一组派代表上讲台交流，将本组搜集的资料贴在黑板上，同组同学可以补充，其他同学可以提出不同看法，有不同的观点可以展开讨论。当一组发言，讨论完毕后，下一组再发言，再讨论。 （4）讨论会开始，由科代表主持，教师可作为一分子参与讨论，有时可以给他们帮助。 （5）提问：通过开科学讨论会，你有哪些收获？ （6）小结：刚才同学们召开了一次非常有意义的科学讨论会，在讨论会上，每一组同学根据自己搜集的资料，谈了人造卫星的种类及用途，大家展开了激烈的讨论，发表了各自不同的看法。虽然有的同学的看法不一致，但每位同学都有自己的理由。通过讨论同学们对人造卫星的种类和用途有了更加深刻的认识，为探索太空，探索宇宙打下了坚实的基础。 3.学习课本资料。 （1）谈话：刚才大家讨论了人造卫星的种类和用途，下面大家看书52页，请大家仔细阅读这段资料，看看与我们刚才的讨论是否一样。 （2）学生阅读资料，教师巡视。 （3）提问：这段资料告诉了我们什么？ （4）学生汇报，其他同学补充。
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。
人造卫星宇宙速度物理教案 1、通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力； 通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情 本节的教学过程（）中在加强应用万有引力定律的同时，还应注重卫星的发射过程.请教师注意下列几个问题. 一、天体运动和人造卫星运动模型 二、地球同步卫星 三、卫星运行速度与轨道 卫星从发射升空到正常运行的连续过程，一般可分为几个阶段，每个阶段对应不同的轨道．例如发射轨道、转移轨道、运行轨道、同步轨道、返回轨道等．有些卫星的发射并不是直接到达运行轨道，而需要多次变轨．例如地球同步卫星就是先发射到近地的圆轨道上，再
变为椭圆形转移轨道，最后在椭圆形轨道的远地点变为同步轨道．因此发射过程需多级火箭推动． 教学方法：讨论法 教学用具：多媒体和计算机 问题： 1、地球绕太阳作什么运动？ 回答：近似看成匀速圆周运动． 2、谁提供了向心力？ 回答：地球与太阳间的万有引力． 3、人造卫星绕地球作什么运动？ 回答：近似看成匀速圆周运动． 4、谁提供了向心力？
回答：卫星与地球间的万有引力． 请学生思考讨论下列问题： 例题1、根据观测，在土星外围有一个模糊不清的光环，试用力学方法判定土星的光环究竟是与土星相连的连续物，还是绕土星运转的小卫星群？ 分别请学生提出自己的方案并加以解释： 1、如果是连续物则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径成正比， 2、如果是卫星则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比，这个题可以让学生充分讨论． 问题：1、卫星是用什么发射升空的？ 回答：三级火箭 2、卫星是怎样用火箭发射升空的？
《人造卫星、宇宙速度》测验题B 一、选择题（每小题中至少有一个选项是正确的） 1．如图1所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地 球卫星，a 、b 质量相同，且小于c 的质量，则 （ ） A ．b 所需向心力最小 B ．b 、c 周期相等，且大于a 的周期 C ．b 、c 的向心加速度相等，且大于a 的向心加速度 D ．b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度 2．绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星内，其内物体处于完全失重状 态，物体 （ ） A ．不受地球引力作用 B ．所受引力全部用来产生向心加速度 C ．加速度为零 D ．物体可在飞行器悬浮 3．两个行星各有一个卫星绕其表面运行，已知两个卫星的周期之比为1∶2，两行星半径之比为2∶1 ，则 （ ） A ．两行星密度之比为4∶1 B ．两行星质量之比为16∶1 C ．两行星表面处重力加速度之比为8∶1 D ．两卫星的速率之比为4∶1 4．地球上有两位相距非常远的观察者，都发现自己的正上方有一颗人造地球卫星，相对自己静止不动，则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离可能是（ ） A ．一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离一定相等 B ．一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍 C ．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等 D ．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍 5．卫星在到达预定的圆周轨道之前，最后一节运载火箭仍和卫星连接在一起，卫星先在大气层外某一轨道a 上绕地球做匀速圆周运动，然后启动脱离装置，使卫星加速并实现星箭脱离，最后卫星到达预定轨道．星箭脱离后 （ ） A ．预定轨道比某一轨道a 离地面更高，卫星速度比脱离前大 B ．预定轨道比某一轨道a 离地面更低，卫星的运动周期变小 C ．预定轨道比某一轨道a 离地面更高，卫星的向心加速度变小 D ．卫星和火箭仍在同一轨道上运动，卫星的速度比火箭大 6．已知万有引力常量G ，某行星的半径和绕该星表面运行的卫星的周期，可以求得下面哪些量？ （ ） A ．该行星的质量 B ．该行星表面的重力加速度 C ．该行星的同步卫星离其表面的高度 D ．该行星的第一宇宙速度 7．设地面附近重力加速度为g ， 地球半径为R 0，人造地球卫星圆形运行轨道半径为R ，那么以下说法正确的是： ( ) A ．卫星在轨道上向心加速度大小为g R R 22 B ．卫星在轨道上运行速度大小为R g R 20 C ．卫星运行的角速度大小为 g R R 203 D ．卫星运行的周期为g R R 2 03 2 。 8．地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F 1，向心加速度为a 1， 线速度为v 1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星（高度忽略）所受的向心力为F 2，向心加速度为a 2，线速度为v 2，角速度为ω2；地球同步卫星所受的向心力为F 3，向心加速度为a 3，线速度为v 3，角速度为ω3；地球表面重力加速度为g ，第一宇宙速度为v ，假设三者质量相等，则 （ ） A ．F 1=F 2＞F 3 B ．a 1=a 2=g ＞a 3 C ．v 1=v 2=v ＞v 3 D ．ω1=ω3＜ω2 图1
3.4 人造卫星宇宙速度 重点和难点 人造卫星的分析 知识要点分析 1. 天体的运动是指由于受到中心天体的万有引力作用，绕中心天体所做的匀速圆周运动。它的特点是万有引力提供向心力： 2. 天体质量M、平均密度ρ的估算：测量出其它天体绕中心天体圆运动的半径R和周期T，若中心天体的半径为R0，则 ∴中心天体质量 中心天体密度 3. 重力是地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的。由于地球自转，地面上的物体随地球一起做匀速圆周运动，其旋转中心是地轴上的某点。旋转时所需向心力由万有引力的一个分力提供，另一个分力就是重力。但重力和万有引力差别很小，一般可认为二者相等。 4. 人造地球卫星一般是沿椭圆轨道运行，为使问题简化，我们认为卫星以一个恰当的速率绕地心做匀速圆周运动，地球对它的万有引力提供它圆运动所需向心力。 5. 卫星的绕行速度v、角速度ω、周期T都与轨道半径r有关： 由，得，可见r越大，v越小。当卫星贴地球表面绕行时，其速度最大，约为7.9km/s； 由，得，可见r越大，ω越小； 由，得，可见r越大，T越大。当卫星贴地球表面绕行
时，其周期最短，约为84分钟。 以上分析说明，轨道半径r是关键量，解决这类问题，抓住半径，就抓住了解题的关键。 6. 运行速度与发射速度：对于人造地球卫星，由算出的速度指的是人造地球卫星在轨道上的运行速度，其大小随轨道半径的增大而减小。但由于人造地球卫星发射过程中要克服地球引力做功，增大势能，所以将卫星发射到离地球越远的轨道上，在地面所需要的发射速度却越大。 关于第一宇宙速度的两种推导方法：（1）由，R为地球半径，M为地球质量，可得第一宇宙速度。（2）由，g为地表重力加速度，R为地 球半径，可得第一宇宙速度。 7. 地球同步卫星的特点：所谓同步卫星是指卫星与地球以同一角速度旋转，则卫星运行周期等于地球自转周期24小时。为了维持这种同步状态，卫星的轨道平面必定与地球的赤道平面重合。通过计算可知，地球同步卫星的轨道高度，在赤道上空36000km处。 例题分析 1. 已知地月距离r＝60R（R为地球半径），计算月球相对于地球的引力加速度g’。 分析：我们认为天体表面上物体所受的万有引力等于它在该星体上的重力，由此可以找到引力加速度的表达式，从而求解。 解答：设月球质量为m，地球质量为M，则由万有引力定律有 对于地球表面上质量为m0的物体，在忽略地球自转影响的情况下，重力等于地球对它 的万有引力，即 联立上述两式可解得 m/s2m/s2 说明：1. 由关系式可知，随圆运动半径的增大（即随距天体表面高度的增大），