課堂設(shè)計)2014-2015高中物理 3.4 人造衛(wèi)星 宇宙速度學(xué)案 教科版必修

1、.第4節(jié)人造衛(wèi)星宇宙速度導(dǎo)學(xué)目標 1.了解人造衛(wèi)星的相關(guān)知識.2.知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度.3.理解掌握人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系.4.了解我國衛(wèi)星發(fā)射的情況，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情1在平拋運動中，若高度一定，平拋運動的初速度越大，其水平位移_2行星做勻速圓周運動的向心力是由_提供的，它環(huán)繞太陽運行的速率v .3若衛(wèi)星受到的萬有引力小于它做圓周運動所需要的向心力，將做_運動；若大于所需要的向心力，將做_運動.一、人造衛(wèi)星問題情境1人造衛(wèi)星的軌道有哪幾種可能情況？要點提煉人造衛(wèi)星的運行規(guī)律(1)由G得v_，故r越大，衛(wèi)星速度_；(2)由Gm2r得 ，故r越大，角

2、速度_；(3)由Gmr，得T_，故r越大，周期_；(4)由Gma得a_，故r越大，a越小2同步衛(wèi)星是相對于地面靜止的、和地球自轉(zhuǎn)具有相同的周期的衛(wèi)星，T24 h同步衛(wèi)星一定位于赤道上方距地面高h處，且h是一定的同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球的半徑為R，衛(wèi)星離地面的高度為h，請根據(jù)有關(guān)知識求同步衛(wèi)星距地面的高度和環(huán)繞速度(T24 h86 400 s，g9.8 m/s2，R6 400 km)問題延伸在衛(wèi)星發(fā)射過程中，衛(wèi)星中的人和其它物體是處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)？當衛(wèi)星進入軌道以后呢？即學(xué)即用1如圖1所示的圓a、b、c，其圓心均在地球的自轉(zhuǎn)軸線上，b、c的圓心與地心重合

3、，對衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運動而言()圖1A衛(wèi)星的軌道可能為aB衛(wèi)星的軌道可能為bC衛(wèi)星的軌道可能為cD同步衛(wèi)星的軌道一定為平行于b的一同心圓圖22如圖2所示，a、b、c是大氣層外的圓形軌道上運行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相同且小于c的質(zhì)量，下面說法中正確的是()Ab、c的線速度大小相等且大于a的線速度Bb、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度Cb、c的周期相等且大于a的周期Db、c的向心力相等且大于a的向心力3同步衛(wèi)星離地心距離為r，運行速率為v1，加速度為a1.地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a2，第一宇宙速度為v2，地球半徑為R.則以下正確的是()A. B.()2C. D. 二

4、、宇宙速度問題情境1什么叫第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度？2請同學(xué)們根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律，結(jié)合圓周運動的有關(guān)知識推導(dǎo)第一宇宙速度要點提煉第一宇宙速度是所有人造衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度，但卻是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，即人造衛(wèi)星的運行速度v7.9 km/s.不同星體上的宇宙速度是不同的，以上給出的是地球上的宇宙速度，但在計算各星球的第一宇宙速度時，公式v都是適用的，只要將M、R改成該星球的對應(yīng)值即可例1恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”中子星中子星的半徑較小，一般在720 km，但它的密度大得驚人若某中子星的半徑為10 km，密度為1.2×1017 kg

5、/m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為()A7.9 km/s B16.7 km/sC2.9×104 km/s D5.8×104 km/s例2我國發(fā)射了一顆繞月運行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號”設(shè)該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，月球的半徑約為地球半徑的，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運行的速率約為()A0.4 km/s B1.8 km/sC11 km/s D36 km/s1知識小結(jié)萬有引力定律和向心力公式相結(jié)合，可以推導(dǎo)出衛(wèi)星繞行的線速度、角速度、周期和半徑的關(guān)系；記住三種宇宙速度的數(shù)值；結(jié)合航天知識可以進行實際的計算同

6、步衛(wèi)星是眾多衛(wèi)星當中較特殊的一種，認識它運動的特點和規(guī)律，可以用來求解很多題目2規(guī)律方法總結(jié)(1)萬有引力定律應(yīng)用于衛(wèi)星問題，是牛頓第二定律在天體運行中的具體應(yīng)用把握好萬有引力定律、牛頓第二定律、勻速圓周運動及其他力學(xué)知識的綜合，是解答本節(jié)問題的關(guān)鍵(2)公式Gmg中的g是與r(即軌道半徑)有關(guān)的量，而不是一個定值，只是在地球表面附近時，g的變化很小，在處理自由落體運動時，為了簡化問題，把g作為定值處理了第4節(jié)人造衛(wèi)星宇宙速度課前準備區(qū)1越大2.萬有引力3.離心向心課堂活動區(qū)核心知識探究一、問題情境1.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時由地球?qū)λ娜f有引力充當向心力，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力指向地心而做勻

7、速圓周運動的物體的向心力時刻指向它做圓周運動的圓心因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的圓心必與地心重合，而這樣的軌道有多種，其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過兩極上空的極地軌道當然也應(yīng)存在著與赤道平面成某一角度的圓軌道，只要圓心在地心，就可能是衛(wèi)星繞地球運行的軌道如圖所示要點提煉(1) 越小(2)越小(3)2 越大(4)2(1)由m()2r知r ，由于T一定，故r不變，而rRh，h為離地面的高度，h R.又因GMgR2，代入數(shù)據(jù)T24 h86 400 s，g取9.8 m/s2，R6 400 km，得h3.6×104 km.也就是說，同步衛(wèi)星必須定位于赤道的正上方，離地面的高度約為3

8、.6×104 km.(2)同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度大小一定：設(shè)其運行速度為v，由于Gm，所以v m/s3.1×103 m/s.問題延伸在人造衛(wèi)星的發(fā)射過程中，整個衛(wèi)星以加速度a向上加速運動，這時衛(wèi)星中的人和其他物體的動力學(xué)方程為Nmgma，Nmgma即N>mg，這是超重狀態(tài)當衛(wèi)星進入軌道以后，圍繞地球做勻速圓周運動，這時衛(wèi)星中的人和其他物體均以本身所受的重力作為向心力，即mgm，是失重狀態(tài)即學(xué)即用1BCD2.C3.AD二、問題情境1人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動時所必須具有的速度叫第一宇宙速度，大小為7.9 km/s，人造衛(wèi)星繞地球做橢圓軌道運動時所具有的最大運轉(zhuǎn)速

9、度叫第二宇宙速度，大小為11.2 km/s，人造衛(wèi)星掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙中去時，所必須具有的速度叫第三宇宙速度，大小為16.7 km/s.2(1)由萬有引力定律和牛頓第二定律，得：Gm可得第一宇宙速度v m/s7.9 km/s.第一宇宙速度是衛(wèi)星的最大的軌道速度，我們習(xí)慣把這樣的衛(wèi)星叫近地衛(wèi)星當衛(wèi)星的軌道半徑r增大時(r>R)，v將減小(2)第一宇宙速度也可根據(jù)萬有引力近似等于物體的重力進行求解，得：Gmg由兩式得v代入數(shù)據(jù)得v7.9 km/s.例1D中子星上的第一宇宙速度即為它表面的環(huán)繞速度，由Gm，得v ，又由MVr3，代入上式可得vr ，代入數(shù)據(jù)得v5.8×