物理必修25.宇宙航行教学设计

§ 7-5 人造地球卫星  宇宙速度

一.教学目标

1、了解三个宇宙速度的含义，会推算第一宇宙速度。会计算不同轨道上的人造地球卫星的速度和周期。

2、感受人类在航天领域和宇宙开发方面所取得的巨大成就．

3、通过查阅资料，了解我国航天事业的发展，培养爱国主义情操。

二.教学重点

推算第一宇宙速度、万有引力定律的应用

三.教学难点

万有引力定律的应用方法

四.教学过程

【自主学习】

一、   人造地球卫星

1、   牛顿对人造地球卫星原理的描绘：__________________________________________                         

2、   人造地球卫星绕地球运行的动力学原因:_ ______________________提供_______________所需的向心力

3、   人造地球卫星在轨道上运行时不可能处于受力平衡状态,其加速度等于_________________________________.

二、   宇宙速度：

1、   卫星的绕行速度v=_______________

讨论：卫星与地心的距离r越大，则v_________，且v与卫星的质量________关。

2、三个宇宙速度(1)第一宇宙速度(环绕速度)v1=__________km/s，推导：

(2)第二宇宙速度(脱离速度)v2=______km/s,

(3)第三宇宙速度(逃逸速度)v3=______km/s

3.地球同步卫星:周期T=_________h.高度h=_____________m.线速度v=________km/s

【典型例题】

【例1】关于第一宇宙速度，下面说法中错误的是                 (  AD   )

A．它是人造地球卫星绕地飞行的最小速度

B．它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度

C．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度

D．从人造卫星环绕地球运转的速度v=可知，把卫星发射到越远的地方越容易。

【例2】1990年3月，紫金山天文台将该台发现的2752号小行星命名为“吴健雄星”．将其看作球形，直径约为32km，密度和地球密度相近．若在此小行星上发射一颗卫星环绕其表面附近旋转，求此卫星的环绕速度．(地球半径取6400km)

约20m/s

【例3】有两个人造地球卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比r1∶r2＝4∶1，求这两个卫星的：

(1)线速度之比；(2)角速度之比；(3)向心加速度之比；(4)运动周期之比．

1:2   1:8   1:16  8:1

【例4】关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是  ( D )

A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍

B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播

C．它以第一宇宙速度运行

D．它运行的角速度与地球自转角速度相同

【课堂练习】

1．若人造地球卫星以地心为圆心做匀速圆周运动，下列说法中正确的是   (      )

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．所有卫星的线速度均是相同的，与半径无关

D．所有卫星的角速度都是相同的，与半径无关

2．同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星                     (      )

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数值

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数值

D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的

3．两颗人造地球卫星A和B的质量之比mA∶mB＝1∶2，轨道半径之比rA∶rB＝1∶3，某一时刻它们的连线通过地心，则此时它们的线速度之比vA∶vB＝_______，向心加速度之比aA∶aB＝_______，向心力之比FA∶FB＝_______．

4．地球和另一个天体的密度之比为3∶2，半径之比为1∶2，地球表面的重力加速度g＝9.8m/s2，则这个天体表面的重力加速度是多少？在这个天体上发射卫星的环绕速度是多少？

【课后练习】:

1.人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，它的速率、周期与它的轨道半径的关系是(   )

A.半径越大，速率越大，周期越大

B.半径越大，速率越小，周期越小

C.半径越大，速率越小，周期越大

D.半径越大，速率越大，周期越小

2．关于第一宇宙速度，下面说法①它是人造卫星绕地球飞行的最小速度 ②它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最小速度 ③它是人造卫星绕地球飞行的最大速度 ④它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最大速度。以上说法中正确的有（   ）

A．①②           B．②③

C．①④           D．③④

3、发射地球同步卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道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，如图所示，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，下列说法中正确的是：（    ）

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

4、有关人造地球卫星的说法中正确的是： （    ）

A．第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最小速度

B．第一宇宙速度是近地圆轨道上人造卫星运行速度

C．第一宇宙速度是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度

D．卫星环绕地球的角速度与地球半径R成反比

※5、宇宙飞船以g/2的加速度匀加速竖直上升，在飞船中用弹簧秤测得质量为10kg的物体的重为7.5N,若已知地球半径为6400km,求测量时飞船所处的位置距地面的高度(g为地球表面的重力加速度)