第六章　万有引力定律（五、人造卫星宇宙速度）

第六章　万有引力定律（五、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

  a.轨道分类：同步卫星、极地卫星、任一轨道卫星。

  b.用途分类：通讯卫星、军事卫星、气象卫星等等。

3.同步卫星

  1.轨道；一定在赤道上空。

  2.必须有一定的高度、周期、线速度、角速度。（为什么？）

  3.引入：那么人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢？本节课我们就来学习这个问题。

二　新课教学

 （一）宇宙速度

1.设一颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转。

 ①教师：卫星绕地球运转的向心力由什么力提供？

   学生：由卫星所受地球的万有引力来提供。

 ②据上述关系你能得到什么表达式？

  学生：＝mr
     ③所以我们得到,t=2л

  教师：在公式中，m为地球质量，g为引力恒量，r为卫星轨道半径。此式为卫星绕地球正常运转的线速度(环绕速度)和运行周期表达式。

2.讨论v、t与r之间的关系：

学生：由于gm一定，r越小，线速度v越大，反之，r越大，v越小.即：r↑→v↓

同理：r↑→t↑,对于人造卫星vmax=7.9km/s,tmin=84.4min

教师：由此我们得到：距地面越高的卫星运转速率越小。那么，是向高轨道发射困难，还是向低轨道发射卫星困难呢？

学生：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力做更多的功。

    3.对于靠近地面运行的人造卫星，求解它绕地球的速率