6.51 人造衛(wèi)星、宇宙速度(一)【教學(xué)目標(biāo)】1、了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識,正確理解人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動時,各物理量之間的關(guān)系。2、知道三個宇宙速度的含義,會推導(dǎo)第一宇宙速度。【重點(diǎn)難點(diǎn)】1、人造地球衛(wèi)星的發(fā)射及運(yùn)行原理。2、對第一宇宙速度的確切理解。3、人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度的區(qū)別。【教學(xué)方法】 引導(dǎo)啟發(fā)式【教學(xué)用具】  【教學(xué)過程】引入新課1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星,開創(chuàng)了人類航天時代的新紀(jì)元。我國在70年代發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來,相繼發(fā)射了多顆不同種類的衛(wèi)星,掌握了衛(wèi)星回收技術(shù)和一箭多星技術(shù),99年發(fā)射了神舟號試驗(yàn)飛船。這節(jié)課,我們要學(xué)習(xí)有關(guān)人造地球衛(wèi)星的知識。一、人造地球衛(wèi)星1、牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪:設(shè)想在高山上有一門大炮,水平發(fā)射炮彈,初速度越大,水平射程就越大,可以想象當(dāng)初速度足夠大時,這顆炮彈將不會落到地面,將和月球一樣成為地球的一顆衛(wèi)星。2、人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動力學(xué)原因:人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行時,只受到地球?qū)λ娜f有引力作用,人造衛(wèi)星作圓周運(yùn)動的向心力由萬有引力提供。3、人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度。設(shè)地球質(zhì)量為M,衛(wèi)星質(zhì)量為m,軌道半徑為r,由于萬有引力提供向心力,則,可見:高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星,線速度小。提出問題:角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢?,可見:高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星,角速度小,周期長。引入:高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星速度小,是否發(fā)射也容易呢?這就需要看衛(wèi)星的發(fā)射速度,而不是運(yùn)行速度二、宇宙速度1、第一宇宙速度1)推導(dǎo):問題:牛頓實(shí)驗(yàn)中,炮彈至少要以多大的速度發(fā)射,才能在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動?地球半徑為6370km分析:在地面附近繞地球運(yùn)行,軌道半徑即為地球半徑。由萬有引力提供向心力:      ,      得:結(jié)論:如果發(fā)射速度小于7.9km/s,炮彈將落到地面,而不能成為一顆衛(wèi)星;發(fā)射速度等于7.9km/s,它將在地面附近作勻速圓周運(yùn)動;要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星,發(fā)射速度必須大于7.9km/s??梢?,向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難。2)意義:第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動所必須具有的速度,所以也稱為環(huán)繞速度。2、第二宇宙速度大小v2=11.2km/s。意義:使衛(wèi)星掙脫地球的束縛,成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度,也稱為脫離速度。注意:發(fā)射速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的軌跡為橢圓;等于或大于11.2km/s時,衛(wèi)星就會脫離地球的引力,不再繞地球運(yùn)行。3、第三宇宙速度。大小:v3=16.7km/s。意義:使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度,也稱為逃逸速度。注意:發(fā)射速度大于11.2km/s,而小于16.7km/s,衛(wèi)星繞太陽作橢圓運(yùn)動,成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s,衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛,飛到太陽系以外的空間。三、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度1、發(fā)射速度:發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度,一旦發(fā)射后再無能量補(bǔ)充,要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星,發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。2、運(yùn)行速度:運(yùn)行速度指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動的線速度。當(dāng)衛(wèi)星貼著地面飛行時,運(yùn)行速度等于第一宇宙速度,當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時,運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。【課內(nèi)練習(xí)】【例1】有兩顆人造衛(wèi)星,都繞地球做勻速圓周運(yùn)行,已知它們的軌道半徑之比r1r241,求這顆衛(wèi)星的:線速度之比;角速度之比;周期之比;向心加速度之比。解:所以所以【例2】地球半徑為6400km,在貼近地表附近環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動的衛(wèi)星速度為7.9×103m/s,則周期為多大?估算地球的平均密度。解:   得:思考:能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星?【課外作業(yè)】教材P110——3、(4)、(5【板書設(shè)計(jì)】【教學(xué)隨感】   

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