§6-5人造卫星宇宙速度

1、PAGE PAGE 76-5 人造卫星 宇宙速度课时计划：1节 累计课时： 授课时间： 月 日 授课类型：讲授课知识目标：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；2、使学生对人造卫星的发射、运行等状况有初步了解，使多数学生在头脑中建立起较正确的图景； 能力目标通过学习万有引力定律在天文学上的应用，通过解世界和中国的航天事业的发展，了解世界上第一颗人造卫星、第一个宇宙飞船、第一个宇航员的知识，了解中国的神州一号、神州二号、神州三号的发射与回收，增强学生的爱国主义热情 情感目标通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学

2、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教学建议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 教学设计方案教学重点：万有引力

3、定律的应用教学难点：人造地球卫星的发射教学方法：讨论法教学过程：一、人造卫星的运动问题：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

4、的平方根成反比， 这个题可以让学生充分讨论二、人造卫星的发射问题：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？学生可以讨论并发表自己的观点下面我们来看一道题目：例题2、1999年11月21日，我国“神州”号宇宙飞船成功发射并收回，这是我国航天史上重要的里程碑新型“长征”运载火箭，将重达8.4t的飞船向上送至近地轨道1，飞船与火箭分离后，在轨道1上以速度7.2km/s绕地球作匀速圆周运动试回答下列问题：（1）根据课文内容结合例题（2）（3）（4）问画出图示（2）轨道1离地的高度约为：A、8000km B、1600km C、6400km D、42000km解：由万有引

5、力定律得： 解得： =1600km故选（B）（3）飞船在轨道1上运行几周后，在 点开启发动机短时间向外喷射高速气体使飞船加速，关闭发动机后飞船沿椭圆轨道2运行，到达 点开启发动机再次使飞船加速，使飞船速率符合圆轨道3的要求，进入轨道3后绕地球作圆周运动，利用同样的方法使飞船离地球越来越远，飞船在轨道2上从 点到 点过程中，速率将如何变化？解：由万有引力定律得： 解得： 所以飞船在轨道2上从 点到 点过程中，速率将减小（4）飞船在轨道1、2、3上正常运行时：飞船在轨道1上的速率与轨道3上的速率哪个大？为什么？回答：轨道1上的速率大飞船在轨道1上经过 点的加速度与飞船在轨道2上经过 点的加速度哪个

6、大？为什么？回答：一样大飞船在轨道1上经过 点的加速度与飞船在轨道3上经过 点的加速度哪个大？为什么？回答：轨道1上的加速度大典型例题万有引力与圆周运动公式的综合运用例1用 表示地球通讯卫星（同步卫星）的质量， 表示它离地面的高度， 表示地球的半径， 表示地球表面处的重力加速度， 表示地球自转的角速度，则通讯卫星所受万有引力的大小为：A、等于零B、等于 C、等于 D、以上结果都不正确解：可以认为近地表面地重力近似等于万有引力大小： ，则得到： 即： ，这样，当通讯卫星在距离地面 高处运行时，其万有引力大小就是： ；选择选项B；另外同步卫星与地球自传角速度相等，因此：；解得： ,就得到了选项C因

7、此选择BC实际应用题例2 2000年1月26日我国发射了一颗同步卫星，其定点位置与东经98的经线在同一平面内，若把甘肃省嘉峪关处的经度和纬度近似取为东经98和北纬 ，已知地球半径 、地球自转周期 、地球表面重力加速度 （视为常量）和光速 。试求该同步卫星发出的微波信号传到嘉峪关处的接收站所需的时间（要求用题给的已知量的符号表示）。解：设 为卫星质量， 为地球质量， 为卫星到地球中心的距离， 为卫星绕地心转动的角速度，由万有引力定律和牛顿定律有，式中 为万有引力恒量，因同步卫星绕地心转动的角速度 与地球自转的角速度相等有：因 得 设嘉峪关到同步卫星的距离为 ，如图所示，由余弦定理： 所求时间为：

8、 由以上各式得： 扩展资料第一个行星探测器人们发射了人造卫星以后不久，就开始了行星探测器的研制工作太阳系内有9颗大行星，它们是水星、金星地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星探测的第一个目标，就是离地球最近的金星开始，事情进行得并不顺利，屡次失败直到1962年8月27日，第一个金星探测器“水手2号”发射成功12月14日“水手2号”在距金星34 838公里处飞过，完成了对金星的逼近考察，成为一颗人造行星，永远环绕太阳飞行，每345.9天绕太阳一周之后，人们发射了好几个金星探测器，其中有的进入了金星的大气层，有的在金星上软着陆它们向地球送回了大量的资料，揭开了蒙在金星表面的那层面纱，取得了

9、丰硕成果 火星是太阳系中一颗迷人的天体它上面是否有生命，一直是个谜，很自然地，在行星际旅行的最初阶段，人们立即想到要去拜访那些想像中的“火星人”1965年，人们发射了火星探测器“水手4号”，第一次对火星进行逼近探测之后，人们发射了好几个火星探测器，有的在绕火星的轨道上飞行，有的在火星表面上软着陆它们发回了大量资料但是，没有一个火星探测器找到过火星人的踪迹水星探测器“水手10号”于1973年11月3日发射成功它飞行了506个日日夜夜在飞行期间，它向地球传送了4000多幅很清晰的电视照片根据照片，人们已给水星绘制了地貌图水星给人们的印象是：它是多么地像月亮啊!为了考察木星这颗外行星，美国在1972

10、年3月3日发射了第一个木星探测器“先锋10号”“先锋10号”穿越火星轨道后，同年7月进入小行星带，1973年2月安全地通过了这个危险区域，径直向木星飞去，开始了对木星这颗太阳系内最大的行星的观测这位重270千克的“使者”飞行了21个月，行程10亿千米，于1973年12月5日风尘仆仆地来到木星上空从它发回的资料来看，木星上奇异的大红斑是一个耸立在10km高空的云团这云团可能是一个强大的逆时针旋转的长寿命旋涡，也可能是一团激烈上升的气流“先锋10号”被木星的巨大引力加速，终于克服了太阳引力场，成为第一艘逃离太阳系的宇宙飞船8年之后，它将穿过最远的行星冥王星的轨道，然后以每小时4万公里的速度向金牛座

11、飞去第一个宇航员1961年4月12日莫斯科时间上午9时7分，在拜克努尔飞船发射场，一支有六个发动机的重型火箭起飞了在末级火箭的顶端连着一个直径为2.3m的球形容器，这就是“东方1号”宇宙飞船在球形容器中坐着世界上第一位宇宙航行员前苏联空军少校尤里加加林，当时他刚满27岁“东方1号”是前苏联载人宇宙飞船的第一艘，它连同末级火箭在内，总长735m，重4725千克飞船在绕地球的轨道上总共飞行了108分钟，其中有89分钟加加林是在失重状态下渡过的他没有受到任何损伤而经受了人类历史上第一次试验他从宇宙飞船上报告说“飞行正常，经受失重状况的情况良好”从而向人们证明，人体机能完全能胜任火箭起飞时的超重负载，

12、也能适应宇宙飞行中的失重环境在绕地球飞行一周后，加加林安全地降落在莫斯科东南805公里的萨拉托夫当时，全世界几乎所有的报纸上都登载了他的照片1968年3月他在一次意外的飞机失事中遇难，年仅34岁前苏联政府于1980年决定：在加加林凯旋归来所途经的地方莫斯科繁华的列宁大街上，建立了一座加加林纪念碑，整个碑高40米，上面站立着12米高的加加林塑像第一颗人造卫星世界上第一颗人造地球卫星：人造地球卫星1号，是前苏联在1957年10月4日发射的它的本体是一只用铝合金做成的圆球，直径58cm，重83.6kg圆球外面附着4根弹簧鞭状天线，其中一对长240cm，另一对长90cm卫星内部装有两台无线电发射机，频

13、率分别为20.005兆赫及40.002兆赫无线电发射机发出的信号，采用一般电报讯号的形式，每个信号持续时间约0.3s，间歇时间与此相同此外还安装有一台磁强计，一台辐射计数器，一些测量卫星内部温度和压力的感应元件及作为电源的化学电池它在拜克努尔发射场由一支三级运载火箭发射起飞以后几分钟，卫星从第三级火箭中弹出，达到第一宇宙速度(7.9km/s)，进入环绕地球飞行的轨道它距离地面最远时为964.1 km，最近时为228.5km，轨道与地球赤道平面的夹角为65o，以96.2min时间绕地球1周，比原来预计的所需时间多1分20秒在秋夜的晴空中，有时它像一颗星星在群星中移动，肉眼可以看到它这颗卫星的运载

14、火箭于1957年12月1日进入稠密大气层陨毁卫星在天空中运行了92天，绕地球约1400圈，行程6000万千米，于1958年1月4日陨落为了纪念人类进入宇宙空间的伟大时刻，前苏联在莫斯科列宁山上建立了一座纪念碑，碑顶安置着这个人造天体的复制品万有引力定律发现的思路及定律的推导和意义A万有引力定律是牛顿在前人作出的科学基础上作出的伟大发现牛顿的发现还在于他有正确的科学思想和超凡的数学能力B行星绕太阳运动的椭圆轨道可以近似地看作是圆形轨道，我们把牛顿在椭圆轨道上的推导，简化为圆形轨道上的匀速圆周运动来进行推导行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力，认为是太阳对行星的引力：在匀速圆周运动中 ，将此代入上式，

15、得根据行星绕太阳运动的开普勒第三定律， 常量；可见太阳对行星的吸引力跟行星的质量（m）成正比，跟行星到太阳的距离二次方（ ）成反比根据牛顿第三定律，太阳对行星的吸引跟行星对太阳的吸引力大小相等、方向相反、具有相同的性质；因此，太阳跟地球间的相互吸引力不仅跟地球质量成正比，还应该跟太阳的质量（设为 ）成正比；所以可以把太阳和行星的相互吸引力写成请注意：这里的指导思想是太阳与行星在相互作用中的地位是平等的！牛顿又进一步研究了月球绕地球的运动，证明了月球与地球间的引力跟行星与太阳间的引力遵循同样的规律；他还通过计算，验证了地面上的重力与地球吸引月球的力是同一性质、遵守相同规律的C万有引力定律的发现，

16、揭示了宇宙万物之间普遍存在的一种基本相互作用的规律，证明了自然界的物质运动是有规律的，规律是可以被认识的；证明了人类不仅有能力认识世界，而且在认识世界的过程中能够创造方法、积累知识，在实践中运用知识改造世界，发现规律，推动科学文化不断向前发展习题精选1、关于第一宇宙速度，下列说法哪些是正确的？（ ）A、它是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最小运行速度B、这是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度C、它是人造卫星绕地球飞行所需的最小水平发射速度D、它是人造卫星绕地球运动的最大运行速度2、侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为 ，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处

17、在日照条件下的情况全都拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球的半径为 及地面处的重力加速度为 ，地球自转的周期为 。3、1999年11月20日我国发射了“神舟”号载人航天试验飞船，飞船顺利升空，在绕地球飞行一段时间后，于11月21月安全降落在内蒙古中部地区航空航天是一个集物理、化学、生物、天文、地学、工程、气象等多学科的综合性工程请解答：(1)地球半径 6400km，地球表面重力加速度 =9.8ms2，若使航天飞航在无推动力作用的情祝下在离地 =140km的圆轨道上绕地球运行？则飞行速度应为_。(2)载人航天飞船的发射升空和降落时，如果宇航员

18、保持直立姿态，则他的心血管系统会受到何种影响？你认为宇航员应采取什么姿态？(3)在轨道上为了将燃料已烧完分开，采用引爆爆炸螺栓中的炸药，炸断螺栓，同时推进火箭和载人航天飞船分别向前和向后推，在此以后( )A、火箭和航天飞船仍在同一圆轨道上运行。B、火箭将进人较低轨道，而航天飞船将进入较高轨道。C、火箭将进入较高轨道，而航天飞船将进入较低轨道。D、火箭将成为自由落体而坠落，航天飞船仍在原轨道运行。(4)载人航天飞船的返回舱中有多种植物种子，为什么将这些植物种子携带上天再带回地面？(5)飞船的轨道舱是宇航员在轨道上进行各种实验的场所，由于空间不大，所用仪器都要经过精选，下列哪些仪器一般不会被选中（ ）A、水银气压计 B、天平 C、摆钟 D、多用电表(6)宇航员所在轨道舱和返回舱都是密封的，宇航员吸人氧气，呼出二氧化碳；如果二氧化碳浓度过高，会使宇航员困乏、呼吸频率加快，严重的会引起窒息，为使二氧化碳浓度降低而保持舱内气氧的适当比例，可以在舱内放人( )A、Na2O2 B、NaOC3 C、NaOH D、氧气瓶(7)载人航天飞船返回大气层时，由于速度很大，