第五节　人造卫星　宇宙速度

　　教学要求：1、了解人造卫星的有关知识。2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。3、了解行星、恒星和星系等概念，知道宇宙的几个主要天体层。4、了解宇宙大爆炸理论。4、通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。5、通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。通过简述宇宙的产生过程，使学生明确宇宙将如何演化下去的问题需要我们不断地去探索，增强学生学习的兴趣。

　　重    点：1、第一宇宙速度的推导。2、运行速率与轨道半径之间的关系。

　　难    点：运行速率与轨道半径之间的关系。

　　教    具：投影仪、CAI课件、有关天体的录像资料

　　教学方法：电教、推导、归纳、讲授法

　　教学过程：

　　一、导入新课

　　教师提问并引导学生复习。

　　1、万有引力定律在天文学上有何作用？

　　2、如何运用万有引力定律计算天体的质量？能否计算环绕天体的质量？

　　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.

　　二、 新课教学

　　一）人造卫星

　　教师引导学生阅读课文，同时思考问题。

　　1、 在地面上抛出的物体为什么要落回地面？

　　2、 物体做平抛运动时，飞行的距离与水平初速度有何关系？

　　教师引导学生深入探究。

　　教师在学生活动的基础上总结：

　　1、 由于月球绕地球沿近似圆周轨道运转，此时月球受到的地球的引力（及重力），用来充当绕地球运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来。

　　牛顿的人造卫星设想:

　　如果地面上空有一个相对于地面静止的物体, 它只受到重力的作用,那么它将做自由落体运动.如果物体在空中具有一定的初速度, 且初速的方向与重力方向垂直,那么它将做平抛运动.牛顿就曾设想, 从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来,而围绕地球旋转,成为一颗人造地球卫星了.

　　2、 宇宙速度:

　　教师引导过渡：从上面学习可知，当平抛物体的初速度足够大时就可成为卫星，那么，大到什么程度就叫足够大呢？下面我们来讨论这一问题。

　　教师引导学生阅读课文、回答所提出的问题。

　　1、 卫星环绕地球运转的动力学方程是什么？

　　2、 为什么向高轨道发射卫星比向低轨道发射要困难？

　　3、 什么是第一宇宙速度？什么是第二宇宙速度？什么是第三宇宙速度？

　　4、 卫星绕地球运转的最小半径是多少？

　　5、 结合卫星运转的动力学方程，推导第一宇宙速度。

　　⑴第一宇宙速度:

　　提问:当物体一速度达到多大时,物体在重力作用下, 不会落到地面上来,而围绕地球作圆周运动,成为人造地球卫星呢?

　　当卫星的速度达到一定程度时，就可以围绕地球转动。此时万有引力提供向心力，下面的推导代数式中m1代表地球的质量，m2代表卫星的质量：

　　F＝ ＝ 　　　消去m2和一个r，推出　　 ＝ 

　　从上式可见,r越大,即卫星离地面越高, 它环绕地球运动的速度V越小.对于靠近地面运行的卫星,可以认为r近似等于地球的半径R地, 地球对物体的引力,近似等于卫星的重力mg,则有:

　　V=（gR）1/2 地 

　　将g=0.0098km/s2和R地 =6400km代入上式有:

　　V=7.9km/s

　　这就是人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度,叫第一宇宙速度.也叫环绕速度.

　　说明：

　　1） 是最小的发射速度，最大的环绕速度

　　2） 所有轨道的圆心都在地心上