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第六章 万有引力定律(五、人造卫星宇宙速度)

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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

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