人造衛(wèi)星宇宙速度教學(xué)設(shè)計

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1、第六章　萬有引力定律（五、人造衛(wèi)星宇宙速度）教學(xué)目的:?1．了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識?2．掌握第一宇宙速度的推導(dǎo)。了解第二、第三宇宙速度的意義。教學(xué)重點(diǎn)：第一宇宙速度的推導(dǎo)教學(xué)難點(diǎn)：發(fā)射速度與環(huán)繞速度的區(qū)別教學(xué)方法:啟發(fā)、講授教學(xué)過程：一　導(dǎo)入新課1．問：在高山上用不同的水平初速度拋出一個物體，不計空氣阻力，它們的落地點(diǎn)相同嗎？學(xué)生：它們的落地點(diǎn)不同，速度越大，落地點(diǎn)離山腳越遠(yuǎn).因?yàn)樵谕蛔呱缴蠏伋?，它們在空中運(yùn)動的時間相同，速度大的水平位移大，所以落地點(diǎn)也較遠(yuǎn)。教師：假設(shè)被拋出物體的速度足夠大

2、，物體的運(yùn)動情形又如何呢？學(xué)生進(jìn)行猜想。教師總結(jié)，并用多媒體模擬?！　∪绻孛嫔峡沼幸粋€相對于地面靜止的物體，它只受重力的作用，那么它就做自由落體運(yùn)動，如果物體在空中具有一定的初速度，且初速度的方向與重力的方向垂直，那么它將做平拋運(yùn)動，牛頓曾設(shè)想過：從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也一次比一次離山腳遠(yuǎn)，如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時，物體就永遠(yuǎn)不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運(yùn)動的人造地球衛(wèi)星，簡稱人造衛(wèi)星。1970年4月24日,我國發(fā)射了第一顆人造

3、地球衛(wèi)星,到現(xiàn)在我國已發(fā)射了多顆人造地球衛(wèi)星。1975年,我國就掌握了使衛(wèi)星返回地面的回收技術(shù),成為世界上第三個掌握這種先進(jìn)技術(shù)的國家。1984年4月8日,我國發(fā)射了一顆試驗(yàn)通訊衛(wèi)星,把衛(wèi)星準(zhǔn)確地運(yùn)送到指定位置的同步軌道上。這是一個難度非常大的多維控制問題.同步衛(wèi)星的定點(diǎn)成功,標(biāo)志著我國在運(yùn)載火箭和衛(wèi)星技術(shù)方面已加入世界先進(jìn)行列。近幾年,我國一直利用火箭為其它國家發(fā)射衛(wèi)星。這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)人造地球衛(wèi)星的基本知識。2．人造衛(wèi)星的分類?a．軌道分類：同步衛(wèi)星、極地衛(wèi)星、任一軌道衛(wèi)星。?b．用途分類：

4、通訊衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等等。3．同步衛(wèi)星?1．軌道；一定在赤道上空。?2．必須有一定的高度、周期、線速度、角速度。（為什么？）?3．引入：那么人造衛(wèi)星的軌道半徑和它的運(yùn)動速率之間有什么關(guān)系呢？本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)這個問題。二　新課教學(xué)?（一）宇宙速度1．設(shè)一顆人造衛(wèi)星沿圓形軌道繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。?①教師：衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力由什么力提供？??學(xué)生：由衛(wèi)星所受地球的萬有引力來提供。?②據(jù)上述關(guān)系你能得到什么表達(dá)式？?學(xué)生：＝mr????③所以我們得到,T=2л?教師：在公式中，M為地球質(zhì)量，G為引

5、力恒量，r為衛(wèi)星軌道半徑。此式為衛(wèi)星繞地球正常運(yùn)轉(zhuǎn)的線速度(環(huán)繞速度)和運(yùn)行周期表達(dá)式。2．討論v、T與r之間的關(guān)系：學(xué)生：由于GM一定，r越小，線速度v越大，反之，r越大，v越小.即：r↑→v↓同理：r↑→T↑,對于人造衛(wèi)星vmax=7.9km/s,Tmin=84.4min教師：由此我們得到：距地面越高的衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速率越小。那么，是向高軌道發(fā)射困難，還是向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難呢？學(xué)生：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難，因?yàn)橄蚋哕壍腊l(fā)射衛(wèi)星，火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓Α???3．對于

6、靠近地面運(yùn)行的人造衛(wèi)星，求解它繞地球的速率　　對于靠近地面運(yùn)行的人造衛(wèi)星，可以認(rèn)為此時的r近似等于地球的半徑R，則　　　　或者：mg=mv2/r??v==7.9km/s　　教師：這個速度就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度。???4．討論：?①第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球的最大速度，為什么？?②為什么說第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度?學(xué)生討論后，教師總結(jié)：?第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成：?(1)是發(fā)射衛(wèi)星進(jìn)入最低軌道所必須具有的最小速度。?(2)

7、是衛(wèi)星進(jìn)入軌道正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最大環(huán)繞速度，即所有衛(wèi)星的環(huán)繞速度均小于7.9km/s。?過渡：如果衛(wèi)星進(jìn)入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,此時衛(wèi)星的運(yùn)行軌道又如何呢？　???5．教師講解，并用多媒體模擬：?①當(dāng)人造衛(wèi)星進(jìn)入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,它繞地球運(yùn)動的軌跡就不是圓形，而是橢圓。????②當(dāng)衛(wèi)星從地面飛出時的速度大于或等于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行，為太陽的行星這個速度叫做第二宇宙速度，也叫脫離速度。?③當(dāng)衛(wèi)星從地面上飛

8、出時的速度大于或等于16.7km/s,則能脫離太陽的束縛，進(jìn)入太陽系以外的宇宙空間中去，這個速度叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度。（二）地球同步衛(wèi)星下面我們再來研究一種衛(wèi)星──同步通信衛(wèi)星。這種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的角速度與地球自轉(zhuǎn)的速度相同，所以從地面上看，它總在某地的正上方，因此叫同步衛(wèi)星。這種衛(wèi)星一般用于通訊，又叫同步通訊衛(wèi)星。我們平時看電視實(shí)況轉(zhuǎn)播時總聽到解說員所說的太平洋上空或印度洋上空的衛(wèi)星都是通訊衛(wèi)星，在北京上空有沒有同步衛(wèi)星呢？同步衛(wèi)星有何特點(diǎn)呢？若在北緯或南緯某地上空真有一顆同步衛(wèi)星，