2019-2020年高一物理人造衛(wèi)星 宇宙速度.doc
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2019-2020年高一物理人造衛(wèi)星 宇宙速度 一、教學目標: 1.了解人造衛(wèi)星的有關知識,正確理解人造衛(wèi)星做圓周運動時,各物理量之間的關系。 2.知道三個宇宙速度的含義,會推導第一宇宙速度。 二、教學重點: 1.人造地球衛(wèi)星的發(fā)射及運行原理。 2.對第一宇宙速度的確切理解。 三、教學難點:人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度的區(qū)別。 四、教學方法:引導啟發(fā)式 五、教學過程: (一)引入新課 1957年前蘇聯發(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)星回收技術和“一箭多星”技術,99年發(fā)射了“神舟”號試驗飛船。這節(jié)課,我們要學習有關人造地球衛(wèi)星的知識。 (二)進行新課 1.人造地球衛(wèi)星 (1)牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪。 設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)星繞地球運行的動力學原因。 人造衛(wèi)星在繞地球運行時,只受到地球對它的萬有引力作用,人造衛(wèi)星作圓周運動的向心力由萬有引力提供。 (3)人造衛(wèi)星的運行速度。 設地球質量為M,衛(wèi)星質量為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系呢? , 可見:高軌道上運行的衛(wèi)星,角速度小,周期長。 引入:高軌道上運行的衛(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,而不是運行速度 2.宇宙速度 (1)第一宇宙速度 ⑴推導: 問題:牛頓實驗中,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動?地球半徑為6370km。 分析:在地面附近繞地球運行,軌道半徑即為地球半徑。由萬有引力提供向心力: , 得: 又∵ ∴ 結論: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。 ⑵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,不再繞地球運行。 (3)第三宇宙速度。 大?。簐3=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。 3.人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度 (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)運行速度: 運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛(wèi)星“貼著”地面飛行時,運行速度等于第一宇宙速度,當衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時,運行速度小于第一宇宙速度。 (三)例題分析 【例題1】有兩顆人造衛(wèi)星,都繞地球做勻速圓周運行,已知它們的軌道半徑之比r1∶r2=4∶1,求這顆衛(wèi)星的:⑴線速度之比;⑵角速度之比;⑶周期之比;⑷向心加速度之比。 【例題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動的衛(wèi)星速度為7.9103m/s,則周期為多大?估算地球的平均密度。 思考:能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星? (四)課堂小結 人造地球衛(wèi)星的動力學原因。 宇宙速度。 發(fā)射速度與運行速度。 (五)布置作業(yè) 課本P110⑶⑷⑸- 配套講稿:
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