课堂设计2014 2015高中物理 34 人造卫星宇宙速度学案教科版必修2

合集下载

高中物理第三章4人造卫星宇宙速度教案2教科版必修2

第4节人造卫星宇宙速度教学环节教学内容教学说明一、利用图片，创设情景，引出课题二、探究卫星是如何发射和环绕的1．由学生讲述卫星的形成过程．2．观看视频：“嫦娥一号”的发射、变轨和环绕地球运行的模拟演示．卫星的形成过程很复杂，经过简化可以看出有这样几步：发射、转轨、环绕．随着“神舟五号”、“神舟六号”和“嫦娥一号”的发射，各种媒体全方位报道，学生对卫星的了解程度已经很高了，给学生机会回顾和感受．提出问题．三、如何研究卫星的运动1．观看视频：卫星模拟轨道．一部分卫星的轨道是圆的，还有一部分卫星的轨道是椭圆的．我们把椭圆轨道也近似为圆来处理，这样就可以按照圆周运动的规律来研究卫星的运动了．2．神舟五号的椭圆轨道远地点和近地点的距离分别是 350 千米和 200 千米．地球半径是6400 千米，请学生讨论说明能否近似用圆周运动代替椭圆轨道研究卫星问题．3．探究卫星做圆周运动时由什么力提供向心力．地球对卫星的引力和卫星需要的向心力之间有什么样的关系？课件演示各种不同的卫星轨道．教师总是告诉学生用圆周运动规律处理卫星问题，学生会是心存疑虑：“这样的处理有用吗？”用圆周运动处理卫星问题不仅简化了问题，也是符合实际情况的．通过真实数据让学生心悦诚服地接受这种近似．四、推导卫星的环绕速度、角速度、周期（一）线速度以及线速度的变化1．人造地球卫星在空中运行时 , 仅受到地球对它的万有引力作用，这时，这个运动就是卫星做匀速圆周运动所需要的向心力．根据由上式可知， 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地球对物体的引力近似等于卫星的重力 mg ，则有：由学生推导并讨论线速度、角速度、周期随轨道半径的变化．线速度随着半径的变化而变化．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，是所有环绕地球运动的卫星的最大速度．这个速度也是发射一颗地球人造卫星所具有的最小速度，叫第一宇宙速度．2．播放视频：三颗不同轨道卫星的速度不同学生学习卫星最大的难点在于没有空间整体形象，通过视频、课件让学生建立起地球与卫星之间的立体图景是很重要的．（二）角速度以及角速度的变化同步卫星（ 1 ）同步卫星的高度是确定的： h＝36000 km．（ 2 ）理解同步卫星“同步”的意义．（ 3 ）探究同步卫星的位置．2．观看视频：同步卫星的轨道以及同步卫星的发射．推导之后由学生讨论：角速度随着轨道半径的变化而变化．学生对同步卫星这个词很熟悉，对什么是同步、什么位置可以同步不了解．提出问题：是否可以在北京上空固定一颗同步卫星？（三）周期以及周期的变化周期最小的卫星同时也是速度最大的卫星．2．观看视频：离地面不同高度的卫星速度大小不同，周期不同．3．讨论：线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系：一定四定，一变四变．推导之后由学生讨论：周期随着轨道半径的变化而变化．视频中三颗不同的卫星，轨道半径、线速度、角速度、周期都不同，对同一颗卫星来说，这四个物理量之间有着怎样的关系？五、卫星的发射速度1．讨论卫星是怎样发射出去的？录像显示发射过程很复杂，我们把复杂的技术过程略去，回到基本原理上来，一个物体如何直接告诉学生宇宙速度是发射速度，学生虽然接受，心成为一颗卫星呢？2．牛顿的设想：观看视频．从四条轨迹看，物体成为一颗地球卫星的条件，就是平行于地面发射的速度要足够大．第一宇宙速度： 7.9km /s．第二宇宙速度： 11.2km /s．第三宇宙速度： 16.7km /s．3．观看视频：以不同的速度发射的物体轨迹不同．中的疑虑是很大的，每个卫星发射前的速度不都是零吗？哪个速度才是发射速度呢？六、简述我国航天发展1．图片：嫦娥奔月的轨迹图．2．回顾卫星的发展，展望我国航天事业的未来．卫星的发射有时候要从低轨道通过变轨到高轨道，卫星返回时要从高轨道通过变轨回到低轨道，变轨是怎么实现的呢？教学流程图：学习效果评价：（略．根据实际情况设计，注意可操作性）教学反思：1．卫星问题涉及到发射、变轨和环绕三个环节．课标要求重点在环绕部分，对发射只要求了解三个宇宙速度．随着“神舟五号”、“神舟六号”和“嫦娥一号”发射过程的全方位报导，学生对卫星的了解已经很丰富了．尤其对点火升空、椭圆轨道、变轨等印象深刻．在教学设计中我试着帮助学生把头脑中已有的知识串联起来形成一个较为完整的知识结构．2．对于知识掌握较好的学生，我认为教师的处理应该灵活一些．比如变轨问题，实际是牛顿定律的应用．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

教科版必修2：3.4人造卫星宇宙速度导学案设计(无答案)

4.1高一物理作业（预习）3．4人造卫星宇宙速度【学习目标】1．了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度2．通过了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用【重点难点】重点：地球同步卫星的发射和运行原理难点：第一宇宙速度的推导及变轨发射卫星【知识导学】一、卫星：绕地球运动的一切人工【人造卫星或宇宙飞船】或天然【球】的物体统称为卫星1、运算处理方法：将卫星的运动当作匀速圆周运动来处理，提供向心力2、列式思想二、三种宇宙速度1、第一宇宙速度（也叫环绕速度）：使卫星能环绕地球运行所需的发射速度，也是卫星环绕地球飞行的环绕速度。

v1= 。

2、第二宇宙速度（也叫脱离速度）：挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运行的人造行星，从地球表面发射所需的最小速度。

v2＝。

3、第三宇宙速度（也叫逃逸速度）：物体挣脱太阳引力的束缚而飞离太阳系，从地球表面发射所需的最小速度。

v3＝。

★怎样求第一宇宙速度？三、同步卫星【例题精析】例1．我国于07年秋季发射了“嫦娥1号”卫星，已知地球半径R，月球半径r, 地球表面重力加速度g0,月球表面重力加速度g′,月球绕地球转动一周时间为T。

则：（1）“嫦娥1号”卫星绕月球表面运动一周所需的时间；（2）月球表面到地球表面之间的最近距离。

例2．已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g，不考虑地球自转的影响。

（1）推到第一宇宙速度v1的表达式；（2）若卫星绕地球做匀速圆周运动，运行轨道距离地面高度为h，求卫星的运行周期T。

【课堂反馈】1、要使人造卫星绕地球运行，它进入地面附近的轨道速度是________km/s，要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行，必须使它的轨道速度等于或大于________km/s，要使它飞行到太阳系以外的地方，它的速度必须等于或大于________km/s.2、关于第一宇宙速度，下面说法正确的是( )A．是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B．是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度C是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D它是卫星在椭圆轨道上运行在近地点速度3、我国于1986年2月1日成功发射了一颗实用地球同步卫星，于1999年11月20日又成功发射了“神舟号”试验飞船，飞船在太空中飞行了21 h，环绕地球运转了14圈，又顺利地返回地面，那么此卫星与飞船在轨道上正常运转比较( )A．卫星运转周期比飞船大B．卫星运转速率比飞船大C．卫星运转加速度比飞船大D．卫星离地高度比飞船大4．假如一做匀速圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍时，仍然做匀速圆周运动，则（）A．根据公式v=ωr，可知卫星的线速度将增大到原来的2倍B．根据公式2vF mr，可知卫星所需的向心力将砬小到原来的12C ．根据公式2Mm F Gr ，可知地球提供的向心力将减小到原来的14D ．以上都不对 5．由于通信和广播方面的需要，许多国家发射了地球同步卫星，这些卫星的（）A ．质量可能不同B ．轨道半径可以不同C ．轨道平面可以不同D ．速率可以不同6．如图所示，a 、b 、c 是环绕地球圆形轨道上运行的3颗人造卫星，它们的质量关系是m a =m b ＜m c ，则（）A ．b ，c 的线速度大小相等，且大于a 的线速度B ．b ，c 的周期相等，且小于a 的周期C ．b ，c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度D ．b 所需要的向心力最小7、地球和月球的质量之比为81∶1，半径之比为4∶1，求在地球上和月球上发射卫星所需最小速度之比。

教科版物理必修【2】：3.4《人造卫星、宇宙速度》学案(含答案)

第4节人造卫星宇宙速度[导学目标] 1.了解人造卫星的相关知识.2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.3.理解掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.4.了解我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情．1．在平抛运动中，若高度一定，平抛运动的初速度越大，其水平位移______． 2．行星做匀速圆周运动的向心力是由________提供的，它环绕太阳运行的速率v ＝ GMr.3．若卫星受到的万有引力小于它做圆周运动所需要的向心力，将做______运动；若大于所需要的向心力，将做______运动.一、人造卫星 [问题情境]1．人造卫星的轨道有哪几种可能情况？[要点提炼]人造卫星的运行规律(1)由G Mm r 2＝mv2r得v ＝__________，故r 越大，卫星速度______；(2)由G Mm r 2＝m ω2r 得ω＝ GM r3，故r 越大，角速度______；(3)由G Mm r 2＝mr 4π2T 2，得T ＝__________，故r 越大，周期______；(4)由G Mmr＝ma 得a ＝________，故r 越大，a 越小．2．同步卫星是相对于地面静止的、和地球自转具有相同的周期的卫星，T ＝24 h ．同步卫星一定位于赤道上方距地面高h 处，且h 是一定的．同步卫星也叫通讯卫星．设地球的质量为M ，卫星的质量为m ，地球的半径为R ，卫星离地面的高度为h ，请根据有关知识求同步卫星距地面的高度和环绕速度．(T ＝24 h ＝86 400 s ，g ＝9.8 m/s 2，R ＝6 400 km)[问题延伸]在卫星发射过程中，卫星中的人和其它物体是处于超重状态还是失重状态？当卫星进入轨道以后呢？[即学即用]1．如图1所示的圆a、b、c，其圆心均在地球的自转轴线上，b、c的圆心与地心重合，对卫星环绕地球做匀速圆周运动而言( )图1A．卫星的轨道可能为aB．卫星的轨道可能为bC．卫星的轨道可能为cD．同步卫星的轨道一定为平行于b的一同心圆图22．如图2所示，a、b、c是大气层外的圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同且小于c的质量，下面说法中正确的是( )A．b、c的线速度大小相等且大于a的线速度B．b、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度C．b、c的周期相等且大于a的周期D．b、c的向心力相等且大于a的向心力3．同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1.地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a2，第一宇宙速度为v2，地球半径为R.则以下正确的是( )A.a1a2＝rRB.a1a2＝(rR)2C.v1v2＝rRD.v1v2＝Rr二、宇宙速度[问题情境]1．什么叫第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度？2．请同学们根据万有引力定律和牛顿第二定律，结合圆周运动的有关知识推导第一宇宙速度．[要点提炼]第一宇宙速度是所有人造卫星的最大环绕速度，但却是发射人造卫星的最小发射速度，即人造卫星的运行速度v≤7.9 km/s.不同星体上的宇宙速度是不同的，以上给出的是地球上的宇宙速度，但在计算各星球的第一宇宙速度时，公式v＝GMR都是适用的，只要将M、R改成该星球的对应值即可．例1恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20 km，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017kg/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为( )A．7.9 km/s B．16.7 km/sC．2.9×104 km/s D．5.8×104 km/s例2我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”．设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面．已知月球的质量约为地球质量的181，月球的半径约为地球半径的14，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为( )A．0.4 km/s B．1.8 km/sC．11 km/s D．36 km/s1．知识小结万有引力定律和向心力公式相结合，可以推导出卫星绕行的线速度、角速度、周期和半径的关系；记住三种宇宙速度的数值；结合航天知识可以进行实际的计算．同步卫星是众多卫星当中较特殊的一种，认识它运动的特点和规律，可以用来求解很多题目．2．规律方法总结(1)万有引力定律应用于卫星问题，是牛顿第二定律在天体运行中的具体应用．把握好万有引力定律、牛顿第二定律、匀速圆周运动及其他力学知识的综合，是解答本节问题的关键．(2)公式G Mmr2＝mg中的g是与r(即轨道半径)有关的量，而不是一个定值，只是在地球表面附近时，g的变化很小，在处理自由落体运动时，为了简化问题，把g作为定值处理了．第4节人造卫星宇宙速度课前准备区1．越大 2.万有引力 3.离心向心课堂活动区核心知识探究一、[问题情境]1.卫星绕地球做匀速圆周运动时由地球对它的万有引力充当向心力，地球对卫星的万有引力指向地心．而做匀速圆周运动的物体的向心力时刻指向它做圆周运动的圆心．因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极上空的极地轨道．当然也应存在着与赤道平面成某一角度的圆轨道，只要圆心在地心，就可能是卫星绕地球运行的轨道．如图所示．[要点提炼](1) GM r 越小 (2)越小 (3)2π r 3GM 越大 (4)GMr 22．(1)由GMm r 2＝m(2πT )2r 知r ＝ 3GMT 24π2，由于T 一定，故r 不变，而r ＝R ＋h ，h 为离地面的高度，h ＝ 3GMT 24π2－R.又因GM ＝gR 2，代入数据T ＝24 h ＝86 400 s ，g 取9.8 m/s 2，R ＝6 400 km ，得h ＝3.6×104km.也就是说，同步卫星必须定位于赤道的正上方，离地面的高度约为3.6×104km. (2)同步卫星的环绕速度大小一定：设其运行速度为v ，由于G Mm ＋＝mv 2R ＋h，所以v ＝ GMR ＋h＝ gR2R ＋h＝62 6.4×106＋3.6×107m/s ＝3.1×103m/s.[问题延伸]在人造卫星的发射过程中，整个卫星以加速度a 向上加速运动，这时卫星中的人和其他物体的动力学方程为N －mg ＝ma ，N ＝mg ＋ma 即N>mg ，这是超重状态．当卫星进入轨道以后，围绕地球做匀速圆周运动，这时卫星中的人和其他物体均以本身所受的重力作为向心力，即mg ＝m v2r，是失重状态．[即学即用]1．BCD 2.C 3.AD 二、[问题情境]1．人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速度叫第一宇宙速度，大小为7.9 km/s ，人造卫星绕地球做椭圆轨道运动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度，大小为11.2 km/s ，人造卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙中去时，所必须具有的速度叫第三宇宙速度，大小为16.7 km/s.2．(1)由万有引力定律和牛顿第二定律，得：G Mm R 2＝m v 2R①可得第一宇宙速度v ＝ GM R ＝ 6.67×10－11×5.89×10246.40×106m/s ＝7.9 km/s.第一宇宙速度是卫星的最大的轨道速度，我们习惯把这样的卫星叫近地卫星．当卫星的轨道半径r 增大时(r>R)，v 将减小．(2)第一宇宙速度也可根据万有引力近似等于物体的重力进行求解，得：G MmR2＝mg②由①②两式得v ＝gR 代入数据得v ＝7.9 km/s.例1 D [中子星上的第一宇宙速度即为它表面的环绕速度，由G Mm r 2＝m v 2r ，得v ＝ GM r，又由M ＝ρV ＝43ρπr 3，代入上式可得v ＝r 4πG ρ3，代入数据得v ＝5.8×104km/s.]例2 B [对于环绕地球或月球的人造卫星，其所受万有引力即为它们做圆周运动所需向心力，即G Mm r 2＝m v 2r 所以v ＝GMr第一宇宙速度指的是最小发射速度，同时也是近地卫星的环绕速度，对于近地卫星来说，其轨道半径近似等于地球半径．所以v月v地＝M月M地·r地r月＝481＝29，所以v月＝29v地＝29×7.9 km/s≈1.8 km/s]。

4.人造卫星宇宙速度-教科版必修2教案

4. 人造卫星——宇宙速度-教科版必修2教案一、人造卫星的定义和作用人造卫星是人类发射到地球或其他天体轨道上的机械装置，主要用于科学探测、通信、气象观测、导航定位等领域。

人造卫星的发射和运行需要达到特定的速度和高度条件，通常需要通过火箭运载发射到轨道上。

人造卫星的重要作用有：•科学探测：人造卫星可以探测外层空间的信息、画像、观测和研究宇宙的起源、天体物理、大气层、地球环境等方面的问题。

•通信传输：人造卫星可以提供全球范围内的通讯服务、广播电视信号、多媒体信息、移动通信、卫星导航等服务。

•气象观测：人造卫星可以通过气象遥感技术观测大气层的云层、温度、气压等参数，多普勒气象雷达技术，提高天气预报的准确率。

•导航定位：人造卫星还可以提供精准的卫星导航、地理信息服务，促进国际贸易、交通运输的发展。

二、人造卫星发射需要达到的速度人造卫星进入轨道需要两个速度阶段：离地速度和宇宙速度。

离地速度是指火箭飞行器从地面起飞到地球周围输送燃料的过程，也就是所谓的“脱离地心引力”阶段。

离地速度大小取决于火箭的起飞方式和质量大小，一般约为11km/s。

宇宙速度则是人造卫星在轨道上一直维持的速度，它是指在地球引力场的影响下，在轨道高度上一定距离上保持的最小速度。

宇宙速度的大小取决于人造卫星所处的轨道高度，一般在地球距离太阳平均距离的1/3公里每秒左右，大约为7.9km/s。

三、人造卫星轨道种类和运行方式人造卫星的轨道种类主要包括地球同步轨道、中地轨道、远地点轨道和低轨道。

•地球同步轨道（GEO）：在地球赤道上高度为3.5787万公里处，人造卫星绕地球旋转一周的时间恰好为24小时，与地球自转周期同步，能够与地球赤道上的某一点始终保持相同的位置，以实现卫星上的广播、电话、电视等通信和气象、环境监测等功能。

•中地轨道（MEO）：高度在2000-36000公里之间，主要用于卫星导航、车联网和移动通信等领域。

•远地点轨道（HBO）：高度在36000-400000公里间，适用于科学探测、通讯、观测和卫星导航等领域。

3.4 人造卫星宇宙速度学案(教科版必修2)

3.4 人造卫星宇宙速度[学习目标定位] 1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2.了解人造卫星的有关知识，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.3.了解我国卫星发射的情况，激发学生的爱国热情．一、人造卫星1．卫星是一些自然的或人工的在太空绕行星运动的物体．2．1957年10月4日，当时的苏联将第一颗人造卫星送入环绕地球的轨道，震惊了全世界．二、宇宙速度1．使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度叫做第一宇宙速度，v1＝7.9 km/s.2．使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度叫做第二宇宙速度，v2＝11.2 km/s.3．使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球表面发射所需的最小速度叫做第三宇宙速度，v3＝16.7 km/s.一、人造地球卫星的运动特点[问题设计]图1如图1所示，圆a、b、c的圆心均在地球的自转轴线上．b、c的圆心与地心重合，卫星环绕地球做匀速圆周运动，据此思考并讨论以下问题：(1)三条轨道中可以作为卫星轨道的是哪条？为什么？(2)卫星绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力定律和向心力公式推导卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系．答案(1)b、c轨道都可以．因为卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，而万有引力是始终指向地心的，故卫星做匀速圆周运动的向心力必须指向地心，因此b 、c 轨道都可以，a 轨道不可以．(2)卫星所受万有引力提供向心力，G Mm r 2＝m v 2r ＝mω2r ＝m (2πT )2r ，所以v ＝GMr ，ω＝ GMr 3，T ＝2πr 3GM. [要点提炼]1．所有卫星的轨道平面过地心．2．卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，即有： GMm r 2＝ma ＝m v 2r ＝m ω2r ＝m 4π2T 2r (1)a ＝GMr 2，r 越大，a 越小．(2)v ＝ GMr，r 越大，v 越小． (3)ω＝ GMr 3，r 越大，ω越小． (4)T ＝2πr 3GM，r 越大，T 越大．二、同步卫星 [问题设计]同步卫星也叫通信卫星，它相对于地面静止，和地球自转具有相同的周期，即T ＝24 h ．已知地球的质量M ＝6×1024 kg ，地球半径R ＝6 400 km ，引力常量G ＝6.67×10－11 N·m 2/kg 2.请根据以上信息以及所学知识探究： (1)同步卫星所处的轨道平面． (2)同步卫星的离地高度h .答案 (1)假设卫星的轨道在某一纬线圈的上方随地球的自转做同步地匀速圆周运动，卫星运动的向心力由地球对它的引力的一个分力提供．由于另一个分力的作用将使卫星轨道靠向赤道，故只有在赤道上方，同步卫星才能稳定的运行．(2)由万有引力提供向心力和已知周期T 得G Mm (R ＋h )2＝m (R ＋h )(2πT )2，所以h ＝ 3GMT 24π2－R ，代入数据得h ＝3.6×107 m. [要点提炼] 同步卫星的特点1．定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内．2．定周期：运转周期与地球自转周期相同，T ＝24 h. 3．定高度(半径)：离地面高度为36 000 km. 4．定速率：运行速率为3.1×103 m/s. 三、宇宙速度 [问题设计]图2牛顿曾提出过一个著名的思想实验：如图2所示，从高山上水平抛出一个物体，当抛出的速度足够大时，物体将环绕地球运动，成为人造地球卫星．据此思考并讨论以下问题： (1)当抛出速度较小时，物体做什么运动？当物体刚好不落回地面时，物体做什么运动？ (2)若地球的质量为M ，物体到地心的距离为r ，引力常量为G ，试推导物体刚好不落回地面时的运行速度．若物体紧贴地面飞行，其速度大小为多少？(已知地球半径R ＝6 400 km ，地球质量M ＝5.98×1024 kg)答案 (1)当抛出速度较小时，物体做平抛运动．当物体刚好不落回地面时，物体做匀速圆周运动．(2)物体不落回地面，应围绕地球做匀速圆周运动，向心力由万有引力提供，G Mmr 2＝m v 2r 解得v＝GMr.当其紧贴地面飞行时v ＝ GMr＝ GMR≈7.9 km/s. [要点提炼]宇宙速度是地球上满足不同要求的卫星发射速度． 1．第一宇宙速度v 1＝7.9 km/s (1)推导方法一：由G MmR 2＝m v 2R 得v ＝GMR方法二：由mg ＝m v 2R得v ＝gR(2)理解：第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度．2．第二宇宙速度v 2＝11.2 km/s ，是从地面上发射物体并使之脱离地球束缚的最小发射速度，又称脱离速度．3．第三宇宙速度v 3＝16.7 km/s ，是从地面上发射物体并使之脱离太阳束缚的最小发射速度，又称逃逸速度．一、人造卫星的运动规律图3例1 如图3所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星，a 和b 的质量相等，且小于c 的质量，则( ) A ．b 所需向心力最小B ．b 、c 的周期相等且大于a 的周期C ．b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度D ．b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度解析因卫星运行的向心力就是它们所受的万有引力，而b 所受的引力最小，故A 对．由GMmr 2＝ma ，得a ＝GMr 2，即卫星的向心加速度大小与轨道半径的平方成反比，所以b 、c 的向心加速度大小相等且小于a 的向心加速度，C 错．由GMm r 2＝m 4π2T2r ，得T ＝2πr 3GM，即人造地球卫星运行的周期与其轨道半径三次方的平方根成正比，所以b 、c 的周期相等且大于a 的周期，B 对．由GMmr 2＝m v 2r，得v ＝GMr，即人造地球卫星的线速度与其轨道半径的平方根成反比，所以b 、c 的线速度大小相等且小于a 的线速度，D 对．故选A 、B 、D. 答案 ABD二、对同步卫星规律的理解及应用例2 我国“中星11号”商业通信卫星是一颗同步卫星，它定点于东经98.2度的赤道上空，关于这颗卫星的说法正确的是( ) A ．运行速度大于7.9 km/sB ．离地面高度一定，相对地面静止C ．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D ．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等解析 “中星11号”是地球同步卫星，距地面有一定的高度，运行速度要小于7.9 km/s ，A 错．其位置在赤道上空，高度一定，且相对地面静止，B 正确．其运行周期为24小时，小于月球的绕行周期27天，由ω＝2πT 知，其运行角速度比月球大，C正确．同步卫星与静止在赤道上的物体具有相同的角速度，但半径不同，由a ＝rω2知，同步卫星的向心加速度大，D 错．综上分析，正确选项为B 、C. 答案 BC三、宇宙速度的理解例3 我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”．设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面．已知月球的质量约为地球质量的181，月球的半径约为地球半径的14，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s ，则该探月卫星绕月运行的速率约为( ) A ．0.4 km/s B ．1.8 km/s C ．11 km/s D ．36 km/s解析星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度，由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度．卫星所需的向心力由万有引力提供，G Mmr 2＝m v 2r，得v ＝GMr ，又由M 月M 地＝181、r 月r 地＝14，故月球和地球上第一宇宙速度之比v 月v 地＝29，故v 月＝7.9×29 km/s ≈1.8 km/s ，因此B 项正确．答案 B例4 某人在一星球上以速率v 竖直上抛一物体，经时间t 后，物体以速率v 落回手中．已知该星球的半径为R ，求该星球上的第一宇宙速度的大小．解析根据匀变速运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g ＝2vt ，该星球的第一宇宙速度，即为卫星在其表面附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的引力(即卫星的重力)提供卫星做圆周运动的向心力，则mg ＝m v 21R ，该星球表面的第一宇宙速度为v 1＝gR ＝2v Rt. 答案2v Rt1．(人造卫星运动的规律)人造卫星环绕地球运行的速率v ＝gR 2r，其中g 为地面处的重力加速度，R 为地球半径，r 为卫星离地球中心的距离．下列说法正确的是( ) A ．从公式可见，环绕速度与轨道半径的平方根成反比 B ．从公式可见，把人造卫星发射到越远的地方越容易C ．由第一宇宙速度公式v ＝gR 知卫星轨道半径越大，其运行速度越大D ．以上答案都不对答案 A解析由于g 是地球表面处的重力加速度，R 是地球半径，都是定值，根据v ＝gR 2r可得环绕速度与轨道半径的平方根成反比，A 正确，D 错误；虽然r 越大，v 越小，但把卫星发射到越远的地方火箭会有更多的动能转化为重力势能，需要的发射速度就越大，B 错误；v ＝gR 是指第一宇宙速度，其中的R 是地球半径，不是卫星的轨道半径，不能得出卫星的轨道半径越大，v 越大的结论，C 错误．2．(人造卫星运动的规律)如图4所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星A 、B 、C 绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法中正确的是( )图4A ．根据v ＝gr 可知，运行速度满足v A ＞vB ＞vC B ．运转角速度满足ωA ＞ωB ＞ωC C ．向心加速度满足a A ＜a B ＜a CD ．运动一周后，A 最先回到图示位置答案 C解析由G Mmr 2＝m v 2r 得，v ＝GM r ，r 越大，则v 越小，故v A ＜v B ＜v C ，A 错误；由G Mmr2＝mω2r 得，ω＝GM r 3，r 越大，则ω越小，故ωA ＜ωB ＜ωC ，B 错误；由G Mm r 2＝ma 得，a ＝GMr2，r 越大，则a 越小，故a A ＜a B ＜a C ，C 正确；由G Mm r 2＝m 4π2T 2r 得，T ＝2πr 3GM，r 越大，则T 越大，故T A ＞T B ＞T C ，因此运动一周后，C 最先回到图示位置，D 错误．3．(对同步卫星的理解及应用)我国曾经发射了一颗“北斗一号”导航定位卫星，预示着我国通讯技术的不断提高．该卫星处于地球的同步轨道，其质量为m ，假设其离地面高度为h ，地球半径为R ，地面附近重力加速度为g ，则有( ) A ．该卫星运行周期为24 h B ．该卫星向心加速度是(R R ＋h )2gC ．该卫星运行线速度是gR 2R ＋hD ．该卫星周期与近地卫星周期之比是(1＋h R )23答案 ABC解析同步卫星与地球的自转周期相等，故该卫星运行周期为24 h ，A 正确；由牛顿第二定律得ma ＝GMm (R ＋h )2，又由于GM ＝gR 2，故可以得到该卫星的向心加速度是a ＝(R R ＋h )2g ，故B 正确；由GMm(R ＋h )2＝m v 2R ＋h 及GM ＝gR 2，得该卫星的线速度为 gR 2R ＋h，故C 正确；由开普勒第三定律r 3T 2＝常量可得该卫星周期与近地卫星周期之比为(R ＋h R )32，故D 错误． 4．(对宇宙速度的理解)恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7 km ～20 km ，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km ，密度为1.2×1017 kg/m 3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为( ) A ．6.0 km/s B ．3.0×102 km/s C ．3.0×103 km/s D ．6.0×104 km/s 答案 D解析中子星上的第一宇宙速度即为它表面的环绕速度，由G Mmr 2＝m v 2r，得v ＝GMr，又由 M ＝ρV ＝43ρπr 3，代入上式可得v ＝r4πGρ3，代入数据得v≈6.0×104 km/s.。

3.4人造卫星宇宙航行学案(教科版必修2)

３.4 人造卫星宇宙航行学习目标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。

重点：第一宇宙速度的推导。

难点：运行速率，角速度，周期与轨道半径之间的关系。

知识梳理1.人造卫星绕地球运行的方法处理及动力学原因我们把人造卫星在绕地球的运动处理成匀速圆周运动，由于人造卫星只受到地球对它的力，人造卫星作圆周运动的向心力由力提供。

答案：万有引力万有引力2.人造卫星的运行速度公式，由公式知：人造卫星运行轨道越大，运行速度越（大或小）。

答案：小3.人造卫星的运行角速度公式是，由公式知：人造卫星运行轨道越大，运行角速度越（大或小）。

答案：小4. 人造卫星的运行的周期公式是，由公式知：人造卫星运行轨道越大，运行周期越（长或短）。

答案：长5．第一宇宙速度的值是7.9km/s，它是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为速度；第二宇宙速度的大小是km/s，它使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为速度。

第三宇宙速度的大小是 km/s，它是使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为速度。

答案7.9km/s 环绕11.2km/s 脱离16.7km/s 逃逸要点探究一人造卫星的运行速度，角速度及周期的推导人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。

设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则，∴，可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。

再由线速度与角速度的关系可得角速度：，由周期与角速度的关系可得周期：可见：高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长。

例1 有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求：（1）这颗卫星的线速度之比；（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比？解：（1）由得，所以（2）由得，所以（3）由得（4）由得变式训练：在圆轨道上质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，则（）A.卫星运行的速度为B.卫星运行的周期为C.卫星的加速度为D.卫星的动能为解析：万有引力充当向心力，有又g=故v=,A错.T=,B对.a=,C错.E k=,D对.答案：BD要点探究二宇宙速度1.第一宇宙速度推导分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。

高中物理《人造卫星宇宙速度》教学设计教科版必修2-教科版高中必修2物理教案

人造卫星宇宙速度教学设计课前预习：1．第一宇宙速度是指卫星在__________绕地球做匀速圆周运动的速度，也是绕地球做匀速圆周运动的____________速度．第一宇宙速度也是将卫星发射出去使其绕地球做圆周运动所需要的________发射速度，其大小为________．2．第二宇宙速度是指人造卫星不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为________．3．第三宇宙速度是指使发射出去的卫星挣脱太阳________的束缚，飞到________外所需要的最小发射速度，其大小为______．4．人造地球卫星绕地球做圆周运动，其所受地球对它的______提供它做圆周运动的向心力，那么有：G Mmr 2＝________＝____________＝__________，由此可得v ＝_____________，ω＝____________，T ＝____________.5．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其环绕速度可以是以下的哪些数据( ) A ．一定等于7.9 km/s B ．等于或小于7.9 km/s C ．一定大于7.9 km/s D ．介于7.9 km/s ～11.2 km/s6．关于第一宇宙速度，以下表达正确的选项是( ) A ．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B ．它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度 C ．它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D ．它是人造卫星发射时的最大速度7．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，且仍做圆周运动，那么以下说法正确的选项是( )①根据公式v ＝ωr 可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍 ②根据公式F ＝mv 2r可知卫星所需的向心力将减小到原来的12 ③根据公式F ＝GMmr 2，可知地球提供的向心力将减小到原来的14 ④根据上述②和③给出的公式，可知卫星运行的线速度将减小到原来的22A ．①③B ．②③C ．②④D ．③④课堂探究：〔学生看书，讨论，做题，总结〕知识点一第一宇宙速度 1．以下表述正确的选项是( ) A ．第一宇宙速度又叫环绕速度 B ．第一宇宙速度又叫脱离速度 C ．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D ．第一宇宙速度跟地球的半径无关2．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒〞——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20 km ，但它的密度大得惊人．假设某中子星的半径为10 km ，密度为 1.2×1017kg/m 3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为( ) A ．7.9 km/sB ．16.7 km/sC ．2.9×104 km/sD ．5.8×104km/s知识点二人造地球卫星的运行规律3．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R ，线速度为v ，周期为T ，假设使该卫星的周期变为2T ，可行的办法是( ) A ．R 不变，线速度变为v2B ．v 不变，使轨道半径变为2RC ．轨道半径变为34R D ．v 不变，使轨道半径变为R24．在圆轨道上运动的质量为m 的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R ，地面上的重力加速度为g，求：(1)卫星运动的线速度；(2)卫星运动的周期．知识点三地球同步卫星5．关于地球同步卫星，以下说法正确的选项是( )A．它的周期与地球自转周期相同B．它的周期、高度、速度大小都是一定的C．我国发射的同步通讯卫星可以定点在北京上空D．我国发射的同步通讯卫星必须定点在赤道上空6．据报道，我国的数据中继卫星“天链一号01星〞于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77°赤道上空的同步轨道．关于成功定点后的“天链一号01星〞，以下说法正确的选项是( )A．运行速度大于7.9 km/sB．离地面高度一定，相对地面静止C．绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大D．向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等[方法技巧练]卫星变轨问题的分析方法7．发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后点火，使其沿椭圆轨道2 运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图1所示，那么当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的选项是( )图1A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度8．宇宙飞船在轨道上运行，由于地面指挥人员发现某一火箭残体的轨道与飞船轨道有一交点，通知宇航员某一时间飞船有可能与火箭残体相遇．宇航员随即开动飞船上的发动机使飞船加速，脱离原轨道，关于飞船的运动，以下说法正确的选项是( ) A．飞船高度降低B．飞船高度升高C．飞船周期变小D．飞船的向心加速度变大课后巩固练习：1．在正绕地球运行的人造卫星系统内，以下仪器还可以使用的有( )A．天平B．弹簧测力计C．密度计D．气压计2．可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道( )A．与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面同心圆B．与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，但卫星相对于地球表面是运动的3．探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，那么变轨后与变轨前相比( )A．轨道半径变小B．向心加速度变小C．线速度变小D．角速度变小4．假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的( )A.2倍B．1/2倍C．1/2倍D．2倍5.图21970年4月24日，我国自行设计、制造的第一颗人造卫星“东方红一号〞发射成功，开创了我国航天事业的新纪元．“东方红一号〞的运行轨道为椭圆轨道，如图2所示，其近地点M和远地点N的高度分别为439 km和2 384 km，那么( )A．卫星在M点的速度小于N点的速度B．卫星在M点的角速度大于N点的角速度C．卫星在M点的加速度大于N点的加速度D．卫星在N点的速度大于7.9 km/s6．如图3所示，图3a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造卫星．a、b质量相同，且小于c 的质量，以下判断正确的选项是( )A．b、c的线速度大小相等，且大于a的线速度B．b、c的周期相等，且大于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b所需的向心力最小7．由于通信和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步轨道卫星，这些卫星的( )A．质量可以不同B．轨道半径可以不同C．轨道平面可以不同D．速率可以不同8．地球和木星绕太阳运行的轨道都可以看作是圆形的．木星的轨道半径约为地球轨道半径的5.2倍，那么木星与地球绕太阳运行的线速度之比约为( )A．0.19 B．0.44 C．2.3 D．5.29．2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙—2251〞卫星和美国的“铱—33〞卫星在西伯利亚上空约805 km处发生碰撞，这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件．碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境．假定有甲、乙两块碎片绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，那么以下说法中正确的选项是( )A．甲的运行周期一定比乙的长B．甲距地面的高度一定比乙的高C．甲的向心力一定比乙的小D．甲的加速度一定比乙的大图410．2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图4所示．关于航天飞机的运动，以下说法中正确的有( )A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度B．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于在轨道Ⅰ上经过A的速度C．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度题12345678910 号答案11.1990年3月，中国紫金山天文台将1965年9月20日发现的第753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32 km.如果该小行星的密度和地球相同，求该小行星的第一宇宙速度．(地球半径R0＝6 400 km，地球的第一宇宙速度v0取8 km/s.)图512．如图5所示，A是地球的同步卫星．另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内，离地面高度为h.地球半径为R，地球自转角速度为ω0，地球表面的重力加速度为g，O 为地球中心．(1)求卫星B的运行周期．(2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同，某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上)，那么至少经过多长时间，他们再一次相距最近？人造卫星宇宙速度课前预习练1．近地轨道最大环绕最小 7.9 km/s 2．11.2 km/s3．引力太阳系 16.7 km/s4．引力 m v 2r mω2r m (2πT)2rGMr GM r 32πr 3GM5．B6．BC [第一宇宙速度是指卫星围绕天体表面做匀速圆周运动的线速度，满足关系GMm R 2＝m v 2R ，即v ＝GMR，由该式知，它是最大的环绕速度；卫星发射得越高，需要的发射速度越大，故第一宇宙速度等于最小发射速度的数值，因此B 、C 正确．]7．D [人造卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供，由F＝G Mm r 2知轨道半径增大到原来的2倍，卫星所需的向心力将变为原来的14，②错误，③正确；由G Mm r 2＝m v 2r得v ＝GM r ，知r 增加到原来的2倍时，速度变为原来的22，①错误，④正确，应选D.]课堂探究练1．A [第一宇宙速度又叫环绕速度，A 对，B 错．根据G Mm R 2＝m v 2R可知环绕速度与地球的质量和半径有关，C 、D 错．]2．D [中子星上的第一宇宙速度即为它表面处的卫星的环绕速度，此时卫星的轨道半径近似地认为是该中子星的半径，且中子星对卫星的万有引力充当向心力，由G Mm r 2＝m v 2r ，得v ＝GMr，又M ＝ρV ＝ρ4πr33，得v ＝r4πGρ3＝1×104×4×3.14×6.67×10－11×1.2×10173m/s ＝5.8×107m/s.]点评第一宇宙速度是卫星紧贴星球表面运行时的环绕速度，由卫星所受万有引力充当向心力即G Mm r 2＝m v 2r便可求得v ＝GMr. 3．C [由GMm R 2＝mR 4π2T2得，T ＝4π2R3GM＝2πR 3GM ，因为T ′＝2T ＝2πR ′3GM，解得R ′＝34R ，应选C.]4．(1)gR2(2)4π2Rg解析 (1)人造地球卫星受到的地球对它的引力提供向心力，那么GMm 2R 2＝mv 22R在地面，物体所受重力等于万有引力，GMmR 2＝mg 两式联立解得v ＝gR2.(2)T ＝2πr v＝2π·2R gR2＝4π2R g.5．ABD6．BC [由题意知，定点后的“天链一号01星〞是同步卫星，即T ＝24 h ．由GMm r 2＝mv 2r＝mω2r ＝m4π2T 2r ＝ma ，得：v ＝GMr ，运行速度应小于第一宇宙速度，A 错误．r ＝3GMT 24π2，由于T 一定，故r 一定，所以离地高度一定，B 正确．由ω＝2πT，T 同<T 月，ω同>ω月，C正确．a ＝rω2＝r (2πT)2.赤道上物体的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，故赤道上物体的向心加速度小于同步卫星的向心加速度，D 错误．]7．BD [此题主要考查人造地球卫星的运动，尤其是考查了地球同步卫星的发射过程，对考生理解物理模型有很高的要求．由G Mm r 2＝m v 2r得，v ＝GM r .因为r 3>r 1，所以v 3<v 1.由G Mm r 2＝mω2r 得，ω＝GMr 3.因为r 3>r 1，所以ω3<ω1.卫星在轨道1上经Q 点时的加速度为地球引力产生的加速度，而在轨道2上经过Q 点时，也只有地球引力产生加速度，故应相等．同理，卫星在轨道2上经P 点时的加速度等于它在轨道3上经过P 点时的加速度．]8．B [当宇宙飞船加速时，它所需向心力增大，因此飞船做离心运动，轨道半径增大，由此知A 错误，B 正确；由式子T ＝2πr 3GM 可知，r 增大，T 增大，故C 错误；由于a ＝GM r2，r 增大，a 变小，D 错误．]课后巩固练1．B [绕地球飞行的人造卫星及其内所有物体均处于完全失重状态，故在卫星内部，一切由重力引起的物理现象不再发生或由重力平衡原理制成的仪器不能再使用．故天平、密度计、气压计不能再用，而弹簧测力计的原理是胡克定律，它可以正常使用，B 项正确．]2．CD [发射人造地球卫星，必须使卫星受到的地球对它的万有引力提供向心力，所以不可能与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面同心圆，因为此时卫星受的万有引力与轨道半径有一非零度的夹角，所以A 错．由于地球自转与卫星轨道面重合的经线不断变化，所以B 错．C 项是可以的，D 项也是可以的，只是卫星不再是地球同步卫星．]3．A [由G Mm r 2＝m 4π2rT 2知T ＝2πr 3GM，变轨后T 减小，那么r 减小，应选项A 正确；由G Mm r 2＝ma ，知r 减小，a 变大，应选项B 错误；由G Mm r 2＝m v 2r知v ＝GMr，r 减小，v 变大，应选项C 错误；由ω＝2πT知T 减小，ω变大，应选项D 错误．]4．B [因第一宇宙速度即为地球的近地卫星的线速度，此时卫星的轨道半径近似的认为是地球的半径，且地球对卫星的万有引力充当向心力．故公式G Mm R 2＝mv 2R 成立，解得v ＝GM R ，因此，当M 不变，R 增加为2R 时，v 减小为原来的12倍，即选项B 正确．] 5．BC [根据GMm r 2＝ma ＝m v 2r ，得在M 点速度大于在N 点速度，A 错误，C 正确；根据GMm r2＝mω2r 得ω＝GMr 3，知B 正确；7.9 km/s 是卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，故D 错误．]6．BD [由v ＝GM r 可知：v a >v b ＝v c ，所以A 错．由G Mm r 2＝mr (2πT)2可知半径r 越大，周期越长，B 正确．由a ＝G M r 2可知C 错．由F ＝m v 2r可知：b 所需的向心力最小，D 正确．]7．A [同步卫星运行时，万有引力提供向心力，GMm r 2＝m 4π2T 2r ＝m v 2r ，故有r 3T 2＝GM4π2，v＝GMr，由于同步卫星的运行周期与地球自转周期相同，故同步卫星的轨道半径大小是确定的，速度v 也是确定的，同步卫星的质量可以不同．要想使卫星与地球自转同步，轨道平面一定是赤道平面．故只有选项A 正确．]8．B [由万有引力定律和圆周运动知识G Mm r 2＝m v 2r，可得v ＝GMr，所以木星与地球绕太阳运动的线速度之比v 1v 2＝r 2r 1＝0.44，B 正确．] 9．D [甲的速率大，由v ＝GMr可知，甲碎片的轨道半径小，故B 错；由公式T ＝2πr 3GM可知甲的周期小，故A 错；由于未知两碎片的质量，无法判断向心力的大小，故C 错；碎片的加速度是指万有引力加速度，由GMm r 2＝ma 得GMr2＝a ，可知甲的加速度比乙的大，故D 对．]10．ABC [根据开普勒第二定律，近地点的速度大于远地点的速度，A 正确．由Ⅰ轨道变到Ⅱ轨道要减速，所以B 正确．根据开普勒第三定律，r 3T2＝k ，r Ⅱ<r Ⅰ，所以T Ⅱ<T Ⅰ，C 正确．根据G Mm r 2＝ma 得：a ＝GM r2，故在轨道Ⅰ和Ⅱ上经过A 点时的加速度相等，D 错误．]11．20 m/s解析由万有引力充当向心力，得对小行星：GM 1m 1R 21＝m 1v 21R 1①ρ1＝M 143πR 31②对地球：GM 2m 2R 22＝m 2v 22R 2③ρ2＝M 243πR 32④由①/③得M 1R 1·R 2M 2＝v 21v 22⑤而②/④可得M 1∶M 2＝R 31∶R 32⑥同理⑤/⑥得v 1∶v 2＝R 1∶R 2因R 2＝R 0＝6 400 km ，v 2＝v 0＝8 km/s ，R 1＝16 km.所以v 1＝R 1R 2·v 2＝166 400×8 000 m/s＝20 m/s.12．(1)2πR ＋h3gR 2(2)2πgR 2R ＋h3－ω0解析 (1)由万有引力定律和向心力公式得GMm R ＋h2＝m4π2T 2B(R ＋h ) ①又在地球表面有GMm 0R 2＝m 0g ②联立①②解得T B ＝2πR ＋h 3gR 2. (2)依题意有(ωB －ω0)t ＝2π ③ 又ωB ＝2πT B＝gR 2R ＋h3④联立③④解得t ＝2πgR 2R ＋h3－ω0.。

高中物理必修二教案-3.4 人造卫星宇宙速度2-教科版

《人造卫星宇宙速度》一．设计思想在以往的关于人造卫星的教学中，由于不少新名词的介绍方法比较刻板，条框化，数据化，同时缺乏直观性，常常给学生一种这些知识离自己很遥远的感觉。

在看到一些数据时毫无亲切感，只能死记硬背。

而近年来，我国航天事业取得了一系列的高速的发展。

航天离我们越来越近。

因此在设计这堂课时，教师充分利用多媒体的直观性，从生活入手，从身边入手引发学生兴趣并使之成为课堂的参与者。

使得学生觉得在学习就在自己身边发生的很实际的一些有用的物理知识，从而提高学习的有效性。

二．教学目标（一）知识与技能1．了解人造卫星的发射原理2．知道宇宙第一、第二、第三速度会计算卫星的环绕速度与运行周期（二）过程与方法1．了解并体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用2．通过对万有引力定律在人造卫星上的重要作用,体会科学定律和科学探究的意义（三）情感态度与价值观1．培养学生对科学的好奇心和学习物理知识的求知欲,2．了解我国航天事业的发展,进行爱国主义教育.三、教学重难点1.教学重点:培养学生对万有引力定律的应用能力2.教学难点:人造卫星的运行速度和周期的计算四、教学设计流程图五、教学过程:引入新课：1.看系列图片：（各种卫星拍摄的图片）伊朗核设施、天安门、曼哈顿、月表图片（嫦娥一号发回的）、在月球南极拍摄的“地落”照片、动态气象云图（视频：中央气象预报的气象云图）。

[问]以上图片和动态云图是在什么位置借用什么设备拍摄的？[答]是借用卫星拍摄的。

[展示GPS实物]提问GPS的工作原理是什么呢？[视频]GPS的一段广告片[问]你认为里面的关键词是什么？[答]三颗卫星、全球定位[播放] 《东方红》乐曲录音并提问学生：这首乐曲的名字？[讲述]这首乐曲曾在20世纪七十年代响遍大江南北，响彻宇宙太空，有谁知道它发自何处？[图片]东方红一号卫星[视频]东方红一号卫星的发射[问]第一颗人造卫星是哪国何时发射的？[答]苏联“斯普特尼克”（sputnik）（俄文中：旅伴。

高中物理：3.4《人造卫星宇宙速度》教案(教科版必修2)

第三章 §3.4人造卫星宇宙速度探究案一、学始于疑———我思考，我收获现代人类生活在很多方面都要依赖人造卫星。

那么我们是怎样将地球上的设备变成一颗人造卫星的呢？二、质疑探究 ———质疑解惑，合作探究★探究点一人造卫星的发射和宇宙速度牛顿在揭示了万有引力定律之后，又描绘了人造卫星的原理：从高山上水平抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。

如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。

请你替牛顿算一算，至少需要多大的速度v 1物体才能不落回地球，而是像卫星一样绕地球做匀速圆周运动？（已知地球半径R =6400km 、地球质量M =6x1024 kg 、G =6.67x10-11 N m 2/kg 2 g =9.8m/s 2 ）小结提升：向高轨道发射卫星，火箭克服地球引力所消耗的能量就更多，所以这个速度是使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度，称为第一宇宙速度。

它也是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为“环绕速度”。

v 1=7.9 km/s 。

拓展:如果此时的发射速度大于v 1 ，物体将会做什么运动？小结：第二宇宙速度：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度，v ２=１１.２ km/s 。

第三宇宙速度：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。

V ３=１６.７ km/s 。

★探究点二人造卫星的运行（重点）１. 人造卫星的运行轨道的特征：人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的，人造卫星作圆周运动的向心力由提供。

所以人造卫星的圆形轨道的圆心一定是。

２. a 、b 、c 三颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运行，它们的质量相等，轨道半径不同,比较它们的向心加速度a n 、线速度v 、角速度ω 、周期T 的大小。

如果C 的速度增加，能否与同轨道的b 相撞。

小结提升：由此可得，第一宇宙速度是最大的运行速度。

高中物理《人造卫星宇宙速度》教案(2)教科版必修2-教科版高中必修2物理教案

人造卫星宇宙速度设计思想：本节内容是万有引力定律应用的重点内容，是匀速圆周运动和万有引力定律的结合。

通过本节的学习，树立万有引力定律在天体运动中应用的基本思想，理清各物理量之间的关系，把握求解天体运动问题的基本思路和方法。

在设计思想上力求起点低，更直观，表达新课标的理念。

让学生充分参与课堂教学，真正成为课堂的主体。

教学方法：讲授、讨论并辅以多媒体演示以及网络环境下的自学等多种形式的教学方法，表达STS教育和综合化思路，有效地利用各种教学手段，丰富学生的学习方法，优化教学过程。

本节课的难点是第一宇宙速度的推导，先给学生一个物理情境，去推导一个运行速度，然后在辅以第一宇宙速度的概念，再去讨论第一宇宙速度的意义，这样学生更容易掌握，理解，更容易突破难点。

一、教学目标〔一〕知识与技能1了解人造卫星的发射与运行原理,知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度2通过了解人造卫星的运行原理,认识万有引力定律对科学发展所起的作用,培养学生科学服务于人类的意识.〔二〕过程与方法i1体验概念的形成过程2培养学生自学和应用网络资源的能力。

3通过万有引力推导第一宇宙速度，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力〔三〕情感、态度与价值观：1通过介绍我国在卫星方面的知识，激发学生的爱国情怀2感知人类探索宇宙的梦想，促使学生形成为献身科学的人生价值观。

3理解科学技术与社会的互动关系，同时培养学生科学的某某意识。

二、教学重点与难点教学重点：人造卫星的发射和运行原理教学难点：第一宇宙速度的推导三教学内容的变化1教学要求的区别旧教材新教材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1了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度2通过了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用，培养学生科学服务于人类的意识.2引入的区别旧教材：演示牛顿设想原理图。

由于抛出速度不同，物体的落点也不同。

2024-2025学年高中物理第三章万有引力定律4人造卫星宇宙速度教案1教科版必修2

（三）新课呈现（预计用时：25分钟）
知识讲解：
清晰、准确地讲解宇宙速度的概念，结合实例帮助学生理解。
突出第一宇宙速度的计算，强调轨道速度与轨道高度的关系，通过对比、归纳等方法帮助学生加深记忆。
互动探究：
设计小组讨论环节，让学生围绕“宇宙速度的重要性”和“卫星轨道设计”问题展开讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。
2.在课堂互动环节，我发现学生提问的积极性不够高，可能是由于课堂氛围不够轻松，或是学生对提问环节的重视程度不够。
（三）改进措施
针对上述问题，我计划采取以下改进措施：
1.在未来的教学中，我将更加注重小组讨论的引导，提前准备更具启发性的问题，并适时给予学生反馈，以提高他们的参与度。
2.为了营造更轻松的课堂氛围，我会在课堂上鼓励学生提问，并对学生的提问给予积极的评价，让他们感受到提问的价值和重要性。
情感升华：
结合教学内容，引导学生思考物理与生活的联系，培养学生的社会责任感。
鼓励学生分享学习心得和体会，增进师生之间的情感交流。
（六）课堂小结（预计用时：2分钟）
简要回顾本节课学习的宇宙速度内容，强调重点和难点。
肯定学生的表现，鼓励他们继续努力。
布置作业：
根据本节课学习的内容，布置适量的课后作业，巩固学习效果。
2.过程与方法：
-学生在小组讨论中，通过合作探究，提升了分析和解决问题的能力，尤其是在探讨卫星轨道设计和宇宙速度的重要性时。
-学生在课堂互动中，能够积极提出问题，通过师生之间的交流，加深了对物理概念的理解。
-学生通过随堂练习和错题订正，强化了数学运算和逻辑思维能力，减少了解题过程中的常见错误。
3.情感态度与价值观：
学生预习：
发放预习材料，引导学生提前了解“人造卫星与宇宙速度”的学习内容，标记出有疑问或不懂的地方。

高中物理第三章4人造卫星宇宙速度教案3教科版必修2

第4节人造卫星宇宙速度教师活动教学内容学生活动引入新课§ 3.4 人造卫星宇宙速度进行新课问：离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物体将做平抛运动，即最终要落回地面．但如果射出的速度增大，会发生什么情况呢？思考演示牛顿设想原理图一、人造地球卫星由于抛出速度不同，物体的落点也不同．当抛出速度达到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球旋转，成为绕地球运动的人造卫星．那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的卫星呢？观察、分析引导学生讨论二、宇宙速度下面讨论人造卫星绕地球运动的速度．假如地球和人造卫星的质量分别为 M 和 m，卫星的轨道半径和线速度分别为 r和 v，根据万有引力提供向心力，可解出对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径 R，可求出：将引力常量 G＝6.67×10-11N·m2/kg2和地球质量 M＝5.98× 1024kg 及地球半径 R＝6.37× 106m 代入上式，可求得 v1讨论并推导展示课件并讲解＝ 7.9km/s．这就是卫星绕地面附近做圆周运动所需的速度，叫第一宇宙速度，也称环绕速度．【板书】 1. 第一宇宙速度 ( 环绕速度 ) v1＝ 7.9km/s请学生根据所学知识，推导第一宇宙速度的另一种表达式：推导：地面附近重力提供向心力，即所以将 R＝6.37×106m , g＝ 9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍为 7.9km /s．如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于 7.9km /s，而小于 11.2km /s，它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭圆．当物体的速度等于或大于 11.2km /s 时，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星．所以，11.2km /s 是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速度，也称脱离速度．观察、思考学习效果评价：本节课较好地完成了预定的教学目标，学生能应用万有引力定律解决简单的人造卫星和宇宙速度问题．此过程激发了学生的学习兴趣．但是本节也反映出学生的数学推理能力较差，建立物理模型解决实际问题的意识较弱．教学反思：本节课的教学活动，始终以学生为主体，精心设计学习活动，创设教学情境，调动学生积极性，及时启发、诱导、点拨，促进学生大胆猜想，独立思维，探索研究，经历、体验与牛顿研究人造卫星发射原理相似的“再发现”过程．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

《人造卫星宇宙速度》教学设计_高中物理人教版部编本

《人造卫星宇宙速度》教学设计_高中物理人教版部编本编辑短评《人造卫星宇宙速度》教学设计_高中物理人教版部编本能成功地将知识与能力，教学过程与方法，教学重难点、技能、目标结合在一起，为学生的自主学习、探究性学习提供了有效方法。

可供教学参考。

前言下载提示：教学设计是根据课程标准的要求和教学对象的特点，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划。

一般包括教学目标、教学重难点、教学方法、教学步骤与时间分配等环节。

Download tips:Instructional design is based on the requirements of the curriculum standards and the characteristics of the teaching objects, the orderly arrangement of teaching elements, and the determination of suitable teaching plans and plans. Generally, it includes teaching objectives, key and difficult points of teaching, teaching methods, teaching steps and time allocation.一、设计基本理念与特点学科教学活动要以学生为主体，促进学生知识、技能、品德三维一体的全面发展。

在本节课之前，学生已掌握了平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。

教材中把理解人造卫星的发射原理作为重点与难点，但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析为题解决问题的能力，而且近几年的高考也将人造卫星的运动特点分析作为重点。

所以在本届课的教学设计中，笔者大胆的改变传统的教材思路，先分析人造卫星的运行特点，在解释人造卫星的发射原理。

高中物理第三章4人造卫星宇宙速度教案1教科版必修2

第4节人造卫星宇宙速度本节教材分析（1）三维目标一、知识与技能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．理解卫星的运行速度与轨道半径的关系．4．了解地球同步卫星的规律．二、过程与方法1．运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．2．通过对人造卫星的加速度、速度、角速度、周期与轨道半径关系的讨论，进一步理解卫星运行的有关规律．三、情感、态度与价值观1．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．2．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观价值观．（2）教学重点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（3）教学难点沿椭圆轨道运行的卫星按照圆周运动处理，卫星的最大环绕速度是最小发射速度．（4）教学建议本节课要求学生会计算人造卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度．本节是第四节，万有引力定律、圆周运动、天体运动都已经讲过，从知识上讲学生运用牛顿第二定律直接推导出卫星的速度并不是一件困难的事情．实际上学生遇到卫星问题时总是感到困难和无从下手．究其根源是因为学生对地球、卫星的空间关系不清楚，学生无法从自己站立的一个小小的角落体会巨大空间中发生的事情．因此，用各种视频、课件和图片帮助学生建立空间的概念是十分必要的，有了空间的图景，对问题的认识和思考就有了依托．所以，本节课我使用了大量的图片和视频来模拟、展示，让学生有比较深刻的感性认识．本节课是万有引力定律的应用，教材的重点是卫星速度的推导过程和三个宇宙速度．如果卫星环绕地球的轨道是圆周，万有引力提供向心力，直接应用牛顿第二定律即可解决．大多数卫星围绕地球运动的轨道是椭圆，将椭圆轨道近似按照圆轨道处理．这里学生会存疑，所以后面设计了一个神舟五号的问题，使学生感受这种近似是可信的．三个宇宙速度指的是发射速度，让学生感受牛顿的猜想，思考牛顿所说的速度很大指的是哪个速度．观看发射过程，找出牛顿说的那个速度在哪个位置．同步卫星学生是知道的，但是对于“同步”的含义及如何使卫星与地球同步是学生所不熟悉的，通过观察视频模拟同步卫星，让学生体会和建立起同步卫星与地球的空间位置．新课导入设计导入一导入二过程1．设计问题情境，复习知识，应用万有引力定律解决问题①观看视频资料“土星的光环”②教师提问：“试用力学方法判定土星的光环究竟是土星物质的外延还是绕土星的卫星带？”这个问题由学生讨论，分别请学生提出自己的方案并加以解释：如果是连续物，则这些物体做匀速圆周运动的线速度与半径成正比，如果是卫星，则这些物体做匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比．③教师给出结论：通过观察，发现光环是土星的卫星带．设计意图：通过这一环节，学生利用已有知识解决教师设定的问题，即复习了万有引力定律，新课打好知识基础，又激发起学生学习知识、解决问题的欲望．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

课堂设计2014 2015高中物理 34 人造卫星 宇宙速度学案 教科版必修2