万有引力定律优秀教案
万有引力定律教案

万有引力定律教案一、教学目标:1. 让学生了解万有引力定律的发现过程,掌握万有引力定律的定义和表达式。
2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3. 引导学生通过观察、实验和分析,深入探究物体间引力作用的特点。
二、教学内容:1. 万有引力定律的发现过程:介绍牛顿发现万有引力定律的经历。
2. 万有引力定律的定义:物体之间存在一种力,称为万有引力,它的大小与两物体的质量乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。
3. 万有引力定律的表达式:F=G(m1m2)/r²,其中F表示万有引力,G为万有引力常数,m1和m2分别为两物体的质量,r为它们之间的距离。
4. 万有引力定律的应用:探讨万有引力在宇宙、地球、日常生活中等方面的应用。
三、教学重点与难点:1. 教学重点:万有引力定律的定义、表达式及其应用。
2. 教学难点:万有引力定律的推导过程,万有引力常数的意义。
四、教学方法:1. 采用问题驱动法,引导学生通过观察、实验和分析,探究万有引力定律。
2. 运用案例分析法,介绍万有引力定律在实际中的应用。
3. 利用多媒体辅助教学,展示相关实验和现象,增强学生的直观感受。
五、教学过程:1. 导入:通过介绍牛顿发现万有引力定律的经历,激发学生的兴趣。
2. 新课:讲解万有引力定律的定义、表达式,引导学生理解万有引力定律的基本原理。
3. 案例分析:分析万有引力定律在宇宙、地球、日常生活中的应用,让学生体会物理与生活的紧密联系。
4. 课堂实验:安排学生进行“地球引力作用”的实验,观察和记录实验现象,引导学生运用万有引力定律解释实验结果。
5. 总结:对本节课的内容进行梳理,强调万有引力定律的重要性。
6. 作业布置:布置一些有关万有引力定律的应用题目,巩固所学知识。
六、教学评估:1. 课堂问答:通过提问方式检查学生对万有引力定律的理解程度。
2. 实验报告:评估学生在课堂实验中的观察、分析和解决问题的能力。
3. 作业完成情况:检查学生对万有引力定律应用题目的掌握情况。
《万有引力定律》教学设计

《万有引力定律》教学设计
一、教学目标
1.理解万有引力定律的内容和公式。
2.知道万有引力定律的发现过程。
3.能运用万有引力定律解决简单问题。
二、教学重难点
1.重点:万有引力定律的内容和公式。
2.难点:运用万有引力定律进行计算。
三、教学方法
故事讲述法、理论推导法、例题分析法。
四、教学过程
1.导入
讲述牛顿发现万有引力定律的故事,引出课题。
2.万有引力定律的发现过程
(1)介绍牛顿从苹果落地想到万有引力的思考过程。
(2)讲解开普勒定律等对万有引力定律发现的贡献。
3.万有引力定律的内容和公式
(1)讲解万有引力定律的内容,即自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比,与它们之间距离r 的二次方成反比。
(2)给出公式F=Gm1m2/r²,讲解公式中各物理量的含义。
4.运用万有引力定律解决问题
(1)通过例题分析,讲解如何运用万有引力定律计算引力大小。
(2)引导学生分析不同情况下万有引力的作用。
5.课堂练习
(1)计算两个物体之间的万有引力。
(2)分析天体运动中万有引力的作用。
6.课堂小结
总结万有引力定律的内容、公式和应用方法。
7.作业布置
(1)思考万有引力定律在生活中有哪些应用。
(2)完成课后万有引力定律计算练习题。
高中物理万有引力定律优质教案通用

高中物理万有引力定律优质教案通用一、教学内容本节课选自高中物理教材《普通高中课程标准实验教科书·物理》(人民教育出版社)第二章第六节“万有引力定律”。
详细内容包括:万有引力定律的发现背景、定律表述、公式推导、应用实例等。
二、教学目标1. 让学生掌握万有引力定律的基本概念、公式及其应用。
2. 培养学生运用万有引力定律解决实际问题的能力。
3. 激发学生对物理现象的好奇心和探索精神,培养学生的科学素养。
三、教学难点与重点教学难点:万有引力定律的公式推导和应用。
教学重点:万有引力定律的基本概念、公式及其应用。
四、教具与学具准备1. 教具:地球仪、月球仪、演示用计算器、多媒体设备等。
2. 学具:学生用计算器、练习本、笔等。
五、教学过程1. 实践情景引入:通过地球仪和月球仪演示地球与月球之间的引力作用,引导学生思考引力的来源和特点。
2. 知识讲解:(1)万有引力定律的发现背景:介绍牛顿发现万有引力定律的历史背景。
(2)万有引力定律的表述:讲解万有引力定律的内容,引导学生理解“万有”的含义。
(3)万有引力定律的公式推导:引导学生根据万有引力定律的表述,推导出万有引力公式。
(4)万有引力定律的应用实例:分析地球与月球之间的引力作用,计算两者之间的引力大小。
3. 例题讲解:讲解一道应用万有引力定律的例题,引导学生掌握解题方法和步骤。
4. 随堂练习:布置两道与例题类似的练习题,让学生当堂巩固所学知识。
六、板书设计1. 万有引力定律2. 内容:(1)万有引力定律的发现背景(2)万有引力定律的表述(3)万有引力定律的公式推导(4)万有引力定律的应用实例七、作业设计1. 作业题目:(1)计算地球与太阳之间的引力大小。
(2)分析地球表面物体受到的引力与物体质量、距离地心的关系。
2. 答案:见附件。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思:对本节课的教学效果进行反思,针对学生的掌握情况,调整教学方法。
2. 拓展延伸:引导学生课后查阅资料,了解万有引力定律在现代科学研究中的应用,如航天、卫星等领域。
高二物理必修二《万有引力定律》教案

高二物理必修二《万有引力定律》教案【导语】高二时孤身奋斗的阶段,是一个与寂寞为伍的阶段,是一个耐力、意志、自控力比拚的阶段。
但它同时是一个厚实庄重的阶段。
由此可见,高二是高中三年的关键,也是最难把握的一年。
为了帮你把握这个重要阶段,无忧考网高二频道整理了《高二物理必修二《万有引力定律》教案》希望对你有帮助!!【篇一】教学目标知识目标:1、了解万有引力定律得出的思路和过程。
2、理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律。
3、知道任何物体间都存在着万有引力,且遵守相同的规律能力目标:1、培养学生研究问题时,抓住主要矛盾,简化问题,建立理想模型的处理问题的能力。
2、训练学生透过现象(行星的运动)看本质(受万有引力的作用)的判断、推理能力德育目标:1、通过牛顿在前人的基础上发现万有引力定律的思考过程,说明科学研究的长期性,连续性及艰巨性,渗透科学发现的方*教育。
2、培养学生的猜想、归纳、联想、直觉思维能力。
教学重难点教学重点:月――地检验的推倒过程教学难点:任何两个物体间都存在万有引力教学过程(一)引入:太阳对行星的引力是行星做圆周运动的向心力,,这个力使行星不能飞离太阳;地面上的物体被抛出后总要落到地面上;是什么使得物体离不开地球呢?是否是由于地球对物体的引力造成的呢?若真是这样,物体离地面越远,其受到地球的引力就应该越小,可是地面上的物体距地面很远时受到地球的引力似乎没有明显减小。
如果物体延伸到月球那里,物体也会像月球那样围绕地球运动。
地球对月球的引力,地球对地面上的物体的引力,太阳对行星的引力,是同一种力。
你是这样认为的吗?(二)新课教学:一.牛顿发现万有引力定律的过程(引导学生阅读教材找出发现万有引力定律的思路)假想――理论推导――实验检验(1)牛顿对引力的思考牛顿看到了苹果落地发现了万有引力,这只是一种传说。
但是,他对天体和地球的引力确实作过深入的思考。
牛顿经过长期观察研究,产生如下的假想:太阳、行星以及离我们很远的恒星,不管彼此相距多远,都是互相吸引着,其引力随距离的增大而减小,地球和其他行星绕太阳转,就是靠劂的引力维持。
高中物理万有引力定律教学设计

高中物理万有引力定律教学设计高中物理万有引力定律教学设计作为一名教职工,常常要根据教学需要编写教学设计,借助教学设计可以提高教学效率和教学质量。
我们该怎么去写教学设计呢?以下是小编精心整理的高中物理万有引力定律教学设计,欢迎阅读,希望大家能够喜欢。
高中物理万有引力定律教学设计篇1知识目标1、在开普勒第三定律的基础上,推导得到万有引力定律,使学生对此定律有初步理解;2、使学生了解并掌握万有引力定律;3、使学生能认识到万有引力定律的普遍性(它存在宇宙中任何有质量的物体之间,不管它们之间是否还有其它作用力)。
能力目标1、使学生能应用万有引力定律解决实际问题;2、使学生能应用万有引力定律和圆周运动知识解决行星绕恒星和卫星绕行星运动的天体问题。
情感目标1、使学生在学习万有引力定律的过程中感受到万有引力定律的发现是经历了几代科学家的不断努力,甚至付出了生命,最后牛顿总结了前人经验的基础上才发现的。
让学生在应用万有引力定律的过程中应多观察、多思考。
教学建议万有引力定律的内容固然重要,让学生了解发现万有引力定律的过程更重要。
建议教师在授课时,应提倡学生自学和查阅资料。
教师应准备的资料应更广更全面。
通过让学生阅读“万有引力定律的发现过程”,让学生根据牛顿提出的几个结果自己去猜测万有引力与那些量有关。
教师在授课时可以让学生自学,也可由教师提出问题让学生讨论,也可由教师展示出开普勒三定律和牛顿的一些故事引导学生讨论。
教学目的:1、了解万有引力定律得出的思路和过程;2、理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律;3、掌握万有引力定律,能解决简单的万有引力问题;教学难点:万有引力定律的应用教学重点:万有引力定律教学工具:展示第谷、哥白尼,伽利略、开普勒和牛顿等人图片。
教学过程(一)新课教学(20分钟)1、引言展示第谷、哥白尼,伽利略、开普勒和牛顿等人照片并讲述物理学史:十七世纪中叶以前的漫长时间中,许多天文学家和物理学家(如第谷、哥白尼,伽利略和开普勒等人),通过了长期的观察、研究,已为人类揭示了行星的运动规律。
万有引力定律(说课与教案)

(1)教师提出实际问题,如地球与月球之间的引力大小。
(2)学生运用万有引力定律进行计算,教师指导解题过程。
(3)学生展示解题结果,教师进行评价。
6. 课堂小结
教师引导学生总结本节课的主要内容,巩固所学知识。
三、课后作业
1. 请简述万有引力定律的内容及其表达式。
2. 计算地球与月球之间的引力大小,并解释结果的含义。
3. 练习与应用
(1)教师布置课后练习题,要求学生在课后完成。
(2)教师选取练习题进行讲解,示范解题方法。
第六课时
4. 复习与导入
教师通过提问方式检查学生对引力作用下天体运动的掌握情况,为新课的学习做好铺垫。
5. 深入探究天体运动问题
(1)教师提出更复杂的实际问题,如行星运动的轨道计算。
(2)学生运用万有引力定律进行计算,教师指导解题过程。
教师通过提问方式检查学生对万有引力定律应用的掌握情况,为新课的学习做好铺垫。
5. 深入探究万有引力定律的应用
(1)教师提出更复杂的实际问题,如卫星轨道的计算。
(2)学生运用万有引力定律进行计算,教师指导解题过程。
(3)学生展示解题结果,教师进行评价。
6Байду номын сангаас 课堂小结
教师引导学生总结本节课的主要内容,巩固所学知识。
(3)学生展示解题结果,教师进行评价。
6. 课堂小结
教师引导学生总结本节课的主要内容,巩固所学知识。
十三、课后作业
1. 分析一个给定的天体运动问题,运用万有引力定律解决问题。
2. 计算行星在特定轨道上的速度、周期等参数,并解释结果的含义。
十四、教学反思
教师在课后对自己的教学进行反思,分析教学过程中的优点与不足,为今后的教学改进提供依据。
大学力学教案万有引力定律

教学对象:大学物理专业学生教学时间:2课时教学目标:1. 让学生理解万有引力定律的基本概念和意义。
2. 使学生掌握万有引力定律的应用公式,并能运用该公式解决实际问题。
3. 培养学生的科学思维和科学探究能力,提高学生的科学素养。
教学重点:1. 万有引力定律的基本概念和意义。
2. 万有引力定律的应用公式及推导过程。
教学难点:1. 万有引力定律在实际问题中的应用。
2. 公式推导过程中的逻辑思维和数学运算。
教学过程:一、导入新课1. 提问:什么是引力?引力有哪些性质?2. 回顾牛顿运动定律,引出万有引力定律。
二、讲授新课1. 介绍万有引力定律的基本概念和意义:- 任意两个质点都有通过连心线方向上的力相互吸引。
- 引力大小与它们质量的乘积成正比,与它们距离的平方成反比。
2. 讲解万有引力定律的应用公式及推导过程:- 公式:F = G (m1 m2) / r^2- 解释各物理量的含义:G为万有引力常数,m1和m2分别为两个相互吸引的物体的质量,r为两个物体之间的距离。
- 推导过程:从牛顿运动定律出发,结合实验数据和数学推导,得出万有引力定律公式。
三、实例分析1. 分析地球对物体的引力:- 计算地球表面物体所受的重力。
- 讨论地球表面物体所受重力与物体质量、地球半径的关系。
2. 分析天体运动:- 以地球和月球为例,分析天体运动的原因。
- 讨论开普勒定律与万有引力定律的关系。
四、课堂练习1. 计算地球表面一个质量为10kg的物体所受的重力。
2. 计算地球对月球引力与月球对地球引力的大小关系。
五、总结与反思1. 总结本节课所学内容,强调万有引力定律的基本概念和意义。
2. 反思万有引力定律在实际问题中的应用,提高学生的科学素养。
教学资源:1. 多媒体课件:展示万有引力定律的发现过程、基本概念和公式。
2. 教学视频:通过实例分析,帮助学生深入理解万有引力定律。
3. 教学文稿:介绍万有引力定律在宇宙探索和工程技术中的应用实例。
万有引力定律教案

万有引力定律教案一、教学目标1. 知识与技能:(1)理解万有引力定律的内容和意义。
(2)掌握万有引力定律的数学表达式,并能进行简单的计算。
(3)知道万有引力定律适用于任何两个物体之间的引力,且引力常量是自然界的恒定的常量。
2. 过程与方法:(1)通过探究行星与太阳之间的引力规律,培养学生的观察、分析和推理能力。
(2)通过探究万有引力定律的得出过程,了解科学探究的基本方法。
3. 情感、态度与价值观:(1)感受科学家探索万有引力定律的艰辛历程,培养学生的科学精神和科学态度。
(2)了解万有引力定律在日常生活和生产中的应用,增强学生的实践意识和应用能力。
二、教学内容分析本节课主要介绍万有引力定律的发现过程、内容、意义以及应用。
通过探究行星与太阳之间的引力规律,推导出万有引力定律的数学表达式,并简单介绍万有引力常量是自然界的恒定的常量。
在此基础上,进一步讨论万有引力定律的意义和应用。
三、教学重点与难点1. 重点:万有引力定律的内容和意义,以及其数学表达式。
2. 难点:理解万有引力定律的得出过程,以及万有引力定律的应用。
四、教学方法与手段1. 通过多媒体展示行星与太阳之间的引力规律,引导学生观察、分析和推理。
2. 采用讲授、讨论、探究等多种教学方法,引导学生积极参与课堂活动。
3. 通过实例和案例分析,帮助学生理解万有引力定律的应用。
五、教学过程设计1. 导入新课:通过回顾牛顿发现万有引力定律的过程,引导学生进入本节课的主题。
2. 讲授新课:介绍万有引力定律的内容、意义以及数学表达式,通过实例和案例分析帮助学生理解万有引力定律的应用。
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六万有引力和天体运动(一)开普勒行星定律1.第一定律——轨道定律所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处于所有椭圆的一个焦点上。
因此地球公转时有近日点和远日点2.第二定律——面积定律太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。
因此行星的公转速率是不均匀的,在近日点最快,在远日点最慢。
3.第三定律——周期定律所有行星椭圆轨道的半长轴R的三次方与公转周期T的平方的比值都相等。
R 3T 2 =k k是与行星无关,而与太阳有关的量。
(1)若公转轨道为圆,那么R就是指半径。
(2)第三定律针对的是绕同一中心天体运动的各星体,若中心天体不同,不能死套周期定律:例如比较地球和火星,就有R地3T地2=R火3T火2=kk是一个与中心天体太阳有关的常数,与行星无关。
例如比较月球和人造卫星,就有R月3T月2=R卫3T卫2=k ′k ′是一个与中心天体地球相关的常数,与卫星无关。
例如行星的卫星并非主要绕太阳运动,不能直接和行星比较,即R地3T地2≠R月3T月2例1.已知日地距离为1.5亿千米,火星公转周期为1.88年,据此可推算得火星到太阳的距离约为A. 1.2亿千米 B. 2.3亿千米C. 4.6亿千米D. 6.9亿千米解:B(二)万有引力定律1.基本概念(1)表述:自然界中任何两个物体都是相互吸引的——引力普遍存在;引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比——F万∝m1m2 R 2(2)公式:F万=G m1m2 R 2其中G称为引力常量,适用于任何物体,由卡文迪许首先测出。
它在数值上等于两个质量都是1kg的质点相距1m时的相互作用力:G=6.67×10-11N·m2/kg2。
(3)定律的适用范围:①定律只适用于质点间的相互作用,公式中的R是所研究的两质点间的距离。
②定律还可用于两均匀球体间的相互作用,公式中的R是两球心间的距离。
③定律还可用于一均匀球体和球体外另一质点间的相互作用,公式中的R是球心与质点间的距离。
例2.已知月球中心到地球中心的距离约是地球半径的60倍,两者质量之比M月∶M地=1∶81。
问由地球飞往月球的飞船距月球中心多远时,地球与月球对飞船的万有引力的合力恰好为零?解:设飞船质量为m,所求距离为d,据平衡条件有G M月md 2=GM地m(60R地-d)2解得d=6 R地2.万有引力和重力(1)地面上物体的重力mg是地球对该物体的万有引力的一个分力。
随着纬度的升高,物体所需向心力减小,物体的重力逐渐增大。
事实上,地球表面的物体受到的万有引力和重力十分接近。
例如,在赤道上的一个质量为1kg的物体,用F万=G MmR 2计算出来的万有引力是9.830N,用F向=m 4π2T 2R计算出来的的向心力是0.034N,那么物体受到的重力是mg=F万-F向=9.796N。
因此(2)在地面及附近,可认为mg=G Mm R 2那么重力加速度g=G MR 2——黄金代换例3.已知地球的半径约为R,地球表面的重力加速度为g,月球绕地球运动的周期为T。
又知月球的公转可看做匀速圆周运动,试用上述物理量表达出地月距离L(L远大于R)。
解:L远大于R,可将地球和月球视为质点,由万有引力定律和牛顿第二定律有G Mm月L 2=m月4π2T 2L ①在地球表面,有m物g=G Mm物R 2②联立①、②式解得L=3gR 2T 24π2(3)地球表面附近高度为h(h<<R)的地方,仍可视为重力等于万有引力:mg ′=G Mm(R+h)2故距地面高度为h的地方,重力加速度g ′=GM(R+h)2 =R2(R+h)2g可见,随高度的增大,重力加速度迅速减小。
例4.在地球某处海平面上测得物体自由下落高度h时所经历的时间为t。
在某高山顶上测得物体下落同样的高度所需时间增加了Δt 。
已知地球半径为R ,试用上述各量表达山的高度H 。
解:设地面的重力加速度为g ,据直线运动规律有g = 2ht2设高山顶上的重力加速度为g ′,同理有g ′= 2h(t +Δt ) 2则 gg ′= ( t +Δt t )2 ①在地面附近,可认为重力等于万有引力,有 mg =G Mm R 2mg ′=G Mm(R +H )2则 gg ′= ( R +H R )2 ②联立①②式得 t +Δt t = R +H R 解得H = Δtt R3.利用万有引力定律测量天体质量和密度(1) 以天体表面的物体为研究对象设星球半径为R ,在天体表面有:mg =GMmR 2得M =gR 2 G ;而V = 4 3πR 3 ,则ρ= M V = 3g4πGR例5. 已知地球表面的重力加速度为9.8m/s 2,地球半径为6.4×103km ,引力常量为6.67×10-11N ·m 2/kg 2。
(1)试估算地球的平均密度。
(2)已知地核的体积约为整个地球体积的16%,地核的质量约为地球质量的34%,试估算地核的平均密度。
解:设地面上有一质量为m 的物体,它所受到的地球引力近似等于它的重力:mg =G Mm R 2 得 M 地=gR 2Gρ地= M 地 V 地 = 3g4πGR = 3×9.8 4×3.14×6.67×10-11×6.4×106 kg/m 3=5.48×103kg/m 3 ρ核= 0.34M 地 0.16V 地= 178 ρ地=11.6×103kg/m 3例6. 宇航员在地球表面以一定的初速度竖直上抛一小球,经过时间t 小球落回原处;若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球,需经过5t 的时间后小球才落回原处(地球重力加速度取g =10m/s 2,空气阻力不计),求:(1)该星球表面附近的重力加速度;(2)已知该星球的半径与地球半径之比为R 星∶R 地=1∶4,求该星球的质量和地球质量之比。
解:物体作竖直上抛运动时,上升时间t = va则a ∝ 1t 即 g 星 g 地 = t 5t 得g 星=2 m/s 2在星球表面有mg =G Mm R 2,故有M ∝gR 2即 M 星 M 地 = g 星R 星2 g 地R 地2 = 1 80(2) 以绕中心天体运动的物体为研究对象设物体的轨道半径为r ,由牛顿第二定律及万有引力定律有F 万=F 向G Mm r 2=m v 2 r =mω2r =mv ω=m 4π2 T 2r =m 4π2f 2r 得M =v 2 G r = 4π2 G T 2r 3 ; 若已知中心天体的半径R ,V = 4 3πR 3 ,则ρ= MV特别地,若物体是在中心天体表面附近飞行,则有R =r例7. 一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行,测得飞船绕行一周所需时间为T ,若该行星的密度可视为是均匀的,求该行星密度的表达式。
(引力常量为G ) 解:据万有引力和牛顿第二定律有 G Mm r 2=m 4π2T 2r 得M = 4π2 G T 2r 3由于飞船是在行星表面附近飞行,可认为轨道半径r 与星球半径R 相等,有 V =4 3πr 3则ρ=M V = 3π G T 2(三) 人造卫星1.人造卫星的发射所谓“发射速度”并非指火箭的起飞速度,而是卫星脱离火箭进入轨道时的速度。
2.人造卫星的在轨运行很多人造地球卫星进入轨道后,就以一稳定的速度做匀速圆周运动,轨道中心在地心。
其运动所需的向心力由地球对卫星的万有引力提供。
于是有G Mmr 2=mv 2r=mω2r=m4π2T 2r=m4π2f 2r其中r为轨道半径,设地球半径为R,卫星距地面的高度为h,则r=R地+h。
卫星按照不同的用途被安排在距地高度不同的圆轨道上。
比较不同轨道上的卫星,它们的运行参数和轨道半径间有下列关系:绕行速度v和半径r:由G Mmr 2=mv 2r得v2∝1r,可见r越大,绕行速度越小。
即卫星的轨道越高,其线速度越小。
角速度ω和半径r:由G Mmr 2=mω2r 得ω2∝1r 3可见r越大,角速度ω越小。
环绕周期T和半径r:由G Mmr 2=m4π2T 2r 得T2∝r 3可见r越大,周期T越大。
卫星的向心加速度a和半径r:由G Mmr 2=ma得a∝1r 2可见r越大,向心加速度a越小。
例8.火星有两颗卫星,分别是火卫一和火卫二,它们的轨道近似为圆,已知火卫一的周期为7h39min,火卫二的周期是30h18min,那么两颗卫星相比较:A.火卫一距火星表面近B.火卫二的角速度较大C.火卫一的运动速度较大D.火卫二的向心加速度较大解:AC3.三种宇宙速度(1)第一宇宙速度卫星脱离火箭,被火箭发射到轨道上时,有一个最小发射速度,若卫星脱离火箭时的速度比它还小,卫星将象炮弹一样落回地面。
这一最小发射速度称为第一宇宙速度,记为vⅠ。
卫星以该速度运行时,处于最低的近地轨道,如果轨道再低,卫星的运行将受到空气阻力的影响,会坠落回地面。
此时轨道距地面约200km,其轨道半径可视为地球半径。
①vⅠ是卫星的最小发射速度,若发射速度达不到vⅠ,卫星将坠回地面。
②vⅠ是卫星轨道为圆形时的最大绕行速度,若速度再增大,轨道将不再是圆。
例9.已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,不考虑地球自转的影响,(1)试推导第一宇宙速度v1的表达式。
(2)若某卫星绕地球做匀速圆周运动,运行轨道距地面高度为h,求卫星的运行周期T。
解:(1)卫星绕地运动时,设轨道半径为r,据万有引力定律和牛顿第二定律有:G Mmr 2=mvⅠ2r由于卫星此时在地表附近飞行,有mg =G Mmr 2r =R联立可解得v Ⅰ=gR 地 =7.9km/s (2)据万有引力定律和牛顿第二定律有: G Mm (R +h )2 =m 4π2T 2(R +h )对于地面上的物体,有 m 物g =G Mm 物R 2联立可解得T =2πR +hRR +hg(2) 第二宇宙速度和第三宇宙速度如果第三级火箭进入圆轨道后,发动机继续工作,使得卫星的发射速度大于7.9km/s ,那么卫星将沿椭圆轨道运行;若卫星的发射速度进一步增大,达到11.2km/s 时,卫星就会脱离地球的引力而不再绕地运行。
此后卫星将成为绕太阳运行的人造行星或者向其它行星飞去。
这个速度是航天器能够脱离地球引力的最小速度,称为第二宇宙速度,记为v Ⅱ,也称为地球表面的逃逸速度。
如果发射速度进一步增大,达到16.7km/s 以上时,航天器将脱离太阳引力束缚,飞到太阳系以外的宇宙中,不再返回太阳系或地球。
这一速度称为第三宇宙速度,记为v Ⅲ。
4.地球同步静止卫星卫星绕地球旋转周期与地球自转周期完全相同,相对位置保持不变。
此卫星在地球上看来是静止地挂在高空,称为地球同步静止卫星,简称同步卫星或静止卫星。