高中物理第一册人造卫星、宇宙速度

人造卫星、宇宙速度

一、学目标

1.知道并会推倒第一宇宙速度.

2.能区分最小发射速度和卫星最大速度。

二、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.

三、教学难点

运行速率与轨道半径之间的关系.

四、教学方法

1.关于第一宇宙速度和地球同步卫星轨道的教学，采用电教法、推导法、归纳法、讲授法等综合教法进行.

2.关于天体的几个层次的教学，采用电教法、讲授法进行.

五、教学过程

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.

2.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。

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：

③所以我们得到

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的表达式.

2.讨论v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.

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.

①学生解答.

②在多媒体实物投影仪上抽查展示解题过程.

对于靠近地面运行的人造卫星，可以认为此时的r近似等于地球的半径R，则

③教师：这个速度就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度.

4.讨论：

①第一宇宙速度是卫星绕地球的最大速度，为什么？

②为什么说第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度？

学生讨论后，教师总结：

第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成：

一是发射卫星进入最低轨道所必须具有的最小速度.

二是卫星进入轨道正常运转的最大环绕速度，即所有卫星的环绕速度均小于7.9km/s.

过渡：如果卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,此时卫星的运行轨道又如何呢？ 5.教师讲解，并用多媒体模拟：

①当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,而小于11.2 km/s,它绕地球运动的轨迹就不是圆形，而是椭圆.

②当物体的速度等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行，这个速度叫做第二宇宙速度，也叫脱离速度.

③达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力，如果使卫星的速度等于或者大于16.7km/s,这个速度叫做第三宇宙速度.

(二）用多媒体放映“航天技术的发展和宇宙航行”的录像资料，使学生了解我国在航天技术上所取得的巨大成就.

（三）行星、恒星、星系和宇宙

教师：在万有引力的应用中，我们谈到了利用万有引力定律发现了海王星和冥王星，本节课我们又学习了人造卫星，那么在宇宙中还有哪些天体存在呢？

1.学生阅读课文.

2.学生总结天体的层次.

行星→恒星→星团→星系→宇宙

3.用多媒体展示天体各层次的实例.

4.问：那么宇宙又是如何形成的呢？

①教师介绍宇宙大爆炸理论及该理论的依据：

宇宙大爆炸理论认为：宇宙起源于约二百亿年前的一次大爆炸，爆炸初期，宇宙中现在可以看到的所有物质都聚积在一起，宇宙的密度非常大，温度非常高，随着宇宙的不断膨胀，温度逐渐下降.星系、恒星、行星、生命等逐渐形成，直至现在我们所处的这个宇宙.

现代观测表明，除了银河系附近几个星系外，几乎所有的星系都在远离银河系，而且远离的速度与距离成正比，这说明宇宙在膨胀着，这一事实为宇宙大爆炸理论奠定了基础.

②学生据课文内容，想象今后的宇宙将怎样发展演化下去.

③教师：有关宇宙是怎样产生的，又将如何演化下去等问题还有许多课题需要我们不断地去研究、探索，希望同学们努力学习，将来投入到这一研究中.

六、小结

通过本节课的学习，我们知道了：

=7.9km/s

1.第一宇宙速度（环绕速度）v

1

=11.2km/s

2.第二宇宙速度（脱离速度）v

2

3.第三宇宙速度（逃逸速度）v

=16.7km/s

3

2.宇宙中天体的层次：

行星—恒星—星团—星系—宇宙

七、板书设计