宇宙速度 人造地球衛星
教學目的:
1、了解人造衛星的有關知識
2、.通過講解與舉例,讓學生掌握第一宇宙速度的推導. 了解 第二、第三宇宙速度的意義
重 點:第一宇宙速度的推導
教學方法:啟發、講授
教學過程:
一.組織教學:
二.引入新課:
1970年4月24日,我國發射了第一顆人造地球衛星, 到現在我國已發射了多顆人造地球衛星.1975年,我國就掌握了使衛星返回地面的回收技術,成為世界上第三個掌握這種先進技術的國家.1984年4月8日, 我國發射了一顆試驗通訊衛星, 把衛星準確地運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.同步衛星的定點成功, 標志著我國在運載火箭和衛星技術方面已加入世界先進行列.近幾年,我國一直利用火箭為其它國家發射衛星.這節課我們來學習人造地球衛星的基本知識.
三.講授新課:
1.牛頓的人造衛星設想:
如果地面上空有一個相對于地面靜止的物體, 它只受到重力的作用,那么它將做自由落體運動.如果物體在空中具有一定的初速度, 且初速的方向與重力方向垂直,那么它將做平拋運動.牛頓就曾設想, 從高山上用不同的水平速度拋出物體,速度一次比一次大,則落點一次比一次遠,如不計空氣的阻力,當速度足夠大時, 物體就永遠不會落到地面上來,而圍繞地球旋轉,成為一顆人造地球衛星了.
2.宇宙速度:
⑴第一宇宙速度:
提問:當物體一速度達到多大時,物體在重力作用下, 不會落到地面上來,而圍繞地球作圓周運動,成為人造地球衛星呢?
答:由于人造地球衛星在空中運行時,僅受到地球對它的萬有引力作用,這時,它就是衛星做勻速圓周運動所需要的向心力,即:
gmm/r2=mv2/r
∴v=（gm/r）1/2
從上式可見,r越大,即衛星離地面越高, 它環繞地球運動的速度v越小.對于靠近地面運行的衛星,可以認為r近似等于地球的半徑r地, 地球對物體的引力,近似等于衛星的重力mg,則有:
v=（gr）1/2 地
將g=0.0098km/s2和r地 =6400km代入上式有:
v=7.9km/s
這就是人造地球衛星在地面附近環繞地球做勻速圓周運動必須具有的速度,叫第一宇宙速度.也叫環繞速度.
說明：
1） 是最小的發射速度，最大的環繞速度
2） 所有軌道的圓心都在地心上
⑵第二宇宙速度:
如果人造地球衛星進入軌道的水平速度大于7.9km/s,而小于11.2
km/s,它繞地球運行的軌跡就不是圓而是橢圓了.當衛星的速度等于或大于11.2km/s的速度時,衛星就可以掙脫地球的引力的束縛,成為繞太陽運動的人造行星,或飛到其它行星上去.所以11.2km/s這個速度叫做第二宇宙速度.也叫脫離速度