萬有引力定律在天文學上的應用 人造衛星
板書:第一宇宙速度是發射地球衛星的最小速度,是衛星繞地球運行的最大速度。
如果物體發射的速度更大,達到或超過11.2km/s時,物體將能夠擺脫地球引力的束縛,成為繞太陽運動的行星或飛到其他行星上去。11.2km/s這個速度稱為第二宇宙速度。
板書:第二宇宙速度 v=11.2km/s
如果物體的發射速度再大,達到或超過16.7km/s時,物體將能夠擺脫太陽引力的束縛,飛到太陽系外。16.7km/s這個速度稱為第三宇宙速度。
板書:第三宇宙速度 v=16.7km/s
(2)同步通訊衛星
下面我們再來研究一種衛星——同步通信衛星。這種衛星繞地球運動的角速度與地球自轉的角速度相同,所以從地面上看,它總在某地的正上方,因此叫同步衛星。這種衛星一般用于通訊,又叫同步通訊衛星。我們平時看電視實況轉播時總聽到解說員講:正在通過太平洋上空或印度洋上空的通訊衛星轉播電視實況,為什么北京上空沒有同步衛星呢?大家來看一下模型(出示模型):
若在北緯或南緯某地上空真有一顆同步衛星,那么這顆衛星軌道平面的中心應是地軸上的某點,而不是地心,其需要的向心力也指向這一點。而地球所能夠提供的引力只能指向地心,所以北緯或南緯某地上空是不可能有同步衛星的。另外由于同步衛星的周期與地球自轉周期相同,所以此衛星離地球的距離只能是一個定值。換句話說,所有地球的同步衛星只能分布在赤道正上方的一條圓弧上,而為了衛星之間不相互干擾,大約3度角左右才能放置一顆衛星,地球的同步通訊衛星只能有120顆。可見,空間位置也是一種資源。(可視時間讓學生推導同步衛星的高度)
(三)課堂小結
本節課我們學習了如何用萬有引力定律來研究天體運動的問題;掌握了萬有引力是向心力這一研究天體運動的基本方法;了解了衛星的發射與運行的一些情況;知道了第一宇宙速度是衛星發射的最小速度,是衛星繞地球運行的最大速度。最后我們還了解了通訊衛星的有關情況,本節課我們學習的內容較多,希望及時復習。
五、說明
1.設計思路:本節課是一節知識應用與擴展的課程,所以設計時注意加大知識含量,引起學生興趣。同時注意方法的培養,讓學生養成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣,避免套公式的不良習慣。圍繞第一宇宙速度的討論,讓學生形成較正確的衛星運動圖景。
2.同步衛星模型是用一地球儀改制而成,用一個小球當衛星,小球與地球儀用細線相連,細線的一端可在地球儀的不同緯度處固定。
(北京156中學 王勇毅)