湖北省黄石市高中物理 6.5.2 宇宙航行（二） 教案 必修2.doc

6.5.2 宇宙航行（二）【教学目标】1进一步理解人造卫星的运行原理以及卫星中的失重现象。2知道同步卫星的知识及应用。【重点难点】同步卫星的特点及应用。【教学方法】讲练结合【教学用具】课 件【教学过程】一、人造卫星中的“超重”和“失重”现象1、发射人造卫星时，卫星尚未进入轨道的加速过程和返回地面的减速过程中，由于具有竖直向上的加速度，卫星及卫星内的物体均处于超重状态。【例1】火箭发射卫星的开始阶段是竖直升空的，卫星中用弹簧秤悬挂一个质量m=9kg的物体，当卫星升到某高处时，火箭向上的加速a5ms2 ，弹簧秤的读数为85n，那么此时卫星距地面的高度h是多少千米？（地球的半径取6400km，g取10ms2）2、轨道处的向心加速度：卫星正常运行时，地球对它的万有引力提供向心力，即 ， 则此向心加速度也等于轨道处的重力加速度（gh）：。3、卫星中的物体处于完全失重状态卫星中的物体跟随卫星一起绕地球作匀速圆周运动，受到的引力全部提供圆周运动所需要的向心力，其加速度即为轨道处的重力加速度，而对支持物没有弹力作用，处在完全失重状态。凡是工作原理与重力有关的仪器（如天平、水银气压计等）在卫星中都无法使用，凡是与重力有关的实验，在卫星中也无法进行。引导学生思考：在正常运行的卫星中，有一物体自行脱落，该物体作何种运动？引入：由于卫星受到的万有引力提供了它绕地球运行的向心力，轨道半径越大的卫星，运行速度越小，不同的卫星可能在不同的轨道上运行，满足什么样的条件，卫星能和地球自转同步呢？二、地球的同步卫星1、同步卫星与地面相对静止，与地球自转同步，周期为24h。2、同步卫星的运行方向与地球自转方向相同。3、同步卫星定点在赤道正上方，离地高度（轨道半径）、运行速率、角速度、周期是唯一确定的。分析：由于运行时，万有引力提供卫星运转的向心力，万有引力必须在轨道平面上，所以卫星的轨道平面必过地球中心，而同步卫星与地球自转同步，所以其轨道平面必定与赤道平面重合，且所有同步卫星都在赤道正上方。设地球质量m，半径为r，自转周期为t，同步卫星质量m，离地高度h，由牛顿第二定律：（1）轨道半径（离地高度）：， 又 （2）运行速率：【例2】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“神舟号”试验飞船，飞船在太空中飞行了21小时，绕地球14圈，又顺利返回地面。那么此卫星与飞船在轨道上正常运转比较：a卫星的运转周期较大 b卫星的运转速率较大c卫星的加速度较大 d卫星的离地高度较大分析：飞船在轨道上正常运行时，地球对它的引力提供向心力，其周期小时，比同步卫星小，可得a、d正确。【例3】我国发射的亚洲一号通讯卫星的质量为m，如果地球半径为r，自转角速度为，表面重力加速度为g，则卫星：a距地面的高度 b环绕速度c受到地球引力为 d受到地球引力为分析：由和知a、b正确，由，把代入可知c正确，d肯定不对。【例4】地球半径为r，距地心为r处有一颗同步卫星，另一星球半径为3r，距该星球球心为3r处也有一颗同步卫星，它的周期为72h，则该星球的平均密度为地球的几倍？解：对于地球的同步