宇宙速度教案(教师版).doc

学生姓名 学科 物理 教师姓名 程小可 课时 第次课 授课日期 2012.03.知识框架：由有，利用公式有，利用公式有据有。 ACD可能，B不可能。环绕天体做圆周运动的轨道平面的圆心必须是中心天体的球心。第一宇宙速度：7.9km/s第二宇宙速度（逃逸速度）：11.2km/s (第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍)第三宇宙速度：16.7km/s【牢记】：抛出速度v满足v=7.9km/s时，物体将在地表围绕地球做匀速圆周运动。抛出速度v满足7.9km/sv11.2km/s时，物体将围绕地球做椭圆轨道的运动。抛出速度v满足11.2km/sv16.7km/s时，物体将脱离地球的引力，永远离开地球进而进入太阳引力范围，围绕太阳运动。抛出速度v满足16.7km/sv时，物体将脱离太阳引力，永远离开太阳系。发射速度：所谓发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道。运行速度（或环绕速度）：所谓运行速度，是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度第一宇宙速度是最大的环绕速度，同时也是最小的发射速度。（3）人造卫星的运行速度。设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则，可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？，可见：高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长。引入：高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度。2、宇宙速度（1）第一宇宙速度推导：问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km。分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力： ， 得：又 结论：如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。（2）第二宇宙速度 大小。意义：使卫星挣脱地球束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；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。（3）第三宇宙速度。大小：。意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。3、人造卫星的发射速度与运行速度（1）发射速度：发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。（2）运行速度：运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。思路汇总：题型体系:题型一、卫星发射及变轨问题例1如右图，四颗均绕地球做匀速圆周运动，方向为逆时针方向。如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？不能直接加速或减速，如果加速，则卫星做离心运动，进入外层轨道，如果减速，则做向心运动，进入内层轨道。可以先加速后减速或先减速或后加速。例2假设某卫星正在地面附近绕地球做匀速圆周运动，速度是7.9km/s。现要想该卫星进入外层轨道，如何操作？在某点瞬间加速，卫星将作离心运动，进入外层轨道。例3在牛顿抛物设想中，当抛出速度v满足7.9km/sv11.2km/s时，物体做什么运动？物体将围绕地球做椭圆轨道的运动。例4环绕地球做匀速圆周运动的卫星的周期有最大值还是最小值，该值是多少？据公式有最小值，为5087秒约84.8min例5例6例7题型二、密度问题例1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：对于地球的同步卫星： ，得， 地球密度，同理某星球的密度： 例2地球半径为6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为7.9103m/s，则周期为多大？估算地球的平均密度。解：；由 得：思考：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？例3例4例5例6例7题型三、加速度、线速度、角速度例1有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r24：1，求这颗卫星的：线速度之比；角速度之比；周期之比；向心加速度之比。解：由得所以由得所以由得由得例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例5例6例7题型