高一物理必修二优质课公开课学案3.4-5.doc

4.人造卫星宇宙速度

5．太空探索(选学)

课标要求

1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．

2．了解人造卫星的相关知识，知道地球同步卫星的特点，通过对比“同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体”的运动规律，提高推理分析能力．

3．了解我国卫星发射情况，增强民族自信，体会人类探索宇宙的成就和科学精神．

思维导图

必备知识·自主学习——突出基础性素养夯基

一、宇宙速度

(1)牛顿设想：如图所示，把物体从高山上水平抛出，如果抛出速度________，物体就不再落回地面，成为________．

(2)近地卫星的速度：由GmmEr2＝mv2r，得v＝______．用地球半径R代替卫星到地心的距离r，可求得

(3)宇宙速度及其意义

数值

意义

第一宇宙速度

________km/s

卫星在地球表面附近绕地球做____________的速度

第二宇宙速度

________km/s

使卫星挣脱________引力束缚的最小地面发射速度

第三宇宙速度

________km/s

使卫星挣脱________引力束缚的最小地面发射速度

[导学1]

(1)三个宇宙速度均指卫星的发射速度，而不是轨道上的运行速度．

(2)人造地球卫星的发射速度与运行速度的大小关系：v运行≤7.9km/s≤v发射11.2km/s.

(3)第一宇宙速度是指在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，是最大的环绕速度，也是最小的发射速度．

二、人造地球卫星

1．动力学特点

一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其向心力由地球对它的________提供．

2．地球同步卫星

相对于地面静止，且运动周期与地球________相同的卫星，也称静止轨道卫星．地球同步卫星具有以下特点：

(1)轨道平面一定：所有的地球同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必与________重合；

(2)绕行方向一定：和地球自转方向一致；

(3)周期一定：和地球自转周期相同，即T＝24h；

(4)高度一定：位于赤道上方高度约3.6×104km处，距地面高度固定不变．

[导学2]

卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极上空的极地轨道．当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道．

关键能力·合作探究——突出综合性素养形成

探究点一第一宇宙速度的理解

导学探究

如图，把物体水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落回到地面，它将绕地球做圆周运动，成为地球的人造卫星．

(1)什么力使物体绕地球运动？

(2)至少需要多大的抛出速度才能成为地球的卫星呢？

归纳总结

1.第一宇宙速度的推导

对于近地人造卫星，轨道半径r近似等于地球半径R＝6400km，卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力，取g＝9.8m/s2，则

2．决定因素

由第一宇宙速度的计算式v＝GMR可以看出，第一宇宙速度的值由中心天体决定，第一宇宙速度的大小取决于中心天体的质量M和半径R，与卫星无关

3．最小发射速度

“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力．近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度．

4．最大环绕速度

“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由GMmr2＝mv2r可得v＝GMr，轨道半径越小，线速度越大

典例示范

例1天文兴趣小组查找资料得知：某天体的质量为地球质量的a倍，其半径为地球半径的b倍，表面无大气层，地球的第一宇宙速度为v.则该天体的第一宇宙速度为()

A．vabB．vbaC．abvD

素养训练1(多选)神舟十三号载人飞船于2021年10月16日发射升空，于2022年4月14日安全返回，共在轨运行183天，运行轨道可看做圆．它的飞行高度距地面约400km.已知地球半径是6400km.又已知第一宇宙速度为7.9km/s，第二宇宙速度为11.2km/s，地球表面重力加速度为9.8m/s2则关于神舟十三号的运行数据，合理的判断有()

A．运行速度小于7.9km/s

B．运行速度大于7.9km/s，且小于11.2km/s

C．向心加速度小于9.8m/s2

D．向心加速度大于9.8m/s2

素养训练2使物体脱离星球的引力束缚，不再绕星球运行，从星球表面发射所需的最小速度称为第二宇宙速度，星球的第二宇宙速度v2与第一宇宙速度v1的关系是v2