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高中物理第三章万有引力定律4人造卫星宇宙速度省公开课一等奖新课获奖课件.pptx

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第三章

万有引力定律

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目标定位

1.知道三个宇宙速度含义,会推导第一宇宙速度.

2.了解人造卫星相关知识,掌握人造卫星线速度、角速度、周期与轨道半径关系.

3.了解我国卫星发射情况,激发学生爱国热情.

学案4人造卫星宇宙速度

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知识探究

自我检测

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一、人造地球卫星运动特点

知识探究

问题设计

如图1所表示,圆a、b、c圆心均在地球

自转轴线上.b、c圆心与地心重合:

(1)a、b、c中能够作为卫星轨道是哪条?

为何?

图1

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答案b、c轨道都能够.因为卫星绕地球做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,而万有引力是一直指向地心,故卫星做匀速圆周运动向心力必须指向地心,所以b、c轨道都能够,a轨道不能够.

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(2)依据万有引力定律和向心力公式推导卫星线速度、角速度、周期与轨道半径关系.

答案卫星所受万有引力提供向心力,

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关键点提炼

1.全部卫星轨道平面过地心.

2.卫星向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径关系,依据万有引力提供卫星绕地球运动向心力,有:

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(1)a=,r越大,a越.

(2)v= ,r越大,v越.

(3)ω= ,r越大,ω越.

(4)T= ,r越大,T越.

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二、同时卫星

同时卫星也叫通信卫星,它相对于地面静止,和地球自转周期相同,即T=24h.已知地球质量M=6×1024kg,地球半径R=6400km,引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2.请依据以上信息以及所学知识探究:

(1)同时卫星所处轨道平面.

问题设计

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答案假设卫星轨道在某一纬线圈上方随地球自转做同时地匀速圆周运动,卫星运动向心力由地球对它引力一个分力提供.因为另一个分力作用将使卫星轨道靠向赤道,故只有在赤道上方,同时卫星才能稳定运行.

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(2)同时卫星离地高度h.

答案由万有引力提供向心力得

代入数据得h≈3.6×107m.

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关键点提炼

同时卫星特点

1.定轨道平面:全部地球同时卫星轨道平面均在_____

内.

2.定周期:运转周期与地球自转周期相同,T=.

3.定高度(半径):离地面高度为km.

4.定速率:运行速率为3.1×103m/s.

赤道

平面

24h

36000

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三、宇宙速度

问题设计

图2

牛顿曾提出过一个著名理想试验:如图2所表示,

从高山上水平抛出一个物体,当抛出速度足够

大时,物体将围绕地球运动,成为人造地球卫星.

据此思索并讨论以下问题:

(1)当抛出速度较小时,物体做什么运动?当物体刚好不落回地面时,物体做什么运动?

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答案当抛出速度较小时,物体做平抛运动.当物体刚好不落回地面时,物体做匀速圆周运动.

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(2)若地球质量为M,地球半径为R,引力常量为G,试推导物体刚好不落回地面时运行速度,并求此速度大小.

(已知地球半径R=6400km,地球质量M=5.98×1024kg)

答案物体向心力由万有引力提供,

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关键点提炼

宇宙速度是地球上满足不一样要求卫星发射速度.

1.第一宇宙速度v1=km/s

(1)推导

7.9

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(2)了解:第一宇宙速度是人造地球卫星发射速度,也是卫星绕地球做匀速圆周运动运行速度.

2.第二宇宙速度v2=km/s,是从地面上发射物体并使之脱离地球束缚发射速度,又称脱离速度.

3.第三宇宙速度v3=km/s,是从地面上发射物体并使之脱离束缚发射速度,又称逃逸速度.

最小

最大

11.2

最小

16.7

太阳

最小

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典例精析

一、人造卫星运动规律

例1如图3所表示,a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行三颗人造卫星,a和b质量相等,

且小于c质量,则()

A.b所需向心力最小

B.b、c周期相等且大于a周期

C.b、c向心加速度大小相等,且大于a向心加速度

D.b、c线速度大小相等,且小于a线速度

图3

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解析因卫星运行向心力就是它们所受万有引力,而b所受引力最小,故A对.

即卫星向心加速度大小与轨道半径平方成反比,所以b、c向心加速度大小相等且小于a向心加速度,C错.

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即人造地球卫星运行周期与其轨道半径三次方平方根成正比,所以b、c周期相等且大于a周期,B对.

即人造地球卫星线速度与其轨道

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