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1、第三章第三章 万有引力定律万有引力定律第四节人造卫第四节人造卫星星 宇宙速度宇宙速度学习目标1、了解三个宇宙速度意义2、能够推导第一宇宙速度 3、简单了解航空发展史 一复习引入：万有引力定律的应用一复习引入：万有引力定律的应用(2)(2)“天上天上”：万有引力提供向心万有引力提供向心力力（1 1）“人间人间”：万有引力近似等于重万有引力近似等于重力力嫦娥奔月 敦煌飞天的美丽壁画敦煌飞天的美丽壁画外国人的 “飞天”梦哈利波特哈利波特二、提问：人类是怎样想到发射卫星上天呢？二、提问：人类是怎样想到发射卫星上天呢？二、提问：人类是怎样想到发射卫星上天呢？二、提问：人类是怎样想到发射卫星上天呢？平抛运
2、动演示平抛运动演示平抛运动演示平抛运动演示让物体做平抛运动初速度逐渐增大让物体做平抛运动初速度逐渐增大通过观看动画回答下列问题：通过观看动画回答下列问题：1、平抛物体速度逐渐增大，物体的落地点怎平抛物体速度逐渐增大，物体的落地点怎样变化？样变化？2、在速度足够大的情况下，地面还是水平的在速度足够大的情况下，地面还是水平的吗？吗？越来越远越来越远不是不是对平抛运动的思考：对平抛运动的思考：对平抛运动的思考：对平抛运动的思考：我们的设想：我们的设想：我们的设想：我们的设想：如如果果平平抛抛物物体体的的速速度度再再增增大大物体会做什么运动呢？物体会做什么运动呢？牛顿的设想：牛顿的设想：牛顿的设想：牛
3、顿的设想：牛 顿人造卫星三、人造卫星三、人造卫星1.1.人造卫星人造卫星 在地球上抛在地球上抛出的物体，当出的物体，当它的速度足够它的速度足够大时，物体就大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。简成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。简称人造卫星。称人造卫星。2.2.人造卫星的运动规律人造卫星的运动规律 人造卫星运动近人造卫星运动近似似看做匀速圆周运动看做匀速圆周运动，卫星运动所需要的向卫星运动所需要的向心力就是它所受的万心力就是它所受的万有引力。即：有引力。即：万有引万有引力提供向心力。力提供向心力。思考并猜想思考
4、并猜想：（1）v 和和T与卫星的质量有关吗？与卫星的质量有关吗？（2）v 和和T随随h的变化是怎样变化的？的变化是怎样变化的？3、人造地球卫星的运动规律人造地球卫星的运动规律已知：地球质量已知：地球质量M，半径，半径R，卫星做匀速圆周运动距地，卫星做匀速圆周运动距地面高度面高度h，引力常量，引力常量G 探究卫星探究卫星v 和和T地球地球动画演示动画演示R+h越大，越大，T _ V _越大越大越小越小练习练习:求求近地近地卫星的周期卫星的周期我们能否发射一颗周期为我们能否发射一颗周期为50min50min的卫星呢？的卫星呢？人造卫星的运动规律人造卫星的运动规律可见：可见：v v、T T 与与 r
5、 r 为为 一一 一对应关系一对应关系4、地球同步卫星、地球同步卫星1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：做匀速圆周运动，它的周期：T24h2、所有的同步卫星只能、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一分布在赤道上方的一个确定轨道上个确定轨道上，即同步卫星轨道平面与地球，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。F1F2F3赤道平面赤道平面北北南南东东西西地球同步卫星地球同步卫星(通信卫星通信卫星)
6、3.特点：(1)定赤道平面(2)定周期T=24h(3)定高度h基本思路基本思路：天体运动看为匀速园周运动，万有引力提供向心力。RhF（4）定线速度v同解：定周期（频率、转速定周期（频率、转速）（与地球自转的周期相同，（与地球自转的周期相同，即即T=24h）定高度定高度（到地面的距离相同，即（到地面的距离相同，即h=3.6107m）特点特点(轨道平面与赤道面重合轨道平面与赤道面重合)定在赤道的正上方某点定在赤道的正上方某点（相对于地球静止）。（相对于地球静止）。定线速度大小定线速度大小（即（即V=3.1 103m/s）定角速度定角速度（与地球自转的角速度大小）（与地球自转的角速度大小）定向心加速
7、度大小定向心加速度大小 不同点：不同点：由于各国发射的同步由于各国发射的同步卫星质量一般卫星质量一般不同不同，所以它们，所以它们受到的向心力的大小一般受到的向心力的大小一般不同不同。h=3.6107mr=4.2107mv=3km/sT=24hh=3.8108mr3.8108mv=1km/sT=27天天h0r=6.4106mv=7.9km/sT=84分钟分钟同同步步卫卫星星近近地地卫卫星星月球月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较近地卫星、同步卫星、月球三者比较请大家阅读教材相关内容同时思考问题：请大家阅读教材相关内容同时思考问题：1.第一宇宙速度是多少？它的意义是什么？第一宇宙速度是多少？它的意
8、义是什么？四四、宇宙速度、宇宙速度第一宇宙速度（环绕速度）第一宇宙速度（环绕速度）：v7.9kms 是卫星发射的最小速度，也是最大运行速度。是卫星发射的最小速度，也是最大运行速度。2.这个值是怎样来的呢？这个值是怎样来的呢？如果以速度如果以速度7.9km/s将物体抛出，它将在地将物体抛出，它将在地面附近绕地球做面附近绕地球做v=7.9km/s匀速圆周运匀速圆周运动。动。自自主主探探究究概念辨析概念辨析发射速度和运行速度发射速度和运行速度r v运行速度运行速度：是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动是指卫星进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。的速度。运行速度运行速度发射速度发射速度：是指被发射
9、物在地面附近离开发射装置时是指被发射物在地面附近离开发射装置时 的速度。的速度。发射速度发射速度v7.9kms它是它是怎样来的？怎样来的？2.v7.9kms这个值是怎样来的呢这个值是怎样来的呢？第一宇宙速度第一宇宙速度的推导的推导思考：思考：求第一宇宙速度的条件是什么？求第一宇宙速度的条件是什么？求第一宇宙速度的公式是什么？求第一宇宙速度的公式是什么？明白了以上两个问题我们就来分明白了以上两个问题我们就来分组探究第一宇宙速度怎样过来的！组探究第一宇宙速度怎样过来的！分组探究：分组探究：探究二探究二 若已知：地球若已知：地球表面重力加速度表面重力加速度 地球的半径地球的半径R=6400km 探究
10、探究：物体在地球表面：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的附近做匀速圆周运动的线速度（第一宇宙速度）线速度（第一宇宙速度）探究一探究一 若已知：地球若已知：地球的质量为的质量为 半半径径R=6400km，引力常，引力常量量G=探究探究：物体在地球表：物体在地球表面附近做匀速圆周运面附近做匀速圆周运动的线速度（第一宇动的线速度（第一宇宙速度）宙速度）分组探究活动分组探究活动探究一探究一 若已知：地球的质量为若已知：地球的质量为 半半径径R=6400km，引力常量，引力常量G=探究：物体在地球表面附近运行的线速度探究：物体在地球表面附近运行的线速度（第一宇宙速度）（第一宇宙速度）解：解：探究二探究二
11、 若已知：地球表面的重力加速度若已知：地球表面的重力加速度g=地球的半径地球的半径R=6400km探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动探究：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度（第一宇宙速度）的线速度（第一宇宙速度）解：解：Mg指的是物体在星体指的是物体在星体(地球地球)表面受到的重力表面受到的重力,mv2/R是物体是物体在星体在星体(地球地球)表面附近做匀速圆周运动所需的向心力表面附近做匀速圆周运动所需的向心力,二者二者是在不同环境不同条件下得出的是在不同环境不同条件下得出的,只是二者在这里近似相等只是二者在这里近似相等等而已等而已,要注意要注意.请根据教材相关内容思考问题：请根据教材
12、相关内容思考问题：4.第二宇宙速度是多少？它的意义是什么？第二宇宙速度是多少？它的意义是什么？第二宇宙速度第二宇宙速度：v11.2kms(脱离速度）脱离速度）是物体克服地球引力，永远离开地球是物体克服地球引力，永远离开地球的最小发射速度的最小发射速度3 3.速度在速度在v=7.9km/s的基础上继续增大，物体的基础上继续增大，物体做什么样的运动呢？做什么样的运动呢？椭圆运动椭圆运动请大家根据教材相关内容思考问题：请大家根据教材相关内容思考问题：5.第三宇宙速度是多少？它的意义是什么？第三宇宙速度是多少？它的意义是什么？第三宇宙速度第三宇宙速度:v16.7kms(逃逸速度逃逸速度)是挣脱太阳引力
13、束缚，飞到太阳系外是挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。的最小发射速度。当物体的速度大于当物体的速度大于或等于或等于16.7km/s，它会，它会挣脱太阳的束缚，飞到挣脱太阳的束缚，飞到太阳系外。太阳系外。6.对于其他的星球以上三个宇宙速度是对于其他的星球以上三个宇宙速度是否变化呢？否变化呢？变化，不同星球的宇宙速度一般变化，不同星球的宇宙速度一般是不一样的是不一样的例如：地球的第一宇宙速度是例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s金星的第一宇宙速度是金星的第一宇宙速度是7.3km/s归纳总结归纳总结：发射速度发射速度v v运动情况运动情况v7.9km/sv7.9km/sv=7.9km
14、/sv=7.9km/s7.9km/s v 11.2km/s7.9km/s v 11.2km/s11.2km/s v 16.7km/s11.2km/s v 16.7km/s16.7km/s v16.7km/s v第二宇宙速度第二宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度第三宇宙速度物体落回地面物体落回地面物体在地面附近绕地物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动球做匀速圆周运动物体绕地球运转，运物体绕地球运转，运动轨迹是椭圆。动轨迹是椭圆。物体绕太阳运动物体绕太阳运动物体飞出太阳系物体飞出太阳系19571957年年1010月，苏联发射月，苏联发射第一颗人造地球卫星。第一颗人造地球卫星。1961196
15、1年年4 4月月1212日苏联空军少校日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。入太空的梦想。19691969年年7 7月月2020日，阿波罗日，阿波罗1111号将人类送上了月球。号将人类送上了月球。五五、梦想成真、梦想成真19701970年年4 4月月2424日我国日我国第一颗人造卫星升空第一颗人造卫星升空 我国的航天成就我国的航天成就20072007年年1010月月2424日嫦娥日嫦娥一号月球探测器发射一号月球探测器发射成功成功20032003年年1010月月1515日日神舟五号神舟五号杨利伟杨利伟20052
16、005年年1010月月1212日日神舟六号神舟六号费俊龙聂海胜费俊龙聂海胜20082008年年9 9月月2525日日神舟七号神舟七号翟志刚刘伯明翟志刚刘伯明景海鹏景海鹏本课小结本课小结:宇宙速度宇宙速度 第一宇宙速度第一宇宙速度：v7.9kms 是卫星发射的是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度。最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度。第二宇宙速度第二宇宙速度：v11.2kms，是卫星挣脱地，是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度球束缚的最小发射速度 第三宇宙速度第三宇宙速度:v16.7kms，是挣脱太阳束，是挣脱太阳束缚的最小发射速度。缚的最小发射速度。人造地球卫星的运行规律人造地球卫星的运行规律