人造卫星宇宙速度教学设计

第一篇：人造卫星宇宙速度教学设计

第五节人造卫星宇宙速度

教学设计

一、教学过程设计： 教师通过讲解、分析、介绍人造卫星的运动规律及相关的航天知识。让学生通过讨论，阅读相关的材料扩大知识面，通过例题的分析扩大知识面，通过例题的分析巩固知识。

二、教学目标 知识目标

1．简述人造卫星的有关发射、运行的知识 2．简述三个宇宙速度的含义，推导第一宇宙速度 能力目标

有对所学知识进行转化的能力 情感目标

1.通过学习我国航天技术的发展水平，激发学习科学知识的热情，培养民族自豪感． 2.通过对天体运动轨迹的描绘展示了物理图像的形式美．

三、重点难点

重点：卫星运行的速度、周期、加速度 难点：卫星运动的速度和卫星发射速度的区别

四、教学方法

教师通过讲解，分析，介绍人造卫星的运动规律及相关的航天知识。学生通过讨论，阅读相关的材料扩大知识面，通过立体的分析巩固知识。

五、课时安排 1课时

六、教具媒体： 多媒体电脑

七、教学步骤

（一）引入新课

在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能是美丽的传说。

1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创人类的航天新纪元；1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载人飞船，尤里·加加林成为人类第一位航天员，揭开了人类进入太空的序幕；1969年7月20日，美国航天员阿姆特朗和奥尔德林驾驶“阿波罗”11号飞船的登陆舱降落在月球赤道附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想……

人类进入了航天时代。这节课我们就来学习人造地球卫星方面的基本知识。【板书】§6.5 人造卫星 宇宙速度

（二）新课讲授

离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物体将做平抛运动即最终要落回地面。但如果射出的速度增加，会发生什么情况呢？

【板书】

一、人造地球卫星

演示牛顿设想原理图。由于抛出速度不同，物体的落点也不同。当抛出速度达到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球旋转，成为绕地球运动的人造卫星。

那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的卫星呢？ 【板书】

二、宇宙速度

下面讨论人造卫星绕地球运动的速度。假如地球和人造卫星的质量分别为M 和m，卫星的轨道半径和线速度分别为r和v，根据万有引力提供向心力可知：

由此解出： v=GM/r

对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径R，可求出v=GM/R 将引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2和地球质量M=5.89×1024kg及地球半径R=6.37×106m代入上式，可求得v1=7.9km/s。这就是卫星绕地面附近作圆周运动所需的速度，叫第一宇宙速度，也称环绕速度。

【板书】 1.第一宇宙速度(环绕速度)v1=7.9km/s 请学生根据所学的知识，推导第一宇宙速度的另一种表达式v=gR 推导：地面附近重力提供向心力：即 mg= 所以 v=gR

将R=6.37×106m, g=9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍为7.9km/s。

如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭圆。当物体的速度等于或大于11.2km/s时，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星。所以，11.2km/s 是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速度，也称脱离速度。

【板书】 2.第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2km/s 达到第二宇宙速度的物体还受太阳引力的束缚，要想使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫作第三宇宙速度，也称逃逸速度。【板书】 3.第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s 人造地球卫星的种类很多，有一种特别的卫星叫地球同步卫星。【板书】

三、地球同步卫星

地球同步卫星是指其公转周期和地球自转的周期相等的卫星。地球同步卫星有几个明显的特点：（演示课件）

【板书】 特点：

周期一定--23小时56分4秒 方位一定--赤道上空

高度一定--3.6×107m

人造地球卫星有广泛的应用。例如，靠人工进行资源调查，速度慢、效率低，调查和开发一个矿藏一般需要十几年的时间。现在利用人造卫星进行调查，它一天绕地球转十几圈，在高空拍下卫星照片，回收下来，可以大面积了解全局，效率大大提高。例如，对北京以北十六万平方公里地区的一次卫星勘察，就找到七个成矿预测区。

电视教育是培养人才的一种手段。但是电视靠中继站转播，每隔50km就要建一个中继站，这要耗费大量的人力、物力。如果利用卫星传播，象我们这样幅员辽阔的国家，只要一颗同步通信卫星，边远地区也可以收看首都的电视节目。1984年4月我国发射的试验通信卫星为我国通信事业的现代化开拓了极为广阔的前景。1986年10月我国开始利用通信卫星进行电视教育广播。

下面就请同学们利用网络资源，上网查找有关人造卫星和航天方面的资料，增加对这方面知识的了解。并围绕以下问题进行信息检索：

1.能否发射一颗相对静止在北京上空的通信卫星？ 2.了解我国人造地球卫星的发展状况。3.了解人造卫星的种类。（学生上网）

（三）总结、扩展

本节课我们学习了卫星发射和运行的一些情况．知道了第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度，最后我们还了解了通讯卫星的有关情况．

八、布置作业

110（2）1．P110（4）2．P111（7）3．P

九、板书设计

五、人造卫星

宇宙速度

1．卫星运行的速度、周期、加速度

GMr v＝42r3T＝GM

M2a＝Gr

2．卫星的发射（1）第一宇宙速度

v2mg＝mR

3v＝gR＝7.9×10km／s

（2）第二宇宙速度v＝11.2km／s（3）第三宇宙速度V＝16.7km／s 3．同步卫星

Mm22Gm()(Rh)T(Rh)2

GMT23h()R42

第二篇：人造卫星 宇宙速度教案

新人教<人造卫星 宇宙速度>教案

●教学目标

一、知识目标

1.了解人造卫星的有关知识.2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.3.了解行星、恒星和星系等概念，知道宇宙的几个主要天体层次.4.了解宇宙大爆炸理论.二、能力目标

通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力.三、德育目标

1.通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情.2.通过简述宇宙的产生过程，使学生明确宇宙将如何演化下去的问题需要我们不断地去探索，增强学生学习物理的兴趣.●教学重点

1.第一宇宙速度的推导.2.运行速率与轨道半径之间的关系.●教学难点

运行速率与轨道半径之间的关系.●教学方法

1.关于第一宇宙速度和地球同步卫星轨道的教学，采用电教法、推导法、归纳法、讲授法等综合教法进行.2.关于天体的几个层次的教学，采用电教法、讲授法进行.●教学用具

投影片、CAI课件(牛顿描绘的人造卫星原理图)、有关天体的录像资料.●课时安排 1课时

●教学过程

［投影］本节课的学习目标 1.了解人造卫星的有关知识.2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.3.了解行星、恒星和星系等概念，知道宇宙的几个主要天体层次.4.了解宇宙大爆炸理论.学习目标完成过程

一、导入新课

上节课我们学习了万有引力定律在天文学上的应用.现在请同学们回忆下列问题.1.万有引力定律在天文学上有何作用？

2.如何应用万有引力定律计算天体的质量？能否计算环绕天体的质量？ ［学生活动］经过思考，回答上述问题：

1.应用万有引力定律可以估算天体的质量；可以来发现未知天体.2.应用万有引力定律求解天体质量时，我们可以用下面三个方程求解： F引=F心 ① F引=mg

② mg=F心 ③

二、新课教学 1.人造卫星 A.基础知识

请同学们阅读课文第一自然段，同时思考下列问题.［投影出示］

1.在地面抛出的物体为什么要落回地面？ 2.什么叫人造地球卫星？

［学生活动］阅读课文,从课文中找出相应的答案.1.在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终都要落回到地面.2.如果在地面上抛出一个物体时的速度足够大，那么它将不再落回地面，而成为一个绕地球运转的卫星，这个物体此时就可认为是一颗人造地球卫星.B.深入探究

1.月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？ 2.物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系? 3.若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？ ［学生活动］分组讨论，得出结论.1.由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球的引力(即重力)，用来充当绕地运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来.2.由平抛物体的运动规律知： x=v0t

①

t=2hg

②

联立①、②可得： x=v02hg

即物体飞行的水平距离和初速度v0及竖直高度h有关，在竖直高度相同的情况下，水平距离的大小只与初速度v0有关，水平初速度越大，飞行的越远.3.当平抛的水平初速度足够大时，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星.C.教师总结

［用多媒体演示］平抛物体的速度逐渐增大，飞行距离也跟着增大，当速度足够大时，成为一颗绕地运转的卫星.牛顿曾依据平抛现象猜想了卫星的发射原理，但他没有看到他的猜想得以实现.今天，我们的科学家们把牛顿的猜想变成了现实.D.基础知识应用

1.在地面抛出的物体，最终要落回地面的主要原因是________，________.2.平抛物体________时，就会成为一颗人造地球卫星.参考答案: 1.受重力的作用；初速度不够大 2.水平初速度足够大 2.宇宙速度 ［过渡语］从上面学习可知，当平抛物体的初速度足够大时就可成为卫星.那么，大到什么程度就叫足够大了呢？下面我们来讨论这一个问题.A.基础知识

请同学们阅读第二部分——宇宙速度，同时考虑下面几个问题.［投影出示］

1.卫星环绕地球运转的动力学方程是什么？

2.为什么向高轨道发射卫星比向低轨道发射要困难？

3.什么叫第一宇宙速度？什么叫第二宇宙速度？什么叫第三宇宙速度？ ［学生活动］阅读课文，找出相应答案.1.卫星绕地球运转时做匀速圆周运动，此时的动力学方程是：F引=F心.2.向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难.3.人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速度叫第一宇宙速度.人造卫星绕地球做椭圆轨道运动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度.人造卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙中去时，所必须具有的速度叫第三宇宙速度.B.深入探究

1.卫星绕地球运转的最小半径是多少？

2.结合卫星运转的动力学方程，推导第一宇宙速度.［学生活动］分组讨论，得出答案.1.卫星运转的最小半径近似等于地球的半径，即在地球表面绕地运转.2.由动力学方程：F引=F心

得：GMmR2V2=m

R故：v= MmR2－GM/R

①

由于万有引力近似等于物体的重力，所以动力学方程也可为：mg=F心 得：mg=mv

R2故v=gR

②

①、②两式都可用于求解人造卫星的第一宇宙速度.C.基础知识应用

1.要使人造卫星绕地球运行，它进入地面附近的轨道速度是________km/s，要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行，必须使它的轨道速度等于或大于________km/s，要使它飞行到太阳系以外的地方，它的速度必须等于或大于________km/s.答案：7.9;11.2;16.7 2.关于第一宇宙速度，下面说法正确的是（）A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C.它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D.它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度 答案：BC

三、反馈练习

1.某行星的卫星在靠近行星的轨道上飞行，若要计算行星的密度，需要测出的物理量是（）A.行星的半径

B.卫星的半径 C.卫星运行的线速度

D.卫星运行的周期 2.关于人造地球卫星与宇宙飞船的下列说法中，正确的是（）A.如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力恒量，就可算出地球质量

B.两颗人造地球卫星，只要它们的绕行速率相等，不管它们的质量、形状差别有多大，它们的绕行半径和绕行周期一定是相同的

C.原来在同一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后，若要后一卫星追上前一卫星并发生碰撞，只要将后者速率增大一些即可

D.一艘绕火星飞行的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出并离开飞船，飞船因质量减小，所受万有引力减小，故飞行速度减小

3.一颗人造地球卫星离地面高h=3R(R为地球半径).若已知地球表面的重力加速度为g,则卫星做匀速圆周运动的速度是________，角速度是________，周期是________，若已知地球质量为M，万有引力常量为G，则卫星做匀速圆周运动的速度是________，角速度是________，周期是________.4.从地球发出的光讯号垂直于地面发射，讯号到达月球表面时正好能垂直射向水平月面，经反射返回地球被吸收，光速为c，光讯号往复经历的时间为t，地球的半径为R，月球的半径为r，月球绕地球转动的周期为T，试求地球的质量.参考答案： 1.D 2.AB

3.gR/2;gR/8R;16RgR;

MG/2;RMGR8R;

16RMGR

244.设地球质量为M，月球质量为m，则：GMm=m·r′ '22rT所以M=所以42r'3GT2而r′=R+r+ct

2t42(RrC)322M=GT22GT2(2R+2r+ct)3

四、本节小结

通过本节学习掌握：(1)第一宇宙速度的推导 F引=F心GMmR2v2=mvGm/RRv2vgRR

mg=F心mg=m(2)第二宇宙速度：v2=11.2 km/s(3)第三宇宙速度：v3=16.7 km/s

五、作业

1.阅读本节内容.2.课本P110练习二的(3)，(4)，(5)，(6)，(7).3.思考题：

(1)发射一个用来转播电视节目的同步卫星，应使它与地面相对静止，已知地球半径为6400 km,问此卫星应发射到什么高度？

(2)宇航员坐在人造卫星里，试说明卫星在发射过程中人为什么会产生超重现象？当卫星绕地球做匀速圆周运动时又为什么会产生完全失重现象？

4.系统复习本章内容,画出知识点结构图.六、板书设计

人造卫星的发射原理

第三篇：第二册人造卫星宇宙速度物理教案

教学目标：

1． 正确理解人造卫星作圆周运动时，各物理量之间的关系。

2． 知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

3． 培养学生自学和应用网络资源的能力。

4． 理解科学技术与社会的互动关系，培养学生科学的民主意识。

重点难点：

第一宇宙速度的推导

教学方法：

讲授、讨论并辅以多媒体演示及网络环境下的自学等多种形式的教学方法。体现STS教育和综合化的思路，有效合理地应用各种教育教学手段，丰富学生的学习方式，优化教学过程。

教学器材：

网络设备及相应的教学软件。

教学过程：

●引入新课

在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能是美丽的传说。

1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创人类的航天新纪元；1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载人飞船，尤里·加加林成为人类第一位航天员，揭开了人类进入太空的序幕；1969年7月20日，美国航天员阿姆特朗和奥尔德林驾驶“阿波罗”11号飞船的登陆舱降落在月球赤道附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想……

人类进入了航天时代。这节课我们就来学习人造地球卫星方面的基本知识。

【板书】6.5 人造卫星 宇宙速度

●新课讲授

离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物体将做平抛运动即最终要落回地面。但如果射出的速度增加，会发生什么情况呢？

【板书】

一、人造地球卫星

演示牛顿设想原理图。由于抛出速度不同，物体的落点也不同。当抛出速度达到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球旋转，成为绕地球运动的人造卫星。

那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的卫星呢？

【板书】

二、宇宙速度

下面讨论人造卫星绕地球运动的速度。假如地球和人造卫星的质量分别为M 和m，卫星的轨道半径和线速度分别为r和v，根据万有引力提供向心力可知：

由此解出： v=

对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径R，可求出：v=

将引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2和地球质量M=5.89×1024kg及地球半径R=6.37×106m代入上式，可求得v1=7.9km/s。这就是卫星绕地面附近作圆周运动所需的速度，叫第一宇宙速度，也称环绕速度。

【板书】 1.第一宇宙速度(环绕速度)v1=7.9km/s

请学生根据所学的知识，推导第一宇宙速度的另一种表达式：v1=

推导：地面附近重力提供向心力：

即 mg= 所以 v=

将R=6.37×106m, g=9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍为7.9km/s。

如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭圆。当物体的速度等于或大于11.2km/s时，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星。所以，11.2km/s 是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速度，也称脱离速度。

【板书】 2.第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2km/s

达到第二宇宙速度的物体还受太阳引力的束缚，要想使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫作第三宇宙速度，也称逃逸速度。

【板书】 3.第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s

人造地球卫星的种类很多，有一种特别的卫星叫地球同步卫星。

【板书】

三、地球同步卫星

地球同步卫星是指其公转周期和地球自转的周期相等的卫星。地球同步卫星有几个明显的特点：（演示课件）

【板书】 特点：

周期一定--23小时56分4秒

方位一定--赤道上空

高度一定--3.6×107m

人造地球卫星有广泛的应用。例如，靠人工进行资源调查，速度慢、效率低，调查和开发一个矿藏一般需要十几年的时间。现在利用人造卫星进行调查，它一天绕地球转十几圈，在高空拍下卫星照片，回收下来，可以大面积了解全局，效率大大提高。例如，对北京以北十六万平方公里地区的一次卫星勘察，就找到七个成矿预测区。

电视教育是培养人才的一种手段。但是电视靠中继站转播，每隔50km就要建一个中继站，这要耗费大量的人力、物力。如果利用卫星传播，象我们这样幅员辽阔的国家，只要一颗同步通信卫星，边远地区也可以收看首都的电视节目。1984年4月我国发射的试验通信卫星为我国通信事业的现代化开拓了极为广阔的前景。1986年10月我国开始利用通信卫星进行电视教育广播。

下面就请同学们利用网络资源，上网查找有关人造卫星和航天方面的资料，增加对这方面知识的了解。并围绕以下问题进行信息检索：

1.能否发射一颗相对静止在北京上空的通信卫星？

2.了解我国人造地球卫星的发展状况。

3.了解人造卫星的种类。

（学生上网）

● 巩固练习

1.一颗在圆形轨道上运行的人造地球卫星，轨道半径为r，它的线速度大小为v，问:当卫星的轨道半径增大到2r 时，它的线速度是多大？重力变为原来的多少倍？

2.天文台测得一颗卫星沿半径为R的圆形轨道绕某行星转动，周期为T，求卫星的向心加速度和行星的质量。

● 在线测试

做网页上的试题，并可现场给出分数。

● 作业

1.复习本节课文及阅读有关黑洞的知识。

2.思考课本练习二第（4）、（5）、（6）题。

3.练习二第（1）、（2）、（7）题做在练习本上。

说 明：

1.本节教材从万有引力提供向心力为出发点，讲述了人造卫星的运行原理，推导了第一宇宙速度，了解了三个宇宙速度的含义。

2.注意引导学生如何上网查资料，使学生在掌握本节内容的同时，学会正确利用网络资源辅助自己的学习，优化了教学过程。

第四篇：高中物理《人造卫星宇宙速度》教案教科版解析

人造卫星 宇宙速度

教学目的:

1．了解人造卫星的有关知识

2．掌握第一宇宙速度的推导。了解第二、第三宇宙速度的意义。教学重点：第一宇宙速度的推导 教学难点：发射速度与环绕速度的区别 教学方法:启发、讲授 教学过程： 一 导入新课

1．问：在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？

学生：它们的落地点不同，速度越大，落地点离山脚越远.因为在同一座高山上抛出，它们在空中运动的时间相同，速度大的水平位移大，所以落地点也较远。

教师：假设被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？ 学生进行猜想。

教师总结，并用多媒体模拟。

如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用，那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也一次比一次离山脚远，如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。1970年4月24日,我国发射了第一颗人造地球卫星, 到现在我国已发射了多颗人造地球卫星。1975年,我国就掌握了使卫星返回地面的回收技术,成为世界上第三个掌握这种先进技术的国家。1984年4月8日, 我国发射了一颗试验通讯卫星, 把卫星准确地运送到指定位置的同步轨道上。这是一个难度非常大的多维控制问题.同步卫星的定点成功, 标志着我国在运载火箭和卫星技术方面已加入世界先进行列。近几年,我国一直利用火箭为其它国家发射卫星。这节课我们来学习人造地球卫星的基本知识。

2．人造卫星的分类

a．轨道分类：同步卫星、极地卫星、任一轨道卫星。

b．用途分类：通讯卫星、军事卫星、气象卫星等等。3．同步卫星

1．轨道；一定在赤道上空。

2．必须有一定的高度、周期、线速度、角速度。（为什么？）

3．引入：那么人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢？本节课我们就来学习这个问题。

二 新课教学

（一）宇宙速度

1．设一颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转。

①教师：卫星绕地球运转的向心力由什么力提供？

学生：由卫星所受地球的万有引力来提供。

②据上述关系你能得到什么表达式？

学生：＝mr

③所以我们得到,T=2л

教师：在公式中，M为地球质量，G为引力恒量，r为卫星轨道半径。此式为卫星绕地球正常运转的线速度(环绕速度)和运行周期表达式。

2．讨论v、T与r之间的关系：

学生：由于GM一定，r越小，线速度v越大，反之，r越大，v越小.即：r↑→v↓ 同理：r↑→T↑,对于人造卫星vmax=7.9km/s,Tmin=84.4min

教师：由此我们得到：距地面越高的卫星运转速率越小。那么，是向高轨道发射困难，还是向低轨道发射卫星困难呢？

学生：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力做更多的功。

3．对于靠近地面运行的人造卫星，求解它绕地球的速率

对于靠近地面运行的人造卫星，可以认为此时的r近似等于地球的半径R，则

或者：mg=mv/r v

2==7.9km/s

教师：这个速度就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度。

4．讨论：

①第一宇宙速度是卫星绕地球的最大速度，为什么？

②为什么说第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度

学生讨论后，教师总结：

第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成：

(1)是发射卫星进入最低轨道所必须具有的最小速度。

(2)是卫星进入轨道正常运转的最大环绕速度，即所有卫星的环绕速度均小于7.9km/s。

过渡：如果卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,此时卫星的运行轨道又如何呢？

5．教师讲解，并用多媒体模拟：

①当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,而小于11.2 km/s,它绕地球运动的轨迹就不是圆形，而是椭圆。

②当卫星从地面飞出时的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行，为太阳的行星这个速度叫做第二宇宙速度，也叫脱离速度。

③当卫星从地面上飞出时的速度大于或等于16.7km/s,则能脱离太阳的束缚，进入太阳系以外的宇宙空间中去，这个速度叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度。

（二）地球同步卫星

下面我们再来研究一种卫星──同步通信卫星。这种卫星绕地球运动的角速度与地球自转的速度相同，所以从地面上看，它总在某地的正上方，因此叫同步卫星。这种卫星一般用于通讯，又叫同步通讯卫星。我们平时看电视实况转播时总听到解说员所说的太平洋上空或印度洋上空的卫星都是通讯卫星，在北京上空有没有同步卫星呢？同步卫星有何特点呢？ 若在北纬或南纬某地上空真有一颗同步卫星，那么这颗卫星轨道平面的中心应是地轴上的某点，而不是地心，其需要的向心力也指向这一点。而地球所能够提供的引力只能指向地心，所以北纬或南纬某地上空是不可能有同步卫星的。另外由于同步卫星的周期与地球自转周期相同，所以此卫星离地球的距离只能是一个定值。换句话说，所有地球的同步卫星只能分布在赤道正上方的一条圆弧上，而为了卫星之间不相互干扰，大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。(让学生推导同步卫星的高度)。

同步通讯卫星的特点：1．在赤道平面内。2．与地球自转方向相同。3．高度一定。值得说明的是：卫星在发射的过程中处于超重状态，和在升降机中相同。卫星进入轨道，在正常运行的过程中，卫星中的物体处于完全失重状态，凡是工作原理与重力有关的仪器（天平，水银气压计）在卫星中都不能正常使用，凡是与重力有关的实验都无法进行。地球同步卫星是指运转周期与地球自转周期相同，与地球同步转动，相对于地面上某一点始终保持静止的人造卫星。有一下特点：

（1）周期、角速度与地球相同，即T＝24h（2）轨道确定。因为ω、T与地球相同，又在做匀速圆周运动，所以只能在赤道面上与地球自转同步，所有地球同步卫星的轨道均在赤道平面内，且离地面的高度和环绕速度相同。

三 巩固练习

1．发射一个用来转播电视节目的同步卫星，应使它与地面相对静止，已知地球半径为6400km,问此卫星应发射到什么高度？（h=-R=3.59χ104km）

2．宇航员坐在人造卫星里，试说明卫星在发射过程中人为什么会产生超重现象？当卫星绕地球做匀速圆周运动时又为什么会产生完全失重现象？

3．在环绕地球运行的宇宙飞船的实验舱内，下面几项实验中可以正常进行的是（CD）

A．用天平称物体的质量

B．同弹簧秤称物体的重力

C．上紧闹钟上的发条

D．用体温表测宇航员的体温

4.关于第一宇宙速度，下面说法正确的是(BC)A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度

B．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度

C．它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度

D．它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度

5．某行星的卫星，在靠近行星的轨道上飞行，若要计算行星的密度，需要测出的物理量是(D)A．行星的半径

B．卫星的半径

C．卫星运行的线速度

D．卫星运行的周期

6．关于人造地球卫星与宇宙飞船的下列说法中，正确的是(AB)A．如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力恒量，就可算出地球质量

B．两颗人造地球卫星，只要它们的绕行速率相等，不管它们的质量、形状差别有多大，它们的绕行半径和绕行周期就一定是相同的

C．原来在同一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后，若要后一卫星追上前一卫星并发生碰撞，只要将后者速率增大一些即可

D．一只绕火星飞行的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出，并离开飞船，飞船因质量减小，所受万有引力减小，故飞行速度减小

第五篇：物理试题练习题考试题教案高一物理人造卫星宇宙速度5

第五节 人造卫星 宇宙速度

本节教材分析 本节教材重点讲述了人造地球卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，应使学生确切地理解，第一宇宙速度是卫星轨道半径等于地球半径时，即卫星在地面附近，环绕地球做匀速圆周运动的速度，当轨道半径r大地球半径时，卫星绕地球做匀速圆周运动的速度变小.在实际教学时，学生常据课本图6—4所描述的情况得出离地球表面越高的地方，其运行速度越大的错误结论，对此可向学生说明：卫星在椭圆轨道上运行时，它在各点的速度大小是不同的，在近地点速度最大，以后逐渐就小，在远地点速度最小.虽然公式只适用于描述做匀速圆周运动的卫星，但是由椭圆轨道上卫星的运行情况，也可以大致印证当r变大时，v变小.教学目标

一、知识目标 1.了解人造卫星的有关知识.

2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.

二、能力目标

通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力.

三、德育目标 1.通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情.2.通过简述宇宙的产生过程，使学生明确宇宙将如何演化下去的问 题需要我们不断地去探索增强学生学习物理的兴趣.

教学重点 1.第一宇宙速度的推导.

2.运行速率与轨道半径之间的关系.

教学难点 运行速率与轨道半径之间的关系.教学方法 关于第一宇宙速度和地球同步卫星轨道的教学，采用电教法、推导法、归纳法、讲授法等综合教法进行.

教学用具 投影片、CAI课件（牛顿描绘的人造卫星原理图）、有关天体的录像资料.教学过程

教学步骤

用投影片出示本节课的学习目标.

1.了解人造卫星的有关知识.

2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.

一、导入新课

1.问：在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？（它们的落地点不同，速度越大，落地点离山脚越远.因为在同一座高山上抛出，它们在空中运动的时间相同，速度大的水平位移大，所以落地点也较远.）教师：假设被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？ 学生进行猜想.教师总结，并用多媒体模拟.如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用，那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也一次比一次离山脚远，如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星.（牛顿的设想：物体的速度足够大时，物体不再回到地面，成为地球卫星．）

人造卫星简介：①前苏联1957年10月4日发射第一颗人造地球卫星，卫星重83.6kg中国1970年4月24日发射第一颗人造地球卫星，卫星重173kg ②人造卫星的分类 a．轨道分类：同步卫星、极地卫星、任一轨道卫星。

b．用途分类：通讯卫星、军事卫星、气象卫星等等。

③．同步卫星 a．轨道；一定在赤道上空。

b．必须有一定的高度、周期、线速度、角速度。（为什么？）

2.引入：那么人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢？本节课我们就来学习这个问题。

二、新课教学

（一）宇宙速度1.设一颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转.

①卫星绕地球运转的向心力由什么力提供？（由卫星所受地球的万有引力来提供.）②据上述关系你能得到什么表达式？，③所以我们得到

在公式

中，m＇为地球质量，G为引力恒量，r为卫星轨道半径.此式为卫星绕地球正常运转的线速度的表达式.

2.讨论v与r之间的关系：（由于GM一定，r越小，线速度v越大，反之，r越大，v越小.）由此我们得到：距地面越高的卫星运转速率越小.那么，是向高轨道发射困难，还是向低轨道发射卫星困难呢？（向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力做更多的功.）

3.对于靠近地面运行的人造卫星，求解它绕地球的速率.①学生解答. ②在多媒体实物投影仪上抽查展示解题过程.对于靠径R，则

近地面运行的人造卫星，可以认为此时的r近似等于地球的半又由 ③这

得

就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度.4.讨论： ①第一宇宙速度是卫星绕地球的最大速度，为什么？ ②为什么说第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度？

学生讨论后，教师总结： 第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成： 一是发射卫星进入最低轨道所必须具有的最小速度.二是卫星进入轨道正常运转的最大环绕速度，即所有卫星的环绕速度均小于7.9km/s. 过渡：如果卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,此时卫星的运行轨道又如何呢？

5.教师讲解，并用多媒体模拟： ①当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,而小于11.2 km/s,它绕地球运动的轨迹就不是圆形，而是椭圆.②当物体的速度等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行，这个速度叫做第二宇宙速度，也叫脱离速度. ③达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力，如果使卫星的速度等于或者大于16.7km/s,这个速度叫做第三宇宙速度.

(二）用多媒体放映“航天技术的发展和宇宙航行”的录像资料，使学生了解我国在航天技术上所取得的巨大成就.三、巩固练习1.发射一个用来转播电视节目的同步卫星，应使它与地面相对静止，已知地球半径为6400km,问此卫星应发射到什么高度？

2.宇航员坐在人造卫星里，试说明卫星在发射过程中人为什么会产生超重现象？当卫星绕地球做匀速圆周运动时又为什么会产生完全失重现象？

四、小结 通过本节课的学习，我们知道了：1.第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s 2.第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2km/s 3.第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s

五、作业

（一）课本P110练习二的（3），（4），（5），（6），（7）.

（二）思考题：

1.要使人造卫星绕地球运行，它进入地面附近的轨道速度是

km/s.要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行，必须使它的轨道速度等于或大于

km/s，要使它飞行到太阳系以外的地方，它的速度必须等于或大于

km/s. 2.关于第一宇宙速度，下面说法正确的是 A它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 C它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度

3.在环绕地球运行的宇宙飞船的实验舱内，下面几项实验中可以正常进行的是 A.用天平称物体的质量 B.同弹簧秤称物体的重力 C.上紧闹钟上的发条 D.用体温表测宇航员的体温

4.某行星的卫星，在靠近行星的轨道上飞行，若要计算行星的密度，需要测出的物理量是A.行星的半径 B.卫星的半径 C.卫星运行的线速度 D.卫星运行的周期 5.关于人造地球卫星与宇宙飞船的下列说法中，正确的是 A.如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期，再利用万有引力恒量，就可算出地球质量 B.两颗人造地球卫星，只要它们的绕行速率相等，不管它们的质量、形状差别有多大，它们的绕行半径和绕行周期就一定是相同的

C.原来在同一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后，若要后一卫星追上前一卫星并发生碰撞，只要将后者速率增大一些即可

D.一只绕火星飞行的宇宙飞船，宇航员从舱内慢慢走出，并离开飞船，飞船因质量减小，所受万有引力减小，故飞行速度减小

6.某人造卫星距地面的高度为h，地球半径为R，质量为M，地面重力加速度为g，万有引力恒量为G.（1）试分别用h、R、M、G表示卫星的周期T、线速度v和角速度ω.（2）试分别用h、R、g表示卫星的周期T、线速度v和角速度ω.

7.从地球发出的光讯号垂直于地面发射，讯号到达月球表面时正好能垂直射向水平月面，经反射返回地球被吸收，光速为c，光讯号往复经历的时间为t,地球的半径为R，月球的半径为r,月球绕地球转动的周期为T，试求地球的质量.

变轨道发射

首先，利用第一级火箭将卫星送到180～200km的高空，然后依靠惯性进行圆停泊轨道（A）．

当到达赤道上空时，第二、三级火箭点火，卫星进入位于赤道平面内的椭圆转移轨道（B），且轨道的远地点（D）为35800km．

当到达远地点时，卫星启动发动机，然后改变方向进入同步轨道（C）．

这种发射有两个优点：一是对火箭推力要求较低；二是发射场的位置不局限在赤道上．