6.5宇宙航行导学案李鑫锐
班级姓名
【学习目标】
1.会推导第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度
2.记住三个宇宙速度的含义和数值
3.了解人造卫星的有关知识，知道近地卫星、同步卫星的特点
4..卫星变轨问题
【学习重点】
第一宇宙速度的推导过程和方法。
【学习难点】
1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
【知识链接】
向心力表达式：F n= = =
=
【学习内容】
牛顿的思考：从高山上水平抛出一物体，速度一次比一次大，落地点也会一次比一次远，如果速度足够大，物体就不在落回地面，将运动，成为。
1规律探究：宇宙速度
（1）.第一宇宙速度
叫做第一宇宙速度。
推导：方法一：设地球质量为M，半径为R，绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m，飞行器的速度（第一宇宙速度）为v1。
飞行器运动所需的向心力是由提供的，近地卫星在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离，根据牛顿第二定律得方程：，
可解出v1=___ __=___ __ km/s。
方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，所以，解得v1=___ __=___ __ km/s。
（2）．第二宇宙速度，是飞行器克服地球的引力，离开地球束缚的速度，是在地球上发射绕太阳运行或飞到其他行星上去的飞行器的最小发射速度。
其值为：v2=________。
（3）第三宇宙速度：是在地面附近发射一个物体，使它挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须达到的最小发射速度。
其值是v3=_________。
例、若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，这行星的第一宇宙速度约为
（）
A.16 km/s
B.32 km/s
C.4 km/s
D.2 km/s
2.人造地球卫星
思考讨论：a.卫星绕地球做匀速圆周运动时，是什么力提供向心力？，
卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心， b.所以卫星做圆周运动的圆心和地球的地心有什么关系？
这样就存在三类人造地球卫星轨道：
① 赤道轨道：卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；
② 极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；
③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
思考与讨论：
1、请大家看下面的几条卫星轨道，
试判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的？
2.地球有很多人造地球卫星， 这些卫星有快有慢，如果卫星的运动是匀速圆周运动：
（1）它们的运行的线速度与什么有关？
说明：第一宇宙速度是发射人造地球卫星所必须达到的最小速度，是近地卫星的环绕速度，是地球卫星的最大运行速度。
（2）它们的角速度与什么有关？
A B C D
（3）它们的周期与什么有关？
（4）它们的的向心加速度与什么有关？
讨论：如果卫星绕地球做匀速圆周运动，那么卫星的圆周运动半径越大，线速度越；角速度越；周期越；向心加速度越。
(填“大”或“小”)
与卫星质量关。
(填“有”或“无”)
例1、如图所示，m1>m2>m3>m4，试比较四颗卫星的线速度、Array角速度、周期及加速度的大小关系。
【当堂检测】
1．关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是（）
A．它是人造卫星绕地球运行的最小速度
B．它是人造卫星绕地球运行的最大速度
C．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度
D．它是能使卫星进人近地圆形轨道的最小发射速度
2．人造地球卫星的轨道半径越大，则（）
A.速度越小，周期越小
B.速度越小，周期越大
C.速度越大，周期越小
D.速度越大，周期越大
3．有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径R A∶R B＝1∶4，那么下列判断中正确的有( )
A．它们的运行周期之比T A∶T B＝1∶4
B．它们的运行线速度之比v A∶v B＝4∶1
C．它们所受的向心力之比F A∶F B＝4∶1
D．它们的运行角速度之比ωA∶ωB＝8∶1
三.同步卫星
卫星环绕地球的角速度与地球自转的周期相同，相对于地面静止，因此从地球上看它总在某地的正上方，因此叫做地球同步卫星。
1.各个国家发射的同步卫星距离地面高度是否相同？为什么？
2.同步卫星是否会发生碰撞？为什么？
总结：同步卫星的特点：
1）、定周期：T=24 h
（2）、定轨道：地球同步卫星在通过赤道的平面上运行，
（3）、定高度：离开地面的高度h为定值，约为地球轨道半径的6倍。
h = 36000千米
（4）、定速率：所有同步卫星环绕地球的速度都相同。
V = 3千米/秒
教师介绍地球同步卫星的第五个特点：
（5）、定点：每颗卫星都定在世界卫星组织规定的位置上。
练习：关于地球同步卫星的下述说法中，正确的是（）
A.同步卫星要和地球自转同步，它离地面的高度和环行速度都是确定的
B.同步卫星的角速度和地球自转角速度相同，但同步卫星的高度和环行速度可以选择
C.同步卫星在地球上空的纬度可以选择
D.同步卫星的轨道在地球赤道面内
补充：卫星变轨问题
发射同步卫星时，可以先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1；变轨时在P点点火加速，短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ；卫星运行到远地点Q时的速率为v3；v3__v2；此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4；v4__v1；使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。