1、五、人造衛(wèi)星 宇宙速度二）、宇宙速度1、設(shè)一顆人造衛(wèi)星沿圓形軌道繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。（1）教師：衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力由什么力提供？學(xué)生：由衛(wèi)星所受地球的萬(wàn)有引力來(lái)提供。（2）據(jù)上述關(guān)系你能得到什么表達(dá)式？學(xué)生：（3）所以我們行到：在公式中，M為地球質(zhì)量，G為引力恒量，r為衛(wèi)星軌道半徑。此式為衛(wèi)星繞地球正常運(yùn)轉(zhuǎn)的線速度的表達(dá)式。2、討論v與r之間的關(guān)系：學(xué)生：由于GM一定，r越小，線速度v越大，反之，r越大，v越小。CAI演示（新版人造衛(wèi)星），加深學(xué)生印象。教師：由此我們得到：距地面越高的衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速率越小，那么，是向高軌道發(fā)射困難，還是向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難呢？學(xué)生：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要

2、困難，困為向高軌道發(fā)射衛(wèi)星，火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓Α?、對(duì)于靠近地面運(yùn)行的衛(wèi)星，求解它繞地球的速率。學(xué)生解答：對(duì)于靠近地面運(yùn)行的衛(wèi)星，可以空為此時(shí)的r近似等于地球的半徑R，則：?jiǎn)枺哼€有沒有別的方法可以求解？（提示：在地面附近）（3）教師：兩種方法的結(jié)果是一樣的。這個(gè)速度就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，叫第一宇宙速度。4、討論：（1）第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球的最大速度還是最小速度，為什么？（2）第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度還是最大速度？為什么？學(xué)生討論后，教師總結(jié)：第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成：一是發(fā)射衛(wèi)星進(jìn)入最低軌道所必須具有的最小速度

3、。二是衛(wèi)星進(jìn)入軌道正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最大環(huán)繞速度，即所有衛(wèi)星的環(huán)繞速度均小于v=7.9km/s。（因?yàn)関與根號(hào)R成反比）現(xiàn)在同學(xué)思考一個(gè)問題：剛才我們分析衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)得到一個(gè)結(jié)論：衛(wèi)星軌道離地球越遠(yuǎn)，其運(yùn)動(dòng)速度越小。現(xiàn)在我們又得到一個(gè)結(jié)論：衛(wèi)星的發(fā)射速度越大，其運(yùn)行軌道離地面越遠(yuǎn)。這兩者是否矛盾呢？學(xué)生討論后，教師總結(jié)：其實(shí)，它們并不矛盾，關(guān)鍵是我們要分清發(fā)射速度和運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的速度：比如我們以10km/s的速度發(fā)射一顆衛(wèi)星，由于發(fā)射速度大于7.9km/s，衛(wèi)星不可能在地球表面飛行，將會(huì)遠(yuǎn)離地球表面。而衛(wèi)星遠(yuǎn)離地球表面的過程中，其在垂直地面方向的運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于豎直上拋運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星速度將變小。當(dāng)衛(wèi)

4、星速度減小到7.9km/s時(shí)，由于此時(shí)衛(wèi)星離地球的距離比剛才大，根據(jù)萬(wàn)有引力定律，此時(shí)受到的引力比剛才小，仍不能使衛(wèi)星在此高度繞地球運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星還會(huì)繼續(xù)遠(yuǎn)離地球。衛(wèi)星離地面更遠(yuǎn)了，速度也進(jìn)一步減小，當(dāng)速度減小到某一數(shù)值時(shí)，比如說(shuō)5km/s時(shí)，衛(wèi)星在這個(gè)位置受到的地球引力剛好滿足衛(wèi)星在這個(gè)軌道以這個(gè)速度運(yùn)動(dòng)所需向心力，衛(wèi)星將在這個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)。而此時(shí)的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。所以，第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小速度，是衛(wèi)星地球運(yùn)行的最大速度。過渡：如果衛(wèi)星進(jìn)入地面附近的軌道速度大于7.9km/s，那么此時(shí)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道又如何呢？5、教師講解，并用多媒體進(jìn)行模擬：（教學(xué)光盤）(1)人造衛(wèi)星進(jìn)入地面

5、附近的軌道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡就不是圓形，而是橢圓。(2)當(dāng)物體的速度等于或大于11.2km/s時(shí), 物體就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行，成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星或飛到其他行星上去。這個(gè)速度叫做第二宇宙速度，也叫脫離速度。(3)達(dá)到第二宇宙速度的物體還受到太陽(yáng)的引力，如果使衛(wèi)星的速度等于或者大于16.7km/s，它不僅能脫離地球的引力，而且還能脫離太陽(yáng)系的引力束縛，飛到太陽(yáng)系外這時(shí)所需要的最小發(fā)射速度叫做第三宇宙速度。6、我國(guó)在人造衛(wèi)星技術(shù)方面在世界處于領(lǐng)先地位。去年，我國(guó)成功發(fā)射并回收了我國(guó)自行研制的第一顆載人宇宙飛船：神州五號(hào)。飛行員楊利偉成為

6、第一個(gè)飛入太空的中國(guó)人。下面我們來(lái)看看神州五號(hào)的發(fā)射過程：1.要使人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行，它進(jìn)入地面附近的軌道速度是km/s。要使衛(wèi)星脫離地球引力不再繞地球運(yùn)行，必須使它的軌道速度等于或大于_km/s，要使它飛行到太陽(yáng)系以外的地方，它的速度必須等于或大于_km/s。2.關(guān)于第一宇宙速度，下面說(shuō)法正確的是A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B.它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度C.它是使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)在近地點(diǎn)的速度3.在環(huán)繞地球運(yùn)行的宇宙飛船的實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，下面實(shí)驗(yàn)中可以正常進(jìn)行的是A.用天平稱物體的質(zhì)量B.同彈簧秤稱物體的重力C.上緊鬧鐘上的發(fā)條D.用體溫表測(cè)宇航員的體溫4.某人造衛(wèi)星距地面的高度為h，地球半徑為R，質(zhì)量為M，地面重力加速度為g，萬(wàn)有引力恒量為G。（1）試分別用h、R、M、G表示衛(wèi)星的周期T、線速度v和角速度。（2）試分別用h、R、g表示衛(wèi)星的周期T、線速度v和角速度。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了：1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s2、第二宇宙速度（脫離速度）v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7k