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_高一物理第一章考试题
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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．
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