高中物理 教科版必修2 第三章第4节《人造卫星 宇宙速度》导学案

3.4 人造卫星 宇宙速度
学习目标:
1．了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做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，根据万有引力定律公式和向心力公式会推导第一宇宙速度；
3．简单了解一点同步卫星的知识。
学习重、难点：卫星运行的速度、周期、加速度 第一宇宙速度的推导及理解
〖导 学 过 程〗
〖问题导学〗
（一）、人造卫星
1、为什么从地面抛出的物体总要落回地面？
2、如何让抛出的物体飞行的远些？
3、是否有可能使物体具有足够大的速度而再也落不回地面呢？
4、当物体成为一颗人造卫星后，它做圆周运动所需的向心力是什么力提供的？ 请推导人造卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度与半径的关系。
（二）、宇宙速度
1、在地面用最小速度发射卫星，它会在怎样的圆轨道上绕地球运行？能推导出此时的运行速度吗？该速度被称为什么速度？有何特点？
2、若增大在地面的发射速度，卫星离地越远 ( http: / / www.21cnjy.com )，运行的速度越小，且轨道是椭圆。当发射速度达到11.2km/s时，会出现什么情况？该发射速度被称为什么速度？当发射速度达到16.7km/s时，又会出现什么情况？该发射速度被称为什么速度？
（三）　地球同步卫星
1、地球绕地轴自转，发射的卫星也绕地轴做匀速圆周运动，卫星可相对地球静止吗？这样的卫星被称为什么卫星？
2、已知地球的半径R，地球自转的周期T，地 ( http: / / www.21cnjy.com )球的质量M，引力常量Ｇ，若要发射一颗地球同步卫星，能求出地球同步卫星的离地面高度h和地球同步卫星的线速度大小v吗？若能，请试求。
3、地球同步卫星有何特点吗？试小结。
【例题1】下列关于地球同步通讯卫星的说法中正确的是 ( ）
A.为避免同步通讯卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上
B.我们国家自己发射的同步通讯卫星，都会经过北京的正上空
C.同步通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有同步通讯卫星的周期都是24h
D.不同的同步通讯卫星运行的线速度大小是相同的，但加速度的大小可能不同
【例题2】有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。
【例题3】地球半径为6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为7.9×103m/s，则周期为多大？
交流与讨论：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
【例题4】甲、乙两个行星的质量之比为81:1，两行星表面的重力加速度之比为1:16。则：
两行星的第一宇宙速度之比。
〖课堂练习〗
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，必须使它的地面发射速度等于或大于________km/s，要使它飞行到太阳系以外的地方，它的地面发射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．是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B．是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度
C．是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D．是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度
3、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
4.关于地球同步卫星，下列说法中正确的是（　 　）
由于它相对地球静止，所以它处于平衡状态 B．它的加速度一定小于9.8m/s2
C．它的速度小于7.9km/s D．它的周期为一天，且轨道平面与赤道平面重合
【例题5】我国于2010年1月17日在西昌卫星发射中心成功发射了第三颗北斗导航卫星．该卫星在发射过程中经过四次变轨进入同步轨道。如图为第四次变轨的示意图，卫星先沿椭圆轨道I飞行，后在远地点P处实现变轨，由椭圆轨道I进人同步轨道II则该卫星 （　　）
A．在轨道Ⅱ上的周期比地球自转周期大
B．在轨道Ⅱ上的加速度比在轨道I上任意—点的加速度大
C．在轨道Ⅱ上P点的速度比在轨道I上P点的速度大
D．在轨道Ⅱ上的速度比在轨道I上任意—点的速度大