3.4 宇宙速度与航天 学案-2021-2022学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册

个性化辅导学历案 第四节 宇宙速度与航天 1． 教学目标 1. 掌握人造卫星的动力学特点和运动学特点，会利用万有引力定律解决人造卫星的问题 2. 理解三种宇宙速度的含义，重点掌握第一宇宙速度的求解 3. 掌握地球的同步卫星的特点及应用 4. 人造卫星变轨的动态分析 2． 教学重点 1. 人造卫星的动力学特点和运动学的特点 2. 第一宇宙速度的求解 3. 同步卫星的特点 4. 人造卫星的变轨问题动态分析 三．知识点精讲 知识点一：人造地球卫星的动力学特征 1. 牛顿预言：在高山上平抛物体，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，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造卫星。 2. 条件：可视为匀速圆周运动，万有引力全部用于提供向心力 3. 轨道：可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道，但轨道平面一定过地心 知识点二：人造地球卫星的运动学特征 1. 两个速度 2. 运动学特征：万有引力提供向心力（口诀：高轨低速大周期，同轨同速同周期） 【强调】在卫星问题中，当r发生变化时，a、v、ω、T必同时发生变化，因此卫星问题不能单纯用圆周运动的公式去分析。 知识点三：三种宇宙速度 1. 三种宇宙速度 宇宙速度 数值 意义 补充说明 第一宇宙速度 （环绕速度） 7.9 km/s 意义：第一宇宙速度是发射一颗近地卫星的速度 卫星的最小发射速度 卫星的最大线速度 ③每个天体都有自己的第一宇宙速度 卫星的发射速度都不小于第一宇宙速度。 卫星的线速度都不大于第一宇宙速度。 ③第一宇宙速度的求法： （R为天体半径） （R为天体半径） 第二宇宙速度（脱离） 11.2 km/s 挣脱地球引力束缚的最小发射速度，物体绕太阳运行 第三宇宙速度（逃逸） 16.7 km/s 物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 知识点四：人造卫星的超重与失重 人造卫星在沿圆轨道运行时，由于万有引力全部提供向心力，所以处于完全失重状态，在这种情况下凡是与重力有关的力学现象都不会发生。（如天平不能使用，不能用测力计测重力，物体对桌面没有压力，液体对物体没有浮力） 知识点五：地球同步卫星 描述 这种卫星只能位于赤道上方，相对于地面静止不动，犹如悬在空中一样，它跟地球自转同步 特点 六个“一定” 运行方向一定与地球自转方向相同（发射时可利用地球自转的惯性，节省能量）