人造卫星宇宙速度
知识与技能：
1. 理解三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度。
2. 能够熟练推导并灵活运用卫星的各物理量随轨道半径的变化而变化的规律。 过程与方法：
3. 经历对人造卫星在轨稳定运行”和变轨运动分析”的过程，体会理想化方法在分 析问题时的应用，建立正确的运动模型。 情感态度价值观：
4. 体会物理原理和方法对科学研究的巨大指导作用，激起复习的兴趣和动力，树立 远大的科学理想。
教学过程
课题
4.5人造卫星、宇宙速度
课型
复习课
教学环节 I
教师活动
I 学生活动 设计意图
教学目标
重点 卫星各物理量随轨道半径的变化而变化的规律 难点
变轨分析，双星问题
知识梳理1 例题评析1 1.简述考试说明要求及命题热点
2.展示：卫星绕
地球运动的物理情景图，并简要介绍,
总结出常见结论
—*
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结论：
（1 ）圆轨道的圆心必为地球的球心
（2）圆轨道不一定与赤道面重合
3.展示并引领学生讨论：卫星各物理量随轨道半径的变化
规律
（1）基本原理：万有引力提供向心力
1.思考并即
时说出自
己的结论
-ma—
定量结论:
GM
GM
~2"
r
# 2 n
tn~-桝讦r=朋（〒卩
F
/G
M
（3）定性描述：
卫星的角速度、线速度、向心加速度都随轨道半径的
增大而减小，周期随轨道半径的增大变长。
例1:质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动
视为匀速圆周运动。已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重
力加速度为g,引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的
（
）
A .线速度
B ?角速度⑷=j gR
C.运行周期
T =2
兀
_ Gm
D .向心加速度^-RT
2.在练习本
上书写一
条龙的原
理式，并进
行推导，得
出定量结
论
思考，分析
解决问题
让学生通过图
形对实际的卫
星运动图景获
得感性的认
识，以便后续
的审题做题有
所依靠。
通过本题让学
生体会航天器
在稳定轨道上
运行时其物理
量分析的原理
和方法的应
用。应用方法
和结论、熟悉
情景和题型。
3,
深化提高1
变式1.太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星
“ Glicsc581运行的行星“ GB81C ”却很值得我们期待。 该行星的温度在 0C 到40C 之间，质量是地球的6倍, 直径是地球的 1.5倍、公转周期为
13个地球日。 “Glicsc581的质量是太阳质量的 0.31倍。设该行星与
地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀 速圆周运动，
则（
）
A .在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度 相同
2 B .如果人到了该行星，其体重是地球上的2 —倍
3
C .该行星与 “Glicsc581的距离是日地距离的
區倍
V 365
D .由于该行星公转速率比地球大，地球上的米 尺如果被带上该行星，其长度一定会变短 引领学生进行卫星变轨运动分析：
基本原理：当卫星由于某种原因速度突然改变时，万 有引力就不再等于向心力，卫星将做变轨运动
T B
知识梳理2
思考讨论:
图示卫星从低轨道1经椭圆轨道2变轨到高轨道 试比较图中的几个速度大小 ：V 1、V 2A 、V 2B 弋3
方法指导：
稳定轨道的比较：V 1>V 3 变轨的比较：
V 2A >V 1 ， V 3> V 2B
独立完成 变式1，核 对
答案后 师生共同 讨论。
1.跟随教 师的思路, 理解卫星 变轨时的 动力特点 和常见结 论
2.完成思 考与讨论,
通过听讲 掌握比较 速度的方 法
本题情境较 例1更为复 杂一
些，是给 学生设置的 挑战性任务， 激励学生复 习提升的动 力。
1.对学生理 解上有障碍 的知识点进 行详细解析。
2.通过思考 题的设置，检 验学生对变 轨问题的理 解程度。
例题评析2 知识梳理2 例2(2010年江苏卷)2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望
远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道I
进入椭圆轨道n, B为轨道n上的一点，如图所示，
关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有(
轨道I”…f、
轨道n \
A
A .在轨道n上经过A的速度小于经过B的速度
B .在轨道n上
经过A的动能小于在轨道I上经过的动能
C.在轨道n上运动的周期小于在轨道I上运动的周期
D .在轨道n上经过A的加速度小于在轨道I上经过
A的加速度
1.简介同步卫星的特点：五个一定
(1)轨道平面与赤道平面共面
(2)周期与地球自转周期相同
(3)角速度与地球自转的角速度相同
(4)高度一定
(5)速率一定
2.思考讨论：比较图中三物体的线速度大小
A:处在赤道表面的物体
B:赤道上空稳定圆轨道近地飞行的卫星
C:同步卫星
方法指导：A、C角速度相同；B、C运行规律相同
定时2分钟
思考并完成
例一
1.认真听
讲，体会并
熟记同步卫
星的运动特
点
2.完成思
考与讨论,
掌握比较
三物体速
度大小的
方法。
检验对变轨
问题的掌握
程度。
补充关于同
步卫星的知
识点
「2
变式2.我国第五颗北斗导航卫星是一颗地球同步 轨道卫星.如图所示，假若第五颗北斗导航卫星先沿 椭圆轨道I 飞行，后在远地点
P 处由椭圆轨道I 变轨
进入地球同步圆轨道n.下列说法正确的是
II
A .卫星在轨道n 运行时的速度大于 7.9km/s
B .卫星在椭圆轨道I 上的
P 点处加速进入轨道n
C ?卫星在轨道n 运行时不受地球引力作用
D .卫星在轨道n 运行时的向心加速度比在赤道上相 对地球静止的物体的向心加速度小
引领学生复习回顾双星系统的运动特点
关系:
=?2
深化提高2
独立思考 解决问题
进一步巩固
应用和检验 理解程度。
原理:
知识梳理3
mm 2
G V
m
i
4兀
2
r
i
m 2
听讲并随
手书写双
引领学生迅 星运动的 速回顾双星 基本原理 问题的处理 和特殊关
方法。
系。
A ?它们做圆周运动的万有引力保持不变
B .它们做圆周运动的角速度不断变大
C .体积较大星体圆周运动轨迹半径变大，线速度也 变大
D .体积较大星体圆周运动轨迹半径变大，线速度变 小
变式3?宇宙间存在一些离其它恒星较远的三星系 统?其中有一种三星系统如图所示，三颗质量相等的 星位于等边三角形的三个顶点上，任意两颗星的距离 均为R ,并绕其中心0做匀速圆周运动?如果忽略其 它星体对它们的引力作用，引力常数为 G ?以下对
C .每颗星做圆周运动的周期为
T = j R .i —
\ 3Gm
D ?每颗星做圆周运动的线速度为 V = ｛詈
深化提高3
m
2
/ ]\R
该三星系。统的说法中正确的是
-------- 述
A .每颗星做圆周运动的半径为等边三角形的边长
B .每颗星做圆周运动的加速度与三星的质量无关 独立思考, 尝试完成。
这是更大幅 度的变式训 练，学生可能 一时无法接
受，课堂上教 师可只介绍 方法思路，让 学生课后再 落实。
例题评析3
例3. 2012年7月26日，一个国际研究小组借助于 智利的甚大望远镜，观测到了一组双星系统，它们绕 两者连线上的某点 0做匀速圆周运动，如图所示。此 双星系统中体积较小成员能 吸食”另一颗体积较大星
体表面物质，达到质量转移的目的，假设在演变的过 程中两者球心之间的距离保持不变，则在最初演变的 过程中（ ）
独立思考,
理解问题 情境
此题在常规 的双星问题 模型
上又有 创新，放在这 里可以观察 学生处理新 问题的能
力。