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湘教版初三物理教材 湘教版初三物理教案( 三 )

生活百科地球


(2)原理
一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力提供，
【湘教版初三物理教材 湘教版初三物理教案】(3)宇宙速度
(4)梦想成真
1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造卫星;
1969年7月，美国“阿波罗11号”登上月球;
2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空.
2.思考判断
(1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.(×)
(2)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.(√)
(3)要发射一颗月球人造卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s.(×)
探究交流
我国于2011年10月发射的火星探测器“萤火一号”.试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上发射
【提示】　火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s
二、第一宇宙速度的理解与计算
【问题导思】
1.第一宇宙速度有哪些意义?
2.如何计算第一宇宙速度?
3.第一宇宙速度与环绕速度、发射速度有什么联系?
1.第一宇宙速度的定义
又叫环绕速度，是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度，v=7.9 km/s.
2.第一宇宙速度的计算
设地球的质量为M，卫星的质量为m，卫星到地心的距离为r，卫星做匀速圆周运动的线速度为v：
3.第一宇宙速度的推广
由第一宇宙速度的两种表达式可以看出，第一宇宙速度之值由中心星体决定，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应以
式中G为万有引力常量，M为中心星球的质量，g为中心星球表面的重力加速度，r为中心星球的半径.
误区警示
第一宇宙速度是最小的发射速度.卫星离地面越高，卫星的发射速度越大，贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最小，其运行速度即第一宇宙速度.
例：某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t物体以速率v落回手中，已知该星球的半径为R，求这个星球上的第一宇宙速度.
方法总结：天体环绕速度的计算方法
对于任何天体，计算其环绕速度时，都是根据万有引力提供向心力的思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿第二定律列式计算.
1.如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算.
2.如果不知道天体的质量和半径的具体大小，但知道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球环绕速度的表达式，用比例法进行计算.
三、卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系
【问题导思】
1.卫星绕地球的运动通常认为是什么运动?
2.如何求v、ω、T、a与r的关系?
3.卫星的线速度与卫星的发射速度相同吗?
为了研究问题的方便，通常认为卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由万有引力提供.
卫星的线速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系与推导如下：
由上表可以看出：卫星离地面高度越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小.
误区警示
1.在处理卫星的v、ω、T与半径r的关系问题时，常用公式“gR2=GM”来替换出地球的质量M会使问题解决起来更方便.
2.人造地球卫星发射得越高，需要的发射速度越大，但卫星最后稳定在绕地球运动的圆形轨道上时的速度越小.
例：如图所示为在同一轨道平面上的几颗人造地球卫星A、B、C，下列说法正确的是()
A.根据v=，可知三颗卫星的线速度vA
B.根据万有引力定律，可知三颗卫星受到的万有引力FA>FB>FC
C.三颗卫星的向心加速度aA>aB>aC
D.三颗卫星运行的角速度ωA<ωB<ω
【答案】　C
四、卫星轨道与同步卫星
【问题导思】
1.人造地球卫星的轨道有什么特点?
2.人造地球卫星的轨道圆心一定是地心吗?
3.地球同步卫星有哪些特点?
1.人造地球卫星的轨道
人造卫星的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道.
(1)椭圆轨道：地心位于椭圆的一个焦点上.
(2)圆轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所需的向心力由万有引力提供，由于万有引力指向地心，所以卫星的轨道圆心必然是地心，即卫星在以地心为圆心的轨道平面内绕地球做匀速圆周运动.
总之，地球卫星的轨道平面可以与赤道平面成任意角度，但轨道平面一定过地心.当轨道平面与赤道平面重合时，称为赤道轨道;当轨道平面与赤道平面垂直时，即通过极点，称为极地轨道，如图所示.

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