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初二上学期物理教案人教版 初二上学期物理教案( 六 )

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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.
2.地球同步卫星
(1)定义：相对于地面静止的卫星 ， 又叫静止卫星.
(2)六个“一定”.
①同步卫星的运行方向与地球自转方向一致.
②同步卫星的运转周期与地球自转周期相同 ， T=24 h.
③同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度.

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