6.5－２ 人造卫星 宇宙速度（二）

【教学目标】

1、进一步理解人造卫星的运行原理以及卫星中的失重现象。

2、知道同步卫星的知识及应用。

【重点难点】

同步卫星的特点及应用

【教学方法】

引导启发式

【教学用具】

【教学过程】

新课引入

人造卫星进入轨道后，在正常运行过程中，卫星是否处在平衡状态？卫星中的物体处于什么状态？

一、人造卫星中的 “超重”和“失重”现象

1、发射人造卫星时，卫星尚未进入轨道的加速过程和返回地面的减速过程中，由于具有竖直向上的加速度，卫星及卫星内的物体均处于超重状态。

【例1】火箭发射卫星的开始阶段是竖直升空的，卫星中用弹簧秤悬挂一个质量m=9kg的物体，当卫星升到某高处时，火箭向上的加速a＝5m／s2 ，弹簧秤的读数为85N，那么此时卫星距地面的高度h是多少千米？（地球的半径取6400km，g取10m／s2）

2、轨道处的向心加速度：

卫星正常运行时，地球对它的万有引力提供向心力，

即 ，  则

此向心加速度也等于轨道处的重力加速度（gh）：。

3、卫星中的物体处于完全失重状态

卫星中的物体跟随卫星一起绕地球作匀速圆周运动，受到的引力全部提供圆周运动所需要的向心力，其加速度即为轨道处的重力加速度，而对支持物没有弹力作用，处在完全失重状态。凡是工作原理与重力有关的仪器（如天平、水银气压计等）在卫星中都无法使用，凡是与重力有关的实验，在卫星中也无法进行。

引导学生思考：在正常运行的卫星中，有一物体自行脱落，该物体作何种运动？

引入：由于卫星受到的万有引力提供了它绕地球运行的向心力，轨道半径越大的卫星，运行速度越小，不同的卫星可能在不同的轨道上运行，满足什么样的条件，卫星能和地球自转同步呢？

二、地球的同步卫星

1、同步卫星与地面相对静止，与地球自转同步，周期为24h。

2、同步卫星的运行方向与地球自转方向相同。

3、同步卫星定点在赤道正上方，离地高度（轨道半径）、运行速率、角速度、周期是唯一确定的。

分析：由于运行时，万有引力提供卫星运转的向心力，万有引力必须在轨道平面上，所以卫星的轨道平面必过地球中心，而同步卫星与地球自转同步，所以其轨道平面必定与赤道平面重合，且所有同步卫星都在赤道正上方。

设地球质量M，半径为R，自转周期为T，同步卫星质量m，离地高度h，由牛顿第二定律：

（1）轨道半径（离地高度）：

，

   ∴  又∵    ∴

（2）运行速率：

【例2】我国于1986年2月1日成功发射了一颗实用地球同步卫星，于1999年11月20日又成功发射“神舟号”试验飞船，飞船在太空中飞行了21小时，绕地球14圈，又顺利返回地面。那么此卫星与飞船在轨道上正常运转比较：

A．卫星的运转周期较大               B．卫星的运转速率较大

C．卫星的加速度较大                D．卫星的离地高度较大

分析：飞船在轨道上正常运行时，地球对它的引力提供向心力，其周期小时，比同步卫星小，可得A、D正确。

【例3】我国发射的亚洲一号通讯卫星的质量为m，如果地球半径为R，自转角速度为，表面重力加速度为g，则卫星：

A．距地面的高度        B．环绕速度

C．受到地球引力为        D．受到地球引力为

分析：由和知A、B正确，由，把代入可知C正确，D肯定不对。

【例4】地球半径为R，距地心为r处有一颗同步卫星，另一星球半径为3R，距该星球球心为3r处也有一颗同步卫星，它的周期为72h，则该星球的平均密度为地球的几倍？

解：对于地球的同步卫星：

      ，得，地球密度，

同理，某星球的密度为： 

【课外作业】

教材P110— ※（7）

【板书设计】

【教学随感】