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1、第六章 第五节 宇宙航行 (一)知识回顾1、计算天体质量的方法：2、解决天体问题的基本思路是什么?（认真阅读教材，回答下列问题）(二)新课教学一、牛顿的设想引导1：牛顿对人造卫星原理是怎样描绘的？引导2：人造卫星绕地球运行的动力学原因是什么？人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由 提供。引导3：人造卫星的运行速度。设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则人造卫星的运行速度表达式：引导4：角速度和周期与轨道半径的关系呢？二、宇宙速度1、第一宇宙速度推导：问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀
2、速圆周运动？已知地球半径为6370km。意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近的速度，所以也称为环绕速度。2、第二宇宙速度大小： 。意义：使卫星挣脱 的束缚，成为绕 运行的人造行星的最小发射速度，也称为逃逸速度。（3）第三宇宙速度。大小： 。意义：使卫星挣脱 束缚的最小发射速度练一练：实际应用中卫星在100200km的高度飞行，与地球半径6400km相比，完全可以说是在“地面附近”飞行，可以用地球半径R代表卫星到地心的距离r即轨道半径，此卫星即为“近地卫星“。试用所学知识求解“近地卫星”的环绕速度。（结果与第一宇宙速度进行比较）归纳1：第一宇宙速度的两种推导。例1、假设地球质量不变，而地球半径
3、增大到原来的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度为原来的（ ）倍A B C D23、梦想成真(认真阅读教材)引导：探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，那么梦想成真了吗?请同学们阅读教材“梦想成真”部分了解相关内容：（三）知识应用与拓展应该熟记常识：地球公转周期1年， 自转周期1天=24小时=86400s， 地球表面半径6.4103km 表面重力加速度g=9.8 m/s2 月球公转周期约27天.一、人造卫星1、基本思路：ABCD2、地球的卫星的轨道平面请大家看下面的几条卫星轨道，试判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的。结论：环绕天体做圆周运动的轨道平面的圆心必须是中
4、心天体的球心。3、地球卫星的线速度、角速度、周期及加速度的大小分别由哪些量决定？结论： 1234例2、如图所示，试比较四颗卫星的线速度、角速度、周期及加速度的大小关系。结论：有上面公式即可，与卫星的质量无关，只与中心天体质量M、轨道半径r有关。归纳2：人造卫星的运动规律(拓展到任何星体的卫星)(1)由G得v，所以R越大，v越小；(2)由Gm2R得，所以R越大，越小；(3)由GmR得T，所以R越大，T越大；(4)总结：当卫星稳定运行时，轨道半径R越大，v越；越；T越；万有引力越；向心加速度越.同一圆周轨道内正常运行的所有卫星的速度、角速度、周期、向心加速度的大小均相等.这一模型在分析卫星的轨道变
5、换、卫星回收等问题中很有用.例3、有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1r241，求这颗卫星的： 线速度之比； 角速度之比； 周期之比； 向心加速度之比。例4、环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最小周期是多少？二、同步卫星同步卫星是一种非常重要的人造卫星：同步卫星又叫做通讯卫星。顾名思义，就是用于通讯的卫星。同步卫星的特点是与地球具有相同的角速度。那请同学们考虑考虑，同步卫星有哪些特点？归纳3： 同步卫星一定在赤道平面。 同步卫星的运行速度是确定的。 同步卫星离地面的高度是确定的。又因为：拓展:三颗同步卫星基本可以覆盖全球。例5、可发射一颗人造卫星，使其圆轨道满足下列条
6、件（ ）A、与地球表面上某一纬度线（非赤道）是共面的同心圆B、与地球表面上某一经度线是共面的同心圆C、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是运动的D、与地球表面上的赤道线是共面同心圆,且卫星相对地面是静止的例6、我国自行研制的“风云一号”、“风云二号”气象卫星运行的轨道是不同的。“一号”是极地圆形轨道卫星。其轨道平面与赤道平面垂直，周期是12h；“二号”是地球同步卫星。两颗卫星相比 号离地面较高；某时刻 号观察范围较大； 号运行速度较大。若某天上午8点“风云一号”正好通过某城市的上空，那么下一次它通过该城市上空的时刻将是 。三、黑洞问题(认真阅读教材)从理论上说,黑洞是星体演化的“
7、最后”阶段.这时星体由于本身的质量相互吸引而塌缩成体积“无限小”而密度“无限大”的奇态,在这种状态下星体只表现为非常强的引力场.任何物质一旦进人黑洞,就不可能再逃出去,就连光子也没有逃出的希望.因而,外面就看不见这个奇特的星体,故称黑洞.由于黑洞的特殊性，所以在分析此类问题的时候，一定要抓住其“黑”的原因，即光子也逃不出它的引力约束，光子绕黑洞做圆周运动时，它的轨道半径就是黑洞的最大可能半径。(逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞)例7、“黑洞”是爱因斯坦的广义相对论中预言的一种特殊天体，它的密度极大，对周围的物质（包括光子）有极强的吸引力，根据爱因斯坦理论，光子是有质量的，光子到达黑洞表面时也将被吸入，恰能绕黑洞表面做圆周运动，根据天文观测，银河系中心可能有一个黑洞，距该可能黑洞6.01012m远的星体正以2.0106m/s的速度绕它旋转，据此估算该可能黑洞的最大可能半径R是多少（保留一位有效数字）四天体的瓦解问题自转速度过快,所需的向心力大于其中心的引力,中心的引力就不足以束缚天体的物质,于是天体就瓦解例8、中子星是恒星演化过程中的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为。问该中子星的最小密度是多少才能维持该星体的稳定，不致因自转而瓦解？（计算时星体可视为均匀球体。引力常量）
