【优教通-备课参考】2020年高中物理教学设计：6.5《宇宙航行》6(人教版必修2).docx

6.5宇宙航行
课　　题
6.5宇宙航行
备课时间

上课时间

总课时数

课程目标
学问与
技能
1、了解人造卫星的有关学问，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
过程与
方法
通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培育同学运用学问解决问题的力气。
情感态度与价值观
1、通过介绍我国在卫星放射方面的状况，激发同学的爱国热忱。
2、感知人类探究宇宙的幻想，促使同学树立献身科学的人生价值观。
教学重点
对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。
教学难点
1、人造地球卫星的放射速度与运行速度的区分。
2、把握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
教学过程
二次备课
引入新课
1、1957年前苏联放射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的新纪元。我国在70年月放射第一颗卫星以来，相继放射了多颗不同种类的卫星，把握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，99年放射了“神舟”号试验飞船。这节课，我们要学习有关人造地球卫星的学问。
放映一段录像资料，简洁了解卫星的一些资料。（提高同学的学习爱好）
2、在上几节的学习中，大家已经了解了人造卫星在绕地球运行的规律，请大家回忆一下卫星运行的动力学方程。（课件投影）
（1）人造卫星绕地球运行的动力学缘由：
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万有引力供应。
（2）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，由于万有引力供应向心力，则 ， ∴，
可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。
提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？
，
可见：高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长
提问：卫星在地球上空绕行时遵循这样的规律，那卫星是如何放射到地球上空的呢？
新课讲解
1、牛顿对人造卫星原理的描绘：
设想在高山上有一门大炮，水平放射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当时速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。 课件投影。
引入：高轨道上运行的卫星速度小，是否放射也简洁呢？这就需要看卫星的放射速度，而不是运行速度
2、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
问题：牛顿试验中，炮弹至少要以多大的速度放射，才能在地面四周绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km。
分析：在地面四周绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力供应向心力：， 得：
结论：假如放射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；放射速度等于7.9km/s，它将在地面四周作匀速圆周运动；要放射一颗半径大于地球半径的人造卫星，放射速度必需大于7.9km/s。可见，向高轨道放射卫星比向低轨道放射卫星要困难。
⑵意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面四周环绕地球作匀速圆周运动所必需具有的速度，所以也称为环绕速度。
师生共同争辩：
在地面四周，物体的万有引力等于重力，此力天空卫星做圆周运动的向心力，能否从这一角度来推导第一宇宙速度呢？
mg= mv2/r v= ≈7.9km/s
提出问题：我们能否放射一颗周期为70min的人造地球卫星呢？（提示：算一算近地卫星其周期是多少？近地卫星由于半径最小，其运行周期最小。）
（2）其次宇宙速度：大小。
意义：使卫星摆脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小放射速度，也称为脱离速度。
留意：放射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）第三宇宙速度：大小。
意义：使卫星摆脱太阳引力束缚的最小放射速度，也称为逃逸速度。
留意：放射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。假如放射速度大于等于16.7km/s，卫星将摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
3、人造卫星的放射速度与运行速度
（1）放射速度：
放射速度是指卫星在地面四周离开放射装置的初速度，一旦放射后再无能量补充，要放射一颗人造地球卫星，放射速度不能小于第一宇宙速度。
（2）运行速度：
运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
3．同步卫星
所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必需位于赤道上方距地面高h处，并且h是确定的。同步卫星也叫通讯卫星。
由得：h=

（T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。
代入数值得h=。

四、课堂小结
让同学概括总结本节的内容。
五、作业：
【板书设计】
一、卫星运行的动力学方程：Fn＝F引
GMm/r2 =ma=mv2/r =mω2r
二、宇宙速度：
1.第一宇宙速度 V1=7.9km/s (环绕速度)
推导过程
此速度是卫星放射的最小速度,也是卫星运行的最大环绕速度
2. 其次宇宙速度 V2=11.2km/s (脱离速度)
3.第三宇宙速度 V3=16.7km/s (逃逸速度)
三、幻想成真 中国探究太空的成就
教学后记：