2020年高中物理教学设计：6.5《宇宙航行》2(人教版必修2).docx

第5节 宇宙航行
新课教学
1、宇宙速度
老师活动：请同学们阅读课文第一自然段，同时思考下列问题［投影出示］：
1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？
2、什么叫人造地球卫星？
同学活动：阅读课文，从课文中找出相应的答案。
1、在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终都要落回到地面。
2、假如在地面上抛出一个物体时的速度足够大，那么它将不再落回地面，而成为一个绕地球运转的卫星，这个物体此时就可认为是一颗人造地球卫星。
老师活动：引导同学深化探究
1、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？
2、物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系?
3、若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？
同学活动：分组争辩，得出结论。
1、由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球的引力（即重力），用来充当绕地运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来。
2、由平抛物体的运动规律知：
x=v0t ①
h= ②
联立①、②可得： x=v0
即物体飞行的水平距离和初速度v0及竖直高度h有关，在竖直高度相同的状况下，水平距离的大小只与初速度v0有关，水平初速度越大，飞行的越远。
3、当平抛的水平初速度足够大时，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。
老师活动：总结、点评。
课件演示《人造卫星放射原理图》：平抛物体的速度渐渐增大，飞行距离也跟着增大，当速度足够大时，成为一颗绕地运转的卫星。
牛顿曾依据平抛现象猜想了卫星的放射原理，但他没有看到他的猜想得以实现。今日，我们的科学家们把牛顿的猜想变成了现实。
老师活动：［过渡语］从上面学习可知，当平抛物体的初速度足够大时就可成为卫星。那么，大到什么程度就叫足够大了呢？下面我们来争辩这一个问题。
请同学们阅读教材有关内容，同时考虑下面几个问题［投影出示］：
1.卫星环绕地球运转的动力学方程是什么？
2.为什么向高轨道放射卫星比向低轨道放射要困难？
3.什么叫第一宇宙速度？什么叫其次宇宙速度？什么叫第三宇宙速度？
同学活动：阅读课文，找出相应答案。
1、卫星绕地球运转时做匀速圆周运动，此时的动力学方程是：G
2、向高轨道放射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。
3、人造卫星在地面四周绕地球做匀速圆周运动时所必需具有的速度叫第一宇宙速度。
人造卫星绕地球做椭圆轨道运动时所具有的最大运转速度叫其次宇宙速度。
人造卫星摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙中去时，所必需具有的速度叫第三宇宙速度。
老师活动：引导同学深化探究
1、卫星绕地球运转的最小半径是多少？
2、结合卫星运转的动力学方程，推导第一宇宙速度。
同学活动：分组争辩，得出答案。
1、卫星运转的最小半径近似等于地球的半径，即在地球表面绕地运转。2、由万有引力定律和牛顿其次定律，
得： G=m ①
由于万有引力近似等于物体的重力，
得： G=mg ②
由①、②两式得 v=
代入数据得 v=7.9km/s
老师活动：总结、点评。
课件演示《三个宇宙速度》
2、幻想成真
老师活动：引导同学阅读有关内容，让同学了解人类在探究宇宙的奇怪中已经取得的辉煌成就，体会我国在制服宇宙太空的过程中所取得的宏大成就，培育同学的爱国热忱和愿为科学献身的精神。
视频呈现：我国载人飞船“神州五号”升空实况。
同学活动：阅读课本，发表感想。
课堂小结
人造地球卫星的动力学缘由。
宇宙速度。
放射速度与运行速度。
板书设计
5宇宙航行
一、宇宙速度
第一宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
2、其次宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s
3、第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s
二、卫星：万有引力供应向心力
三、幻想成真：
世界探究太空的成就
中国探究太空的成就

其次教案
案例一 课时详解
课堂导入：
万有引力定律的发觉，不仅解决了天上行星的运行问题，也为人们开拓了上天的理论之路。
现代火箭航天技术先驱、俄国科学家齐奥尔科夫斯基曾说过：“地球是人类的摇篮，人类绝不会永久躺在这个摇篮里，而会不断地探究新的天体和空间。”1957年10月4日，前苏联用三级火箭放射了世界上第一颗人造卫星——“旅行者1号”，人类开头迈入航天时代。那么多大的速度才能使物体不再落回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？
课前自主学习：
1、第一宇宙速度是物体在地面四周绕地球做匀速圆周运动的速度，人造地球卫星环绕地球做匀速圆周运动的最大速度，也叫环绕速度。
2、其次宇宙速度：使卫星摆脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小放射速度， ，也叫脱离速度。
3、第三宇宙速度：使卫星摆脱太阳引力束缚的最小放射速度，，也叫逃逸速度。
课堂合作探究：
学点一 人造卫星
情景激疑：
火箭放射卫星，为什么要用多级火箭放射，要使卫星能绕地球做环绕飞行火箭放射的最小速度是多大？
学点归纳：
卫星运动所需的向心力是由万有引力供应的，所以：
（1）由G=m 有，可以看出，卫星距地心越远，它运行的速度越小，即离地面越高的卫星运行速度越小。
（2）由有，可以看出，卫星距地心越远，它的角速度越小。
（3）由有，可以看出，卫星距地心越远，它的运转周期越大。
迁移应用
例1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r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。
解：⑴由得
所以
⑵由得
所以
⑶由得
⑷由得
变式题
例题2地球半径为6400km，在贴近地表四周环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为7.9×103m/s，则周期为多大？估算地球的平均密度。
解：⑴；
⑵由
得：
学点二 宇宙速度
情景激疑：
如图所示，这是中俄为期10年的航天合作方案，这些航天器要达到多大的速度才能离开地球的束缚到达所探测星球？
学点归纳：
1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
2、其次宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s
3、第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s
用三个宇宙速度来推断航天器到达不同的星球所需的速度在什么范围内。
迁移应用：
例3能否放射一颗绕地球运转周期为75min的卫星？
解析：

所以不能。
这题也可从轨道半径、地球供应的向心力、 卫星的环绕速度等几个方面来考虑。
变式题
例4可以放射这样的卫星，使其运动圆轨道与地球表面上（ ）
A、某一纬度线（非赤道线）是共面同心圆
B、某一经度线所打算的圆是共面同心圆
C、赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的
D、赤道线是共面同心圆，但卫星相对地球表面是运动的
解析：人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力是由地球的万有引力供应的，其方向确定指向地心。假如它与某一纬度线（非赤道线）是共面同心圆，则其做匀速圆周运动的合力（向心力）不指向地心，而是指向地轴上某一点（非地心点），不符合做匀速圆周运动的条件，故A错。
有一种卫星叫极地卫星，其圆轨道平面通过地球两极，与赤道平面垂直，由于地球在不停的自转，故不行能固定在某一经度线所打算的平面内，B错。
C正确，就是同步卫星。
卫星轨道平面与赤道平面共面同心，有两种可能：可能是同步卫星，h=36000km相对地面静止；也可能h<36000km，也可能h>36000km，则相对地面是运动的，故D正确。
规律总结：1、万有引力供应向心力： 及其变形来解题；
2、“黄金代换”：Gm׳=R2g带来解题的便利。
学问梳理：
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度） v1=7.9km/s
2、其次宇宙速度（脱离速度） v2=11.2km/s
3、第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s
二、同步卫星
1、周期T=24h
2、卫星轨道平面与地球赤道平面重合