江蘇省灌云縣第一中學高中物理 6.5 宇宙航行學案 新人教版必修2.doc

課 題6.5宇宙航行課 型新授課（2課時）教 學 目 標知識與技能 1了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識 2知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度過程與方法 通過用萬有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速度培養(yǎng)學生運用知識解決問題的能力情感、態(tài)度與價值觀 1通過介紹我國在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況激發(fā)學生的愛國熱情 2感知人類探索宇宙的夢想促使學生樹立獻身科學的人生價值觀 教學重點、難點教學重點 第一宇宙速度的推導(dǎo)教學難點 運行速率與軌道半徑之間的關(guān)系 教 學 方 法 探究、講授、討論、練習教 學 手 段 教具準備 錄像資料、多媒體課件 教 學 活 動（一）引入新課1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，開創(chuàng)了人類航天時代的新紀元。我國在70年代發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來，相繼發(fā)射了多顆不同種類的衛(wèi)星，掌握了衛(wèi)星回收技術(shù)和“一箭多星”技術(shù)，99年發(fā)射了“神舟”號試驗飛船。這節(jié)課，我們要學習有關(guān)人造地球衛(wèi)星的知識。 （二）進行新課 1、牛頓的設(shè)想（1）牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪。設(shè)想在高山上有一門大炮，水平發(fā)射炮彈，初速度越大，水平射程就越大，可以想象當初速度足夠大時，這顆炮彈將不會落到地面，將和月球一樣成為地球的一顆衛(wèi)星。（2）人造衛(wèi)星繞地球運行的動力學原因。人造衛(wèi)星在繞地球運行時，只受到地球?qū)λ娜f有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運動的向心力由萬有引力提供。（3）人造衛(wèi)星的運行速度。設(shè)地球質(zhì)量為m，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，由于萬有引力提供向心力，則，可見：高軌道上運行的衛(wèi)星，線速度小。提出問題：角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢？，可見：高軌道上運行的衛(wèi)星，角速度小，周期長。引入：高軌道上運行的衛(wèi)星速度小，是否發(fā)射也容易呢？這就需要看衛(wèi)星的發(fā)射速度，而不是運行速度2、宇宙速度（1）第一宇宙速度推導(dǎo)：問題：牛頓實驗中，炮彈至少要以多大的速度發(fā)射，才能在地面附近繞地球做勻速圓周運動？地球半徑為6370km。分析：在地面附近繞地球運行，軌道半徑即為地球半徑。由萬有引力提供向心力： ， 得：又結(jié)論：如果發(fā)射速度小于7.9km/s，炮彈將落到地面，而不能成為一顆衛(wèi)星；發(fā)射速度等于7.9km/s，它將在地面附近作勻速圓周運動；要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于7.9km/s?？梢姡蚋哕壍腊l(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難。意義：第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運動所必須具有的速度，所以也稱為環(huán)繞速度。（2）第二宇宙速度大小。意義：使衛(wèi)星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度，也稱為脫離速度。注意：發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡為橢圓；等于或大于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行。（3）第三宇宙速度。大?。?。意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度，也稱為逃逸速度。注意：發(fā)射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽作橢圓運動，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。3、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度（1）發(fā)射速度：發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無能量補充，要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。（2）運行速度：運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛(wèi)星“貼著”地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時，運行速度小于第一宇宙速度。3同步衛(wèi)星所謂同步衛(wèi)星，是相對于地面靜止的，和地球具有相同周期的衛(wèi)星，t=24h，同步衛(wèi)星必須位于赤道上方距地面高h處，并且h是一定的。同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星。由得：h= （t為地球自轉(zhuǎn)周期，m、r分別為地球的質(zhì)量，半徑）。代入數(shù)值得h=。例題分析【例題1】有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運行，已知它們的軌道半徑之比r1：r24：1，求這顆衛(wèi)星的：線速度之比；角速度之比；周期之比；向心加速度之比。解：由得所以由得所以由得由得【例題2】地球半徑為6400km，在貼近地表附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星速度為7.9103m/s，則周期為多大？估算地球的平均密度。解：；由 得：思考：能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星？（三）.夢想成真 (展示問題) 師：探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠的太空，是人類自古以來的夢想，那么夢想成真了嗎?請同學們閱讀教材“夢想成真”部分 生：1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功 1961年4月12日，蘇聯(lián)空軍少校加加林進入了“東方一號”載人飛船火箭點火起飛繞地球飛行一圈，歷時108min，然后重返大氣層，安全降落在地面上，鑄就了人類進入太空的豐碑 1969年7月16日9時32分，“阿波羅11號”成功登臨月球，蛾人航天技術(shù)迅速發(fā)展 1992年，中國載人航天工程正式啟動2003年10月15日9時，我國“神舟”五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國第一位航天員楊利偉送人太空飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場這次成功發(fā)射實現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢想，標志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家，為進一步的空間科學研究奠定了堅實的基礎(chǔ) 伴隨著“神舟五號的發(fā)射成功，中國已正式啟動“嫦娥工程”，開始了宇宙探索的新征程（四）課堂小結(jié)人造地球衛(wèi)星的動力學原因。宇宙速度。發(fā)射速度與運行速度。例題分析【例題1】有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運行，已知它們的軌道半徑之比r1：r24：1，求這顆衛(wèi)星的：線速度之比；角速度之比；周期之比；向心加速度之比。解：由得所以由得所以由得由得【例題2】地球半徑為6400km，在貼近地表附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星速度為7.9103m/s，則周期為多大？估算地球的平均密度。解：；由 得：思考：能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星？學生活動作 業(yè)訓練p33-34頁1-11、12選做板 書 設(shè) 計1、宇宙速度 7.9km/s 11.2km/s 16.7