2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章4宇宙航行1教案新人教版必修2

PAGE1-宇宙航行（1）教學(xué)目標(biāo)核心素養(yǎng)物理觀念：能正確描述和說明人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律；科學(xué)思維：能運(yùn)用物理模型，對(duì)衛(wèi)星的放射原理進(jìn)行分析和推理；科學(xué)探究：能依據(jù)衛(wèi)星放射原理，制定合力探究路途，分析數(shù)據(jù)發(fā)覺規(guī)律；科學(xué)看法與責(zé)任：衛(wèi)星放射是人類宇宙奇妙探究的過程，增加民族自信念驕傲感。教學(xué)重點(diǎn)1.第一宇宙速度及其推導(dǎo)；2.v、ω、T、a隨軌道半徑的改變規(guī)律3.衛(wèi)星軌道的特點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)1.放射速度和環(huán)繞速度的關(guān)系2.v、ω、T、a隨軌道半徑的改變規(guī)律3.高考考點(diǎn)課型新授教具教法教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)復(fù)習(xí)引入：1．萬有引力定律的內(nèi)容，表達(dá)式2．天體運(yùn)動(dòng)中，萬有引力與向心力的關(guān)系。將天體運(yùn)動(dòng)看做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力或萬有引力的合力供應(yīng)向心力，即L：兩天體間距離，可能等于軌道半徑，可能不等于軌道半徑；r：軌道半徑；：向心加速度M：中心天體質(zhì)量m：衛(wèi)星（行星）質(zhì)量教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)播放視頻，神州十號(hào)放射。1970年4月24日我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號(hào)”勝利放射，開創(chuàng)了中國(guó)航天史的新紀(jì)元，此后我國(guó)相繼放射了數(shù)千顆不同種類的衛(wèi)星。還駕馭了衛(wèi)星回收和一箭多星放射技術(shù)，衛(wèi)星是如何放射勝利的呢？運(yùn)行遵循什么樣的規(guī)律？本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)人造地球衛(wèi)星的學(xué)問。一、牛頓的設(shè)想1687年，牛頓在其出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提出設(shè)想：物體從高山上拋出，速度原來越大，落地點(diǎn)就越來越遠(yuǎn)，假如速度達(dá)到肯定值，物體會(huì)不會(huì)不再落回地面？從而成為地球的衛(wèi)星？二、宇宙速度1.第一宇宙速度（環(huán)繞速度）思索探討：若放射一顆衛(wèi)星，至少須要多大的速度才能離開地球進(jìn)行宇宙航行呢？簡(jiǎn)化處理：物體在地球旁邊繞地球運(yùn)動(dòng)，太陽作用可忽視不計(jì)，把物體水平拋出后，若物體剛好不能落回地面時(shí)，即物體恰好能圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)地球?qū)λ娜f有引力供應(yīng)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。設(shè)衛(wèi)星質(zhì)量為m，地球質(zhì)量M，繞地球運(yùn)行的軌道半徑r。①衛(wèi)星環(huán)繞地球速度v是多大？②放射衛(wèi)星所須要的最小速度是多大？解：①萬有引力供應(yīng)衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即：化簡(jiǎn)得：軌道半徑越大，環(huán)繞速度越小。②衛(wèi)星剛好能圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的放射速度最小，此時(shí)軌道半徑近似等于地球半徑R。所以有：①了解我國(guó)航天事業(yè)的成就，引入新課。閱讀教材P59上部文字及插圖。思索問題。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)地面旁邊，忽視太陽作用力：②由①可得③這個(gè)速度稱為第一宇宙速度。聯(lián)立②式得：④將G、M、R帶入③或者將g和R帶入④得所以放射衛(wèi)星須要的最小速度，此時(shí)的衛(wèi)星做近地環(huán)繞，依據(jù)知，軌道半徑越小，環(huán)繞速度越大，所以近地環(huán)繞時(shí)的環(huán)繞速度最大。因此，第一宇宙速度又稱為最小放射速度和最大環(huán)繞速度。2.其次宇宙速度（脫離速度）若放射速度，軌道由圓變?yōu)闄E圓，長(zhǎng)軸變長(zhǎng)，當(dāng)時(shí)，衛(wèi)星脫離地球的吸引，恒久離開地球，進(jìn)入環(huán)繞太陽運(yùn)行的軌道，稱為其次宇宙速度。當(dāng)放射速度7.9km/s<v<11.2km/s時(shí)，仍是地球的衛(wèi)星，軌道為橢圓，速度越大，長(zhǎng)軸越長(zhǎng)。③第三宇宙速度（逃逸速度）達(dá)到其次宇宙速度的物體，還受到太陽的引力，假如速度接著增大，達(dá)到16.7km/s物體將擺脫太陽的吸引，恒久離開太陽系。思索①和是否沖突？不沖突，前式是環(huán)繞速度的表達(dá)式，當(dāng)環(huán)繞半徑為R時(shí)（近地），由帶入，即可得。②放射速度和環(huán)繞速度有什么關(guān)系？完成教材P60思索與探討。向?qū)W生說明：三個(gè)宇宙速度指的都是最小放射速度。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)放射速度越大，軌道半徑越大，環(huán)繞速度越小。③假如放射速度達(dá)到了極限速度v=3.0×108km例1.下列關(guān)于三種宇宙速度的說法中正確的是（CD）A.人造地球衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運(yùn)行時(shí)的速度為B.C.其次宇宙速度是在地面旁邊使物體可以擺脫地球引力束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造小行星的最小放射速度。D.第一宇宙速度7.9Km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大環(huán)繞速度E.我國(guó)向月球放射的“嫦娥二號(hào)”宇宙飛船在地面旁邊的放射速度要大于11.2km/s。F.在地面旁邊放射火星探測(cè)器的速度應(yīng)為G.由知，高軌道衛(wèi)星運(yùn)行速度小，故放射高軌道衛(wèi)星比放射低軌道衛(wèi)星簡(jiǎn)單。例2.我國(guó)放射了探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”，設(shè)該衛(wèi)星軌道為圓形，且貼近月球表面，已知月球點(diǎn)質(zhì)量約為地球的1/81，月球的半徑約為地球的1/4，地球的第一宇宙速度約為7.9km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的最大速率約為（B）。A.0.4km/sB.1.8km/sC.11km/sD.36km/s知道了環(huán)繞速度和軌道半徑的關(guān)系，其它物理量ω、T、an與軌道半徑r有什么關(guān)系呢？教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)三、ω、T、an與r的關(guān)系1.ω與r的關(guān)系由可得：軌道半徑越大，角速度越小，r最小為R（近地環(huán)繞），此時(shí)ω最大。2.T與r關(guān)系由可得：半徑越小，周期越小，當(dāng)環(huán)繞半徑等于地球半徑時(shí)，周期最小。（約85min）也可由得出兩者之間的關(guān)系。3.an與r的關(guān)系由得：半徑越小向心加速度越大。結(jié)論：無論星球質(zhì)量多大，只要環(huán)繞的軌道半徑相同，v、ω、T、an均相同。例1.如圖所示，a、b兩顆做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，距地面的高度分別為R和2R（R為地球半徑），下列說法中正確的是（C）地球a·A.a地球a·B.a、b的周期之比是C.a、b的角速度大小之比是D.a、b的向心加速度大小之比是例2.如圖，a、b、c是地球大氣層外圓軌道上運(yùn)動(dòng)的三顆衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相等，且小于c的質(zhì)量，則：（abd）A.b所需向心力最小教學(xué)環(huán)節(jié)地球a地球abc···學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)B.b、c周期相同，且大于a的周期C.b、c向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D.b、c線速度大小相等，且小于a的線速度E、b速度變大后，可與c相遇四、人造地球衛(wèi)星·O極地軌道赤道軌道一般軌道地軸牛頓雖然預(yù)言了人造地球衛(wèi)星，但是由于條件的限制，直到1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星（蘇聯(lián)）才放射勝利，1970年4月24日我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“·O極地軌道赤道軌道一般軌道地軸1.軌道類型①赤道軌道：軌道平面在赤道平面內(nèi)。②極地軌道：與赤道平面垂直，過地球兩極辨析：能否放射一顆衛(wèi)星，軌道與地球某一經(jīng)度線所確定的平面是共面同心圓。學(xué)生探討：不行以，因?yàn)榈厍蛟谧赞D(zhuǎn)。③一般軌道：衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面成肯定夾角2．共同特征①軌道平面肯定過地心（為什么？）②衛(wèi)星均參加兩種運(yùn)動(dòng)：圍繞地球轉(zhuǎn)；隨著地球公轉(zhuǎn)。（勻速圓周運(yùn)動(dòng)在太陽系內(nèi)）③衛(wèi)星內(nèi)的物體均處于完全失重狀態(tài)（緣由）說明：①衛(wèi)星的軌道形態(tài)可能是圓，也可能是橢圓，由放射速度大小確定。②假如是圓形，地心就是軌道圓心；假如是橢圓，地心位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。例.如圖圓a、b、c，其圓心均在地球的自轉(zhuǎn)軸線上，對(duì)環(huán)繞地球引導(dǎo)學(xué)生分析衛(wèi)星為什么有這三個(gè)特征。教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)預(yù)設(shè)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)SNSN·ObcaA.衛(wèi)星的軌道可能是a。B.衛(wèi)星的軌道可能是b。C.衛(wèi)星的軌道可能是c。D.同步衛(wèi)星的軌道只可能是b。例2．飛機(jī)中的乘客要想看到太陽從西邊升起，怎樣實(shí)現(xiàn)？（飛機(jī)自東向西飛，用地球儀演示）例3．地球赤道上的物體重力加速度為“g”，隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為“a”，要使地球赤道上的物體飄起來，地球的轉(zhuǎn)速應(yīng)為原來的多少倍？解：對(duì)赤道上的物體受力分析得：設(shè)地球自轉(zhuǎn)角速度為ω0.由題意可得：①②剛好飄起來設(shè)角速度為ω，則有：由②③可得：④④/①可得：例4．某物體在地面上受到的重力為160N，將它放置在衛(wèi)星中，在衛(wèi)星以加速a=g/2隨火箭向上加速上升的過程中，物體與衛(wèi)星中支持物間的壓力為90N，地球半徑R=6400Km，g=10m/s解析：設(shè)物體質(zhì)量