【優(yōu)教通-備課參考】2020年高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)：6.5《宇宙航行》2(人教版必修2)

第5節(jié)宇宙航行新課教學(xué)1、宇宙速度老師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文第一自然段，同時(shí)思考下列問(wèn)題［投影出示］：1、在地面拋出的物體為什么要落回地面？2、什么叫人造地球衛(wèi)星？同學(xué)活動(dòng)：閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案。1、在地面上拋出的物體，由于受到地球引力的作用，所以最終都要落回到地面。2、假如在地面上拋出一個(gè)物體時(shí)的速度足夠大，那么它將不再落回地面，而成為一個(gè)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，這個(gè)物體此時(shí)就可認(rèn)為是一顆人造地球衛(wèi)星。老師活動(dòng)：引導(dǎo)同學(xué)深化探究1、月球也要受到地球引力的作用，為什么月亮不會(huì)落到地面上來(lái)？2、物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，飛行的距離與飛行的水平初速度有何關(guān)系?3、若拋出物體的水平初速度足夠大，物體將會(huì)怎樣？同學(xué)活動(dòng)：分組爭(zhēng)辯，得出結(jié)論。1、由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)月球受到的地球的引力（即重力），用來(lái)充當(dāng)繞地運(yùn)轉(zhuǎn)的向心力，故而月球并不會(huì)落到地面上來(lái)。2、由平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律知：x=v0t ①h= ②聯(lián)立①、②可得：x=v0即物體飛行的水平距離和初速度v0及豎直高度h有關(guān)，在豎直高度相同的狀況下，水平距離的大小只與初速度v0有關(guān)，水平初速度越大，飛行的越遠(yuǎn)。3、當(dāng)平拋的水平初速度足夠大時(shí)，物體飛行的距離也很大，由于地球是一圓球體，故物體將不能再落回地面，而成為一顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。老師活動(dòng)：總結(jié)、點(diǎn)評(píng)。課件演示《人造衛(wèi)星放射原理圖》：平拋物體的速度漸漸增大，飛行距離也跟著增大，當(dāng)速度足夠大時(shí)，成為一顆繞地運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。牛頓曾依據(jù)平拋現(xiàn)象猜想了衛(wèi)星的放射原理，但他沒(méi)有看到他的猜想得以實(shí)現(xiàn)。今日，我們的科學(xué)家們把牛頓的猜想變成了現(xiàn)實(shí)。老師活動(dòng)：［過(guò)渡語(yǔ)］從上面學(xué)習(xí)可知，當(dāng)平拋物體的初速度足夠大時(shí)就可成為衛(wèi)星。那么，大到什么程度就叫足夠大了呢？下面我們來(lái)爭(zhēng)辯這一個(gè)問(wèn)題。請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，同時(shí)考慮下面幾個(gè)問(wèn)題［投影出示］：1.衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力學(xué)方程是什么？2.為什么向高軌道放射衛(wèi)星比向低軌道放射要困難？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？同學(xué)活動(dòng)：閱讀課文，找出相應(yīng)答案。1、衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程是：G2、向高軌道放射衛(wèi)星時(shí)，火箭須克服地球?qū)λ囊Χ龈嗟墓?，?duì)火箭的要求更高一些，所以比較困難。3、人造衛(wèi)星在地面四周繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所必需具有的速度叫第一宇宙速度。人造衛(wèi)星繞地球做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度叫其次宇宙速度。人造衛(wèi)星擺脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的宇宙中去時(shí)，所必需具有的速度叫第三宇宙速度。老師活動(dòng)：引導(dǎo)同學(xué)深化探究1、衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的最小半徑是多少？2、結(jié)合衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力學(xué)方程，推導(dǎo)第一宇宙速度。同學(xué)活動(dòng)：分組爭(zhēng)辯，得出答案。1、衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的最小半徑近似等于地球的半徑，即在地球表面繞地運(yùn)轉(zhuǎn)。2、由萬(wàn)有引力定律和牛頓其次定律，得：G=m①由于萬(wàn)有引力近似等于物體的重力，得：G=mg②由①、②兩式得v=代入數(shù)據(jù)得v=7.9km/s老師活動(dòng)：總結(jié)、點(diǎn)評(píng)。課件演示《三個(gè)宇宙速度》2、幻想成真老師活動(dòng)：引導(dǎo)同學(xué)閱讀有關(guān)內(nèi)容，讓同學(xué)了解人類在探究宇宙的奇怪中已經(jīng)取得的輝煌成就，體會(huì)我國(guó)在制服宇宙太空的過(guò)程中所取得的宏大成就，培育同學(xué)的愛(ài)國(guó)熱忱和愿為科學(xué)獻(xiàn)身的精神。視頻呈現(xiàn)：我國(guó)載人飛船“神州五號(hào)”升空實(shí)況。同學(xué)活動(dòng)：閱讀課本，發(fā)表感想。課堂小結(jié)人造地球衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)緣由。宇宙速度。放射速度與運(yùn)行速度。板書設(shè)計(jì)5宇宙航行一、宇宙速度第一宇宙速度1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s2、其次宇宙速度（脫離速度）v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s二、衛(wèi)星：萬(wàn)有引力供應(yīng)向心力三、幻想成真：世界探究太空的成就中國(guó)探究太空的成就其次教案案例一課時(shí)詳解課堂導(dǎo)入：萬(wàn)有引力定律的發(fā)覺(jué)，不僅解決了天上行星的運(yùn)行問(wèn)題，也為人們開拓了上天的理論之路?，F(xiàn)代火箭航天技術(shù)先驅(qū)、俄國(guó)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基曾說(shuō)過(guò)：“地球是人類的搖籃，人類絕不會(huì)永久躺在這個(gè)搖籃里，而會(huì)不斷地探究新的天體和空間?！?957年10月4日，前蘇聯(lián)用三級(jí)火箭放射了世界上第一顆人造衛(wèi)星——“旅行者1號(hào)”，人類開頭邁入航天時(shí)代。那么多大的速度才能使物體不再落回地面，而使其成為地球的一顆衛(wèi)星呢？課前自主學(xué)習(xí)：1、第一宇宙速度是物體在地面四周繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度，也叫環(huán)繞速度。2、其次宇宙速度：使衛(wèi)星擺脫地球引力束縛，成為繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造行星的最小放射速度，，也叫脫離速度。3、第三宇宙速度：使衛(wèi)星擺脫太陽(yáng)引力束縛的最小放射速度，，也叫逃逸速度。課堂合作探究：學(xué)點(diǎn)一人造衛(wèi)星情景激疑：火箭放射衛(wèi)星，為什么要用多級(jí)火箭放射，要使衛(wèi)星能繞地球做環(huán)繞飛行火箭放射的最小速度是多大？學(xué)點(diǎn)歸納：衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由萬(wàn)有引力供應(yīng)的，所以：（1）由G=m有，可以看出，衛(wèi)星距地心越遠(yuǎn)，它運(yùn)行的速度越小，即離地面越高的衛(wèi)星運(yùn)行速度越小。（2）由有，可以看出，衛(wèi)星距地心越遠(yuǎn)，它的角速度越小。（3）由有，可以看出，衛(wèi)星距地心越遠(yuǎn)，它的運(yùn)轉(zhuǎn)周期越大。遷移應(yīng)用例1有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運(yùn)行，已知它們的軌道半徑之比r1：r2＝4：1，求這顆衛(wèi)星的：⑴線速度之比；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由得變式題例題2地球半徑為6400km，在貼近地表四周環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星速度為7.9×103解：⑴；⑵由得：學(xué)點(diǎn)二宇宙速度情景激疑：如圖所示，這是中俄為期10年的航天合作方案，這些航天器要達(dá)到多大的速度才能離開地球的束縛到達(dá)所探測(cè)星球？學(xué)點(diǎn)歸納：1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s2、其次宇宙速度（脫離速度）v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s用三個(gè)宇宙速度來(lái)推斷航天器到達(dá)不同的星球所需的速度在什么范圍內(nèi)。遷移應(yīng)用：例3能否放射一顆繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)周期為75min的衛(wèi)星？解析：所以不能。這題也可從軌道半徑、地球供應(yīng)的向心力、衛(wèi)星的環(huán)繞速度等幾個(gè)方面來(lái)考慮。變式題例4可以放射這樣的衛(wèi)星，使其運(yùn)動(dòng)圓軌道與地球表面上（）A、某一緯度線（非赤道線）是共面同心圓B、某一經(jīng)度線所打算的圓是共面同心圓C、赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對(duì)地球表面是靜止的D、赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對(duì)地球表面是運(yùn)動(dòng)的解析：人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力是由地球的萬(wàn)有引力供應(yīng)的，其方向確定指向地心。假如它與某一緯度線（非赤道線）是共面同心圓，則其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的合力（向心力）不指向地心，而是指向地軸上某一點(diǎn)（非地心點(diǎn)），不符合做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件，故A錯(cuò)。有一種衛(wèi)星叫極地衛(wèi)星，其圓軌道平面通過(guò)地球兩極，與赤道平面垂直，由于地球在不停的自轉(zhuǎn)，故不行能固定在某一經(jīng)度線所打算的平面內(nèi)，B錯(cuò)。C正確，就是同步衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道平面與赤道平面共面同心，有兩種可能：可能是同步衛(wèi)星，h=36000km相對(duì)地面靜止；也可能h<36000km，也可能h>36000km，則相對(duì)地面是運(yùn)動(dòng)的，故D正確。規(guī)律總結(jié)：1、萬(wàn)有引力供應(yīng)向心力：及其變形來(lái)解題；