高中物理 第六章万有引力与航天第五节宇宙航行教案 新人教版必修2

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1、第六章万有引力与航天第五节宇宙航行一、教学目标　　（一）知识和能力目标　　1．了解人造地球卫星的有关知识和航天发展史。　　2．知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。　　3．理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。　　（二）过程与方法目标　　1．在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。　　2．通过对卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。　（三）情感态度与价值观目标　　1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情。　　2．通过介

2、绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。 　3．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。二、教学重点　1．第一宇宙速度的推导。　2．卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。三、教学难点　　卫星的发射速度与运行速度的关系。四、教学过程　　（一）引入新课通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行的。首先来开一组图片，这是金字塔和巨石阵，据考证它们都是古人

3、进行天文观测的场所。很早以前，人类都是靠肉眼来进行天文观测的。 　　直到伽利略的出现，他将望远镜指向了天空。有了望远镜这个工具，人类就能更好的进行天文学研究。现在在世界各地有很多大型的天文观测站。除了进行天文观测，人类还渴望走出地球，探索宇宙。1957年10月4日，苏联发射了第一颗人造地球卫星。这一事件具有划时代的意义，它宣告人类已经进入空间时代。第一颗人造地球卫星呈球形，直径58厘米，重83.6公斤。它沿着椭圆轨道飞行，每96分钟环绕地球一圈。（二）推进新课 　　牛顿的思考 　　探究：怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动？ 　　先让学生思考、讨论，教师可根据学生情况引导学生思考。　　我

4、们知道，在地面上将一个物体水平抛出，若抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？（不能）早在16世纪道的牛顿就曾思考过这个问题。　　从地球上最高的山峰上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。如果抛出的速度足够大，物体就不在落回地面，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。　　宇宙速度　　探究：以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？　　1．第一宇宙速度　　物体最终绕地球表面做匀速圆周运动，引力为其做圆周运动提供向心力。　　，　　代入数据得v=7．9km/s 　　这就是物体在地面附近做匀速圆

5、周运动的速度，叫做第一宇宙速度。　　如果发射速度大于第一宇宙速度，结果会怎样呢？　　2．第二宇宙速度　　当抛出物体的速度继续增大，地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11．2km/s。我们把v=11．2km/s叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。　　3．第三宇宙速度 　　物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。若抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16．7vkm/s。这个速度叫做第三宇宙速度。 卫星运行的线速度、

6、角速度、周期与轨道半径的关系。　　探究：目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了，这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的快慢与什么因素有关呢？ 　　学生可能的答案：质量、轨道半径…… 　　我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，则有 　　　　可得：          　　结论：线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由轨道半径决定。　　当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径（r=R），此时线速度最大，角速度最大，周期最小。则　　=7．9km/s　　=1．24×10-3rad/s　　=84min　　即卫星绕地球运行的最大速度为7．9km/s。　　人造卫星的发射

7、速度与运行速度　　（播放嫦娥一号发射的模拟视频，让学生了解卫星发射的全过程，学生也将对发射速度和运行速度有一个了解。）　　1．发射速度　　发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发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