2020_2021学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.doc

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1、优选宇宙航行（1）教学目标核心素养物理观念：能正确描述和解释人造地球卫星的运行规律；科学思维：能运用物理模型，对卫星的发射原理进行分析和推理；科学探究：能依据卫星发射原理，制定合力探究路线，分析数据发现规律；科学态度与责任：卫星发射是人类宇宙奥秘探索的过程，增强民族自信心自豪感。教学重点1.第一宇宙速度及其推导；2.v、ω、T、a随轨道半径的变化规律3.卫星轨道的特点教学难点1.发射速度和环绕速度的关系2.v、ω、T、a随轨道半径的变化规律3.高考考点课型新授教具教法教学过程教学环节教师活动预设学生活动

2、预设-14-/14优选复习引入：1．万有引力定律的内容，表达式2．天体运动中，万有引力与向心力的关系。将天体运动看做匀速圆周运动，万有引力或万有引力的合力提供向心力，即L：两天体间距离，可能等于轨道半径，可能不等于轨道半径；r：轨道半径；：向心加速度M：中心天体质量m：卫星（行星）质量教学环节教师活动预设学生活动预设-14-/14优选播放视频，神州十号发射。1970年4月24日我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”成功发射，开创了中国航天史的新纪元，此后我国相继发射了数千颗不同种类的卫星。还掌握了卫星回收

3、和一箭多星发射技术，卫星是如何发射成功的呢？运行遵循什么样的规律？本节课我们就来学习有关人造地球卫星的知识。一、牛顿的设想1687年，牛顿在其出版的《自然哲学的数学原理》中提出设想：物体从高山上抛出，速度原来越大，落地点就越来越远，如果速度达到一定值，物体会不会不再落回地面？从而成为地球的卫星？二、宇宙速度1.第一宇宙速度（环绕速度）思考讨论：若发射一颗卫星，至少需要多大的速度才能离开地球进行宇宙航行呢？简化处理：物体在地球附近绕地球运动，太阳作用可忽略不计，把物体水平抛出后，若物体刚好不能落回地面时，

4、即物体恰好能围绕地球做圆周运动，此时地球对它的万有引力提供物体做圆周运动的向心力。设卫星质量为m，地球质量M，绕地球运行的轨道半径r。①卫星环绕地球速度v是多大？②发射卫星所需要的最小速度是多大？解：①万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，即：化简得：轨道半径越大，环绕速度越小。②卫星刚好能围绕地球做圆周运动时所需的发射速度最小，此时轨道半径近似等于地球半径R。所以有：①了解我国航天事业的成就，引入新课。阅读教材P59上部文字及插图。思考问题。教学环节教师活动预设学生活动预设-14-/14优选地面附近，忽

5、略太阳作用力：②由①可得③这个速度称为第一宇宙速度。联立②式得：④将G、M、R带入③或者将g和R带入④得所以发射卫星需要的最小速度，此时的卫星做近地环绕，依据知，轨道半径越小，环绕速度越大，所以近地环绕时的环绕速度最大。因此，第一宇宙速度又称为最小发射速度和最大环绕速度。2.第二宇宙速度（脱离速度）若发射速度，轨道由圆变为椭圆，长轴变长，当时，卫星脱离地球的吸引，永远离开地球，进入环绕太阳运行的轨道，称为第二宇宙速度。当发射速度7.9km/s

6、，长轴越长。③第三宇宙速度（逃逸速度）达到第二宇宙速度的物体，还受到太阳的引力，如果速度继续增大，达到16.7km/s物体将挣脱太阳的吸引，永远离开太阳系。思考①和是否矛盾？完成教材P60思考与讨论。-14-/14优选不矛盾，前式是环绕速度的表达式，当环绕半径为R时（近地），由带入，即可得。②发射速度和环绕速度有什么关系？向学生说明：三个宇宙速度指的都是最小发射速度。教学环节教师活动预设学生活动预设-14-/14优选发射速度越大，轨道半径越大，环绕速度越小。③如果发射速度达到了极限速度v=3.0×108

7、km/s，都不能从某天体表面脱离，这种天体称为黑洞。例1.下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是（CD）A.人造地球卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度为B.美国发射的凤凰号火星探测器，其发射速度大于第三宇宙速度。C.第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度。D.第一宇宙速度7.9Km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度E.我国向月球发射的“嫦娥二号”宇宙飞船在地面附近的发射速度要大于11.2km/s。F.在地面附近发射火星探测器的速度应为G.由

8、知，高轨道卫星运行速度小，故发射高轨道卫星比发射低轨道卫星容易。例2.我国发射了探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星轨道为圆形，且贴近月球表面，已知月球点质量约为地球的1/81，月球的半径约为地球的1/4，地球的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为（B）。A.0.4km/sB.1.8km/s-14-/14优选C.11km/sD.36km/s知道了环绕速度和轨道半径的关系，其它物理量ω、T、an与轨道半径r有什么关系呢