6.5 宇宙航行 教案

1、.6.5宇宙航行 (教案) 三 維 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，會推導第一宇宙速度過程與方法：通過用萬有引力定律推導第一宇宙速度培養(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及解決方法：第一宇宙速度的推導教學難點及解決方法：運行速率與軌道半徑之間的關(guān)系教學內(nèi)容：一、 教學引入： 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

2、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。（結(jié)合視頻播放）二、 新課教學：（一）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

3、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。（老師講解介紹）（二）宇宙速度（1）第一宇宙速度推導：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

4、須大于7.9km/s。可見，向高軌道發(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。（老師與學生一起推導）（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

5、，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。4、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

6、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=。（老師講解介紹并強調(diào)學生記住有關(guān)數(shù)據(jù)）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) 探索宇宙的奧秘，

7、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 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

8、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（結(jié)合視頻播放）三、課堂小結(jié)：1、人造地球衛(wèi)星 2、宇宙速度 ：第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度3、夢想成真 -飛出地球、實現(xiàn)太空夢想布置作業(yè)：問題與練習1、3教學反思： 宇宙速度是中學物理中的重要概念之一，尤其是第一宇宙速度既要能夠要已知的知識推導其大小是多少，更要注意它是發(fā)射速度的最小值，是運行速度的最大值。學生對這一概念的理解不夠深刻，這需要老師通巧妙的方法讓學生正確理解發(fā)射速度與運行速度兩個概念的關(guān)系。對