高中物理第六章萬有引力與航天5宇宙航行課件新人教版必修

5宇宙航行1．知道三個(gè)宇宙速度的數(shù)值，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度．2．感受人類對(duì)客觀世界不斷探究的精神和情感．3．能處理類地行星問題，理解黑洞和雙星問題，能處理其他天體運(yùn)動(dòng)問題．教學(xué)目標(biāo)【重點(diǎn)】會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度．【難點(diǎn)】運(yùn)行速率與軌道半徑之間的關(guān)系．重點(diǎn)難點(diǎn)

2003年10月15日，中國的“神州五號(hào)”載人飛船發(fā)射成功，將中國第一名航天員送上太空，它標(biāo)志著中國進(jìn)入了載人航天時(shí)代，為中華民族進(jìn)一步進(jìn)行太空資源的開發(fā)和利用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．本節(jié)屬于航天部分的重要知識(shí)，介紹萬有引力的實(shí)踐性成就，要求學(xué)生知道是萬有引力理論使人類實(shí)現(xiàn)“飛天”夢想，這一節(jié)課不但要求學(xué)生深刻理解第一宇宙速度，定量地解決衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的實(shí)際問題，還需要學(xué)生通過了解航天發(fā)展史充分地感受人類對(duì)客觀世界不斷探究的精神和情感，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感.

教學(xué)建議【導(dǎo)入一】2007年10月24日經(jīng)火箭發(fā)射，“嫦娥一號(hào)衛(wèi)星”首先進(jìn)入環(huán)繞地球的軌道，然后加速，脫離地球軌道后，慣性滑行，進(jìn)入環(huán)繞月球的軌道，最后進(jìn)行科學(xué)探測．結(jié)合登月航線討論：為什么飛船能圍繞地球旋轉(zhuǎn)？飛船在什么條件下能掙脫地球的束縛？【導(dǎo)入二】1．問：在高山上用不同的水平初速度拋出一個(gè)物體，不計(jì)空氣阻力，它們的落地點(diǎn)相同嗎？新課導(dǎo)入學(xué)生：它們的落地點(diǎn)不同，速度越大，落地點(diǎn)離山腳越遠(yuǎn)．因?yàn)樵谕蛔呱缴蠏伋觯鼈冊诳罩羞\(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同，速度大的水平位移大，所以落地點(diǎn)也較遠(yuǎn)．教師：假設(shè)被拋出物體的速度足夠大，物體的運(yùn)動(dòng)情形又如何呢？學(xué)生進(jìn)行猜想．教師總結(jié)，并用多媒體模擬．新課導(dǎo)入如果地面上空有一個(gè)相對(duì)于地面靜止的物體，它只受重力的作用，那么它就做自由落體運(yùn)動(dòng)，如果物體在空中具有一定的初速度，且初速度的方向與重力的方向垂直，那么它將做平拋運(yùn)動(dòng)，牛頓曾設(shè)想過：從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也一次比一次離山腳遠(yuǎn)，如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，簡稱人造衛(wèi)星．2．引入：那么人造衛(wèi)星的軌道半徑和它的運(yùn)動(dòng)速率之間有什么關(guān)系呢？本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)這個(gè)問題.新課導(dǎo)入1．第一宇宙速度(1)大?。篲_______km/s.(2)意義：①衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行的速度，也是繞地球做____________運(yùn)動(dòng)的最大速度．②使衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的________地面發(fā)射速度．

2．第二宇宙速度(1)大?。篲_______km/s.(2)意義：使衛(wèi)星掙脫________引力束縛的最小地面發(fā)射速度．3．第三宇宙速度(1)大?。篲_______km/s.(2)意義：使衛(wèi)星掙脫________引力束縛的最小地面發(fā)射速度．宇宙速度知識(shí)必備知識(shí)點(diǎn)7.9勻速圓周最小11.2地球16.7太陽學(xué)習(xí)互動(dòng)對(duì)三個(gè)宇宙速度的理解考點(diǎn)一重力學(xué)習(xí)互動(dòng)例1若取地球的第一宇宙速度為8km/s，某行星的質(zhì)量是地球的6倍，半徑是地球的1.5倍，這顆行星的第一宇宙速度約為(

)A．16km/sB．32km/sC．4km/sD．2km/s[答案]A學(xué)習(xí)互動(dòng)學(xué)習(xí)互動(dòng)[答案]A學(xué)習(xí)互動(dòng)[點(diǎn)評(píng)]注意本題研究的是太陽系外行星，所以必須以不低于16.7km/s的速度從地球發(fā)射的探測器才可以到達(dá)該行星表面，所以本題C、D選項(xiàng)考查的實(shí)質(zhì)為第三宇宙速度．[想一想]在其他星球上也能存在自由落體、平拋、豎直上拋運(yùn)動(dòng)等典型的運(yùn)動(dòng)形式嗎？與地球上對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有何區(qū)別？[要點(diǎn)總結(jié)]1．與地球相關(guān)的任何地面運(yùn)動(dòng)形式和天體運(yùn)動(dòng)形式(如地球衛(wèi)星等)及其所遵從的規(guī)律都可遷移類比應(yīng)用到其他類地星球上．2．但要注意與地球的區(qū)別：(1)是否有空氣及空氣阻力；(2)當(dāng)?shù)豞_____________一般不同于地球．學(xué)習(xí)互動(dòng)類地行星問題考點(diǎn)二重力加速度例3如圖6－5－1所示，宇航員站在某質(zhì)量分布均勻的星球表面一斜坡上P點(diǎn)沿水平方向以初速度v0拋出一個(gè)小球，測得小球經(jīng)時(shí)間t落到斜坡上另一點(diǎn)Q，斜坡的傾角為α，已知該星球半徑為R，引力常量為G，求：(1)該星球表面的重力加速度g；(2)該星球的密度ρ；(3)該星球的第一宇宙速度v；(4)人造衛(wèi)星繞該星球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T.學(xué)習(xí)互動(dòng)圖6－5－1學(xué)習(xí)互動(dòng)學(xué)習(xí)互動(dòng)學(xué)習(xí)互動(dòng)[點(diǎn)評(píng)]本題綜合考查平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的遷移應(yīng)用、中心天體密度的計(jì)算、第一宇宙速度、繞星球表面運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星周期的計(jì)算等，難度中等，解題時(shí)注意準(zhǔn)確選用規(guī)律．[想一想]浩渺的宇宙中可能存在由三顆等質(zhì)量的星球構(gòu)成的“三星系統(tǒng)”，你能設(shè)計(jì)出三顆星球在空間可能的排列方式嗎？[要點(diǎn)總結(jié)]1．黑洞是客觀存在的一種超高密度的天體，其引力場極強(qiáng)，連電磁波(光線)都不能逃出，因此黑洞無法直接觀測，但可以借助間接方式得知其存在與質(zhì)量，并且觀測到它對(duì)其他事物的影響，例如黑洞可以和一顆可視天體構(gòu)成雙星系統(tǒng)．學(xué)習(xí)互動(dòng)N星系統(tǒng)和黑洞問題考點(diǎn)三2．宇宙中存在“N星系統(tǒng)”，構(gòu)成形式多種多樣，下面為可能存在的構(gòu)成形式．

學(xué)習(xí)互動(dòng)系統(tǒng)可視天體繞黑洞做圓周運(yùn)動(dòng)黑洞與可視天體構(gòu)成的雙星系統(tǒng)兩顆可視星體構(gòu)成的雙星系統(tǒng)三星系統(tǒng)(正三角形排列)三星系統(tǒng)(直線等間距排列)圖示向心力的來源黑洞對(duì)可視天體的萬有引力彼此給對(duì)方的萬有引力彼此給對(duì)方的萬有引力另外兩星球?qū)ζ淙f有引力的合力另外兩星球?qū)ζ淙f有引力的合力學(xué)習(xí)互動(dòng)[答案]B學(xué)習(xí)互動(dòng)學(xué)習(xí)互動(dòng)[點(diǎn)評(píng)]在天文學(xué)上，將兩顆彼此相距較近，且在相互之間萬有引力作用下繞兩者連線上的某點(diǎn)做周期相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的星體稱為雙星系統(tǒng)．雙星系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)具有以下規(guī)律：①雙星系統(tǒng)的周期、角速度相同；②軌道半徑之比與質(zhì)量之比互為倒數(shù)；③雙星系統(tǒng)的周期的二次方與雙星間距離的三次方之比只與雙星的總質(zhì)量有關(guān)，而與雙星個(gè)體的質(zhì)量無關(guān)．備用習(xí)題1．登上火星是人類的夢想，“嫦娥之父”歐陽自遠(yuǎn)透露：中國計(jì)劃于2020年登陸火星．地球和火星公轉(zhuǎn)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，忽略行星自轉(zhuǎn)影響．根據(jù)下表，火星和地球相比(

)

A.火星的公轉(zhuǎn)周期較小B．火星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度較小C．火星表面的重力加速度較大D．火星的第一宇宙速度較大行星半徑/m質(zhì)量/kg軌道半徑/m地球6.4×1066.0×10241.5×1011火星3.4×1066.4×10232.3×1011[答案]B備用習(xí)題備用習(xí)題[答案]D自我檢測1．(宇宙速度)關(guān)于宇宙速度，下列說法正確的是(

)A．第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小發(fā)射速度B．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度C．第二宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)的最大速度D．第三宇宙速度是發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度[答案]A[解析]第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度，A項(xiàng)對(duì)，B項(xiàng)錯(cuò)；第二宇宙速度是在地面上發(fā)射物體，使之成為繞太陽運(yùn)動(dòng)或繞其他行星運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，C項(xiàng)錯(cuò)；第三宇宙速度是在地面上發(fā)射物體，使之飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小發(fā)射速度，D項(xiàng)錯(cuò)．自我檢測2．(類地行星問題)2011年12月24日，美國宇航局宣布，通過開普勒太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目證實(shí)了太陽系外第一顆類似地球的、適合居住的行星“開普勒－22b(Kepler－22b)”．該行星距離地球約600光年，體積是地球的2.4倍，質(zhì)量約是地球的18.5倍，它像地球繞太陽運(yùn)行一樣每290天環(huán)繞一顆恒星運(yùn)行一周．由于恒星風(fēng)的影響，該行星的大氣不斷被吸引到恒星上．據(jù)估計(jì)，這顆行星每秒丟失至少10000t物質(zhì)．已知地球半徑為6400km，地球表面的重力加速度