第六章萬有引力與航天VIP

第六章第六章 萬有引力與航天萬有引力與航天 5 宇宙航行宇宙航行 一 設(shè)計(jì)思想一 設(shè)計(jì)思想 宇宙航行不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論 更是在其中滲透了很多研究實(shí)際物理問題的物理方 法 因此 本節(jié)課是 萬有引力定律與航天 中的重點(diǎn)內(nèi)容 是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究天體物理問題的理 論基礎(chǔ) 另外 學(xué)生通過對(duì)人造衛(wèi)星 宇宙速度的了解 也將潛移默化地產(chǎn)生對(duì)航天科學(xué)的熱愛 增強(qiáng) 民族自信心和自豪感 學(xué)生已學(xué)過平拋運(yùn)動(dòng) 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 萬有引力定律等基本理論 具備了解決問題的基本工具 本節(jié)重點(diǎn)講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理 推導(dǎo)了第一宇宙速度 并介紹了第二 第三宇宙速度 人造 衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例 是人類征服自然的見證 體現(xiàn)了知識(shí)的力量 是學(xué)生 學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識(shí)的一個(gè)極好素材 本節(jié)課的難點(diǎn)在于對(duì)人造衛(wèi)星原理的理解 因此教學(xué)設(shè)計(jì)上采用理論探究法 在設(shè)計(jì)中突出發(fā)揮學(xué) 生的主體作用 課堂中通過設(shè)疑 思考 啟發(fā) 引導(dǎo)這樣一條主線 激發(fā)鼓勵(lì)學(xué)生的大膽思考 積極參 與 讓學(xué)生通過自己的分析研究來掌握獲取相關(guān)的知識(shí)和方法 二 二 教學(xué)教學(xué)目標(biāo)目標(biāo) 一 知識(shí)和能力目標(biāo) 1 了解人造地球衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)和航天發(fā)展史 2 知道三個(gè)宇宙速度的含義和數(shù)值 會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度 3 理解衛(wèi)星的線速度 角速度 周期與軌道半徑的關(guān)系 二 過程與方法目標(biāo) 1 在學(xué)習(xí)牛頓對(duì)衛(wèi)星發(fā)射的思考過程的同時(shí) 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索能力 培養(yǎng)學(xué)生在處理實(shí)際問題時(shí) 如何構(gòu)建物理模型的能力 2 通過對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行的線速度 角速度 周期與軌道半徑的關(guān)系的討論 培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析解決 實(shí)際問題的能力 三 情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo) 1 通過展示人類在宇宙航行領(lǐng)域中的偉大成就 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情 2 通過介紹我國在航天方面的成就 激發(fā)學(xué)生的愛國熱情 增強(qiáng)民族自信心和自豪感 3 感知人類探索宇宙的夢(mèng)想 促使學(xué)生樹立獻(xiàn)身科學(xué)的人生觀和價(jià)值觀 三 教學(xué)重點(diǎn)三 教學(xué)重點(diǎn) 1 第一宇宙速度的推導(dǎo) 2 衛(wèi)星運(yùn)行的線速度 角速度 周期與軌道半徑的關(guān)系 四 教學(xué)難點(diǎn)四 教學(xué)難點(diǎn) 衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度的關(guān)系 五 教學(xué)方法 五 教學(xué)方法 探究 講授 討論 六 教學(xué)準(zhǔn)備 六 教學(xué)準(zhǔn)備 多媒體課件 七 教學(xué)過程七 教學(xué)過程 一 引入新 一 引入新課課 通過前面的學(xué)習(xí)我們知道了 人類通過站在地球上的觀測(cè) 認(rèn)識(shí)到了天體做什么樣的運(yùn)動(dòng) 并進(jìn)一 步弄清了天體為什么要做這樣的運(yùn)動(dòng) 然而人類并不滿足于只站在地球上探索宇宙的奧秘 本節(jié)課 我 們就來學(xué)習(xí)人類是如何走出地球 飛向宇宙 進(jìn)行宇宙航行的 利用幻燈片 向?qū)W生展示一些航天類 的圖片 以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 二 推 二 推進(jìn)進(jìn)新新課課 牛頓的思考牛頓的思考 探究 怎樣才能使得一個(gè)物體繞著地球做圓周運(yùn)動(dòng) 先讓學(xué)生思考 討論 教師可根據(jù)學(xué)生情況引導(dǎo)學(xué)生思考 我們知道 在地面上將一個(gè)物體水平拋出 若拋出時(shí)速度越大 則落 地點(diǎn)距拋出點(diǎn)的水平距離越大 如果拋出速度很大時(shí) 我們還能將地面看 作平面嗎 不能 早在 16 世紀(jì)道的牛頓就曾思考過這個(gè)問題 播放衛(wèi)星發(fā)射原理動(dòng) 畫 并向?qū)W生分析 從地球上最高的山峰上將物體水平拋出 速度越大 落地點(diǎn)就越遠(yuǎn) 如果拋出的速度足夠大 物體 就不在落回地面 它將繞地球運(yùn)動(dòng) 成為一顆人造地球衛(wèi)星 宇宙速度宇宙速度 探究 以多大的速度發(fā)射這個(gè)物體 物體就剛好不落回地面 成為一顆繞地球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 的衛(wèi)星呢 1 第一宇宙速度 物體最終繞地球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 引力為其做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力 2 2 代入數(shù)據(jù)得 v 7 9km s 這就是物體在地面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度 叫做第一宇宙速度 如果發(fā)射速度大于第一宇宙速度 結(jié)果會(huì)怎樣呢 2 第二宇宙速度 當(dāng)拋出物體的速度繼續(xù)增大 地球引力將不足以為其做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力 物體將會(huì)脫離地球引 力 離開地球 這個(gè)速度為 v 11 2km s 我們把 v 11 2km s 叫做第二宇宙速度 如果發(fā)射速度大于第 一宇宙速度 而小于第二宇宙速度 它繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓 而是橢圓 3 第三宇宙速度 物體脫離地球引力的束縛后 還會(huì)受到太陽引力的束縛 若拋出的速度足夠大 物體還將脫離太陽 引力的束縛 飛向太陽系之外的宇宙空間 這個(gè)速度 v 16 7vkm s 這個(gè)速度叫做第三宇宙速度 衛(wèi)星運(yùn)行的線速度 角速度 周期與軌道半徑的關(guān)系 衛(wèi)星運(yùn)行的線速度 角速度 周期與軌道半徑的關(guān)系 探究 目前為止 人類發(fā)射的人造地球衛(wèi)星已經(jīng)有幾千顆了 這些衛(wèi)星運(yùn)行的快慢不同 那么衛(wèi)星 運(yùn)行的快慢與什么因素有關(guān)呢 學(xué)生可能的答案 質(zhì)量 軌道半徑 我們將不同軌道上的衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)都看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng) 則有 可得 結(jié)論 線速度 角速度 周期都與衛(wèi)星的質(zhì)量無關(guān) 僅由軌道半徑?jīng)Q定 當(dāng)衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行時(shí) 軌道半徑最小為地球半徑 r R 此時(shí)線速度最大 角速度最大 周 期最小 則 7 9km s 1 24 10 3rad s 84min 即衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大速度為 7 9km s 人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)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(bǔ)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(yùn)行速度 運(yùn)行速度指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度 當(dāng)衛(wèi)星 貼著 地面飛行時(shí) 運(yùn)行 速度等于第一宇宙速度 當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時(shí) 運(yùn)行速度小于第一宇宙速度 夢(mèng)想成真夢(mèng)想成真 學(xué)生先閱讀 然后教師簡(jiǎn)述補(bǔ)充 借助于多媒體 一邊向?qū)W生展示 一邊介紹 注意情感態(tài)度與價(jià)值 觀目標(biāo)的實(shí)現(xiàn) 然而人類對(duì)宇宙的探索并不是一帆風(fēng)順的 無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類通往宇宙的道路 1986 年 1 月 28 日 美國 挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)升空后爆炸 七名宇航員遇難 2003 年 2 月 1 日 美國 哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)返航時(shí)爆炸 七名宇航員遇難 三 三 課課堂堂練習(xí)練習(xí) 1 關(guān)于第一宇宙速度 下列說法中錯(cuò)誤的是 A 它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度 B 它是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運(yùn)動(dòng)速度 C 它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度 D 它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)近地點(diǎn)的速度 2 人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度可以是 11 2km s 7 9km s 6km s 16 7km s A B C D 3 在離地面某一高度圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星 下列說法中正確的是 A 該衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)行速度大于第一宇宙速度 B 該衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度 C 發(fā)射該衛(wèi)星時(shí)的發(fā)射速度大于第一宇宙速度 D 發(fā)送該衛(wèi)星時(shí)的發(fā)射速度小于第一宇宙速度 4 人造衛(wèi)星離地面距離等于地球半徑 R 衛(wèi)星以速度 v 沿圓軌道運(yùn)動(dòng) 設(shè)地面的重力加速度為 g 則有 A V 4gR B V 2gR C V gR D V gR 2 四