宇宙航行導學案

1、6.5宇宙航行導學案 編寫人：畢志剛 審核：高一物理組 【學習目標】 1. 了解人造衛(wèi)星的有關知識。 知道三個宇宙速度的含義，會推導 第一宇宙速度。 2. 通過實例，了解人類對太空的探索過程。 【學習重點】第一宇宙速度的推導，了解第二、第三宇宙速度。 【學習難點】運行速率與軌道半徑之間的關系。 【學習過程】牛頓在思考萬有引力定律時就曾經(jīng)想過，從高山上水 平拋出的物體速度一次比一次大時，落點就一次比一次遠。如果速 度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，這就是人造地 球衛(wèi)星的雛形。那么這個速度需要多大呢？學習本節(jié)內容之后便可 以解決上述問題。 一、宇宙速度 1. 平拋物體的速度逐漸增大，物

2、體的落地點如何變化？ 2. 速度達到一定值后，物體能否落回地面？ 3. 若不能，此速度必須滿足什么條件？ 4. 若此速度在增大，又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 1. 牛頓的設想 （1）牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪 設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 作用，人造衛(wèi)星作 圓周運動的向心力由 提供。 （3）人造衛(wèi)星的運行速度 a. 設地球質量為 M，衛(wèi)星質量為 m，軌道半徑為 r ，由于萬有引力提 供向心力，則人造衛(wèi)星的運行速度

3、應該是多大？ b. 角速度和周期與軌道半徑的關系呢？ 可見：高軌道上運行的衛(wèi)星，角速度 ，周期 。 注意：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。 2. 宇宙速度 （1）第一宇宙速度 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 6400km。 結論： 如果發(fā)射速度小于，炮彈將落到地面， 而不能成為一 顆衛(wèi)星； 發(fā)射速度等于，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)射速度必須大 于 ?？梢姡蚋哕壍腊l(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

4、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 速度。 （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， 也稱為速度。注意： 發(fā)射速度大 于，而小于 ，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡為橢圓； 等于或大 于時，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 大小 。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 速度。注意：發(fā)射速度大于 ，而小于 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 ，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。 3. 同步衛(wèi)星 （1）什么叫同步衛(wèi)星？ （2）同步衛(wèi)星具有幾

5、個特點？ 二、夢想成真 探索宇宙的奧秘， 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。 1. 是誰真正為人類邁向太空提供了科學思想？ 2. 世界上第一顆人造地球衛(wèi)星是哪個國家發(fā)射的？ 3. 最先 登上月球的是哪國人？ 4. 中國載人航天工程是哪一年正式啟動的？ 5. 中國第一個被送入太空的航天員是誰？ 【反思小結】 檢測卡 A級）1. 關于第一宇宙速度，下列說法中正確的是（ A、它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度 B、它是人造地球衛(wèi)星在近地圓形軌道上的運行速度 C、它是能使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度 D、它是衛(wèi)星的橢圓軌道上運行時近地點的速度 （A 級）2. 下列軌道中不可能是衛(wèi)星繞地球運行的軌道的是（） （C級） 3