2020-2021學(xué)年高中物理 第七章 4 宇宙航行（2）教案 新人教版必修2

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第七章 4 宇宙航行（2）教案 新人教版必修22020-2021學(xué)年高中物理 第七章 4 宇宙航行（2）教案 新人教版必修2年級：姓名：- 11 -宇宙航行（2）教學(xué)目標(biāo) 核心素養(yǎng)物理觀念：能正確描述和解釋人造地球衛(wèi)星的運行規(guī)律；科學(xué)思維：能運用物理模型，對衛(wèi)星的發(fā)射原理進行分析和推理；科學(xué)探究：能依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射原理，制定合力探究路線，分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：衛(wèi)星發(fā)射是人類宇宙奧秘探索的過程，增強民族自信心自豪感。教學(xué)重點1. 同步衛(wèi)星的特點2. 多星系統(tǒng)、變軌問題3. 教學(xué)難點1. 變軌原理2. 向心力的來源3. 赤道物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的異同點高

2、考考點課 型新授教 具教 法教 學(xué) 過 程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)復(fù)習(xí)引入：1萬有引力定律的內(nèi)容，表達式2天體運動中，萬有引力與向心力的關(guān)系。3第一宇宙速度和環(huán)繞速度的關(guān)系。4v、t、a與軌道半徑r的關(guān)系。本節(jié)課接著上節(jié)課內(nèi)容繼續(xù)學(xué)習(xí)同步衛(wèi)星及其發(fā)射原理。3同步衛(wèi)星定義：相對地面靜止，與地球以相同的角速度轉(zhuǎn)動的衛(wèi)星。也稱靜止衛(wèi)星。特征運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致；在練習(xí)本上寫出關(guān)系，教師投影，學(xué)生糾正。教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)運行周期（角速度）與地球自轉(zhuǎn)周期（角速度）相同， 軌道平面與赤道平面重合，衛(wèi)星均在赤道正上方；高度固定不變（36000km，約為地球半徑的6倍）；環(huán)繞線速度

3、一定（3100m/s）。ocnbas例1.如圖，a是地球赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體，其向心加速度大小為a1，線速度大小為v1，b是繞地球做勻速圓周運動的近地衛(wèi)星，向心加速大小為a2，第一宇宙速度為v2；c是地球同步衛(wèi)星，其軌道半徑為r，向心加速度大小為a3，線速度大小為v3，已知地球半徑為r，下列說法正確的是（ ）a. b. c. d. 解析：讓學(xué)生理清三個位置的特征是解題的關(guān)鍵，特別是赤道上的物體和同步衛(wèi)星的共同點；近地衛(wèi)星和同步衛(wèi)星的共同點，由此得出赤道上物體和近地衛(wèi)星的線速度關(guān)系和加速度關(guān)系。變式：比較a、b、c三者的線速度、角速度、周期、加速度的大小關(guān)系正確的是（ abd ）。a b c

4、d 例2下列關(guān)于同步通信衛(wèi)星的說法正確的是（ ）a各國發(fā)射的地球同步衛(wèi)星的高度和速率都是相等的b同步通信衛(wèi)星的角速度雖然確定，但高度和速率可以選擇，高度增加，速率增大，高度降低，速率減小，仍同步c我國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星的周期是114min，它的高度比同步衛(wèi)星低d同步通信衛(wèi)星的速率比我國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星速率小學(xué)生在練習(xí)本上求解高度和線速度。要會分析衛(wèi)星為什么一定在赤道正上方。（作圖分析原因）教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)比較：赤道上的物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星比較內(nèi)容赤道表面的物體近地衛(wèi)星同步衛(wèi)星向心力來源萬有引力的分力萬有引力向心力方向指向地心線速度 角速度向心加速度 4衛(wèi)星變軌

5、地球q1 p23衛(wèi)星發(fā)射越高越困難，所需能量越大，為了讓衛(wèi)星進入更高的環(huán)繞軌道，并不是直接送入指定軌道，而是通過變軌的方法進入既定軌道，如圖所示。步驟1.先發(fā)射進入一個圓軌道1，稱為停泊軌道（駐留軌道）步驟2.在p點，火箭點火，衛(wèi)星做離心運動，衛(wèi)星進入一條大的橢圓軌道2，遠地點位于既定軌道上，此軌道稱為轉(zhuǎn)移軌道。步驟3.在遠地點q，開動發(fā)動機，使之進入既定軌道3。教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)問題p點衛(wèi)星在軌道1和2上的加速度為a1、a2，速度為v1、v2，q點軌道2和3上的加速度為a3、a4，速度為v3、v4，比較加速度和速度的大小關(guān)系。解：軌道1和軌道2在p點離地心的距離r1相等，此點加

6、速度為向心加速度，根據(jù) 知 a1=a2。軌道2和軌道3在q點離地心的距離r2相等，此點加速度為向心加速度，根據(jù) 知 a3=a4。因為r1r2，所以 p點在軌道1需加速才能進入軌道2，所以v1v2，q點在軌道2需加速才能進入軌道3，所以v3v3，根據(jù) 得軌道3半徑大于軌道1半徑，所以v1v4，故速度大小關(guān)系：v2.v1 v4 v3例同步衛(wèi)星的發(fā)射方法是變軌發(fā)射，即先把衛(wèi)星發(fā)射到離地面高度為200km-300km的圓形軌道上，這條軌道叫停泊軌道；如圖所示，當(dāng)衛(wèi)星穿過赤道平面上的p點時，末級火箭點火工作，使衛(wèi)星進入一條大的橢圓軌道，其遠地點恰好在地球赤道上空約36000km處，這條軌道叫轉(zhuǎn)移軌道；當(dāng)

7、衛(wèi)星到達遠地點q時，再開動衛(wèi)星上的發(fā)動機，使之進入同步軌道，也叫靜止軌道關(guān)于同步衛(wèi)星及發(fā)射過程，下列說法正確的是（）a在p點火箭點火和q點開動發(fā)動機的目的都是使衛(wèi)星加速，因此，衛(wèi)星在靜止軌道上運行的線速度大于在停泊軌道運行的線速度。b衛(wèi)星在靜止軌道上運行的周期大于在轉(zhuǎn)移軌道運行的周期c衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運動速度大小范圍為7.9km/sll.2km/s教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè)d衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道經(jīng)過q點時的加速度小于它在靜止軌道上經(jīng)過q點時的加速度。變軌運行分析衛(wèi)星在圓軌道穩(wěn)定運行時，萬有引力定律恰好提供向心力。線速度增加時，所需要的向心力增加，萬有引力不足以提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力，衛(wèi)星將

8、做離心運動，脫離原來的圓軌道進入橢圓運動；線速度減小時，所需向心力減小，萬有引力大于所需要的向心力，衛(wèi)星將做近心運動，脫離原來的圓軌道進入橢圓軌道。實例分析（飛船對接）低軌道飛船對接高軌道目標(biāo)飛船。低軌飛船合理加速做離心運動，追上高軌目標(biāo)飛船完成對接。飛船和目標(biāo)飛船同軌道。飛船加速會做離心運動，不可能追上。通常先使飛船減速降低高度，在加速提升高度，適當(dāng)控制完成對接。5雙星或多星m1m2l1定義：指兩顆星球在其之間萬有引力的作用下，繞其連線上某一點做圓周運動，兩星球的軌跡為同心圓。2特征：兩星球做圓周運動的向心力大小相等 兩星球的角速度相等 半徑之和等于其間距分析：設(shè)兩星球質(zhì)量分別為m1 、m2，間距l(xiāng)，圍繞連線中間某位置做勻速圓周運動，可得： 兩式聯(lián)立得： 即：兩星球的質(zhì)量與環(huán)繞半徑成反比。教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動預(yù)設(shè)學(xué)生活動預(yù)設(shè) 兩式聯(lián)立得： 將r1或帶入或 得： o例：天體運動中，有一種三星系統(tǒng)，由三顆質(zhì)量相等的恒星組成等邊三角形，他們繞三角形的中心勻速轉(zhuǎn)動，已知某三星系統(tǒng)遠離其它星體，可以認為它們與其它星體的作用力為零，它們之間的距離均為r，繞中心轉(zhuǎn)動周期為t，每顆星均可看做質(zhì)點，試求三顆星的總質(zhì)量。解：設(shè)每顆星的質(zhì)量為m，運行半徑r，由 得：aofb