6.5 宇宙航行 教案

1、.6.5宇宙航行 (教案) 三 維 教 學(xué) 目 標(biāo)：知識(shí)與技能： 1了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)2知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度過(guò)程與方法：通過(guò)用萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速度培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力情感態(tài)度與價(jià)值觀：1通過(guò)介紹我國(guó)在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情 2感知人類(lèi)探索宇宙的夢(mèng)想促使學(xué)生樹(shù)立獻(xiàn)身科學(xué)的人生價(jià)值觀教學(xué)重點(diǎn)及解決方法：第一宇宙速度的推導(dǎo)教學(xué)難點(diǎn)及解決方法：運(yùn)行速率與軌道半徑之間的關(guān)系教學(xué)內(nèi)容：一、 教學(xué)引入： 1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)航天時(shí)代的新紀(jì)元。我國(guó)在70年代發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來(lái)，相繼發(fā)射了多顆不同種類(lèi)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(hào)試驗(yàn)飛船。這節(jié)課，我們要學(xué)習(xí)有關(guān)人造地球衛(wèi)星的知識(shí)。（結(jié)合視頻播放）二、 新課教學(xué)：（一）牛頓的設(shè)想（1）牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原理的描繪。設(shè)想在高山上有一門(mén)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(dāng)初速度足夠大時(shí)，這顆炮彈將不會(huì)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(yùn)行的動(dòng)力學(xué)原因。人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行時(shí)，只受到地球?qū)λ娜f(wàn)有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供。（3）人造衛(wèi)星的運(yùn)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(wàn)有引力提供向心力，則，可見(jiàn)：高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，線速度小。提出問(wèn)

3、題：角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢？， 可見(jiàn)：高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，角速度小，周期長(zhǎng)。引入：高軌道上運(yùn)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(yùn)行速度。（老師講解介紹）（二）宇宙速度（1）第一宇宙速度推導(dǎo)：?jiǎn)栴}：牛頓實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)？地球半徑為6370km。分析：在地面附近繞地球運(yùn)行，軌道半徑即為地球半徑。由萬(wàn)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(yùn)動(dòng)；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?？梢?jiàn)，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(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，所以也稱(chēng)為環(huán)繞速度。（老師與學(xué)生一起推導(dǎo)）（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(yáng)運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度，也稱(chēng)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(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓；等于或大于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行。（3）第三宇宙速度。大?。?。意義：使衛(wèi)星掙脫太陽(yáng)引力束縛的最小發(fā)射速度，也稱(chēng)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(yáng)作橢圓運(yùn)動(dòng)，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(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的空間。3、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(kāi)發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無(wú)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。4、同步衛(wèi)星所謂同步衛(wèi)星，是相對(duì)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(qiáng)調(diào)學(xué)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(yùn)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(yùn)動(dòng)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(mèng)想成真 (展示問(wèn)題) 探索宇宙的奧秘，

7、奔向廣闊而遙遠(yuǎn)的太空，是人類(lèi)自古以來(lái)的夢(mèng)想，那么夢(mèng)想成真了嗎?請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“夢(mèng)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(jìn)入了“東方一號(hào)”載人飛船火箭點(diǎn)火起飛繞地球飛行一圈，歷時(shí)108min，然后重返大氣層，安全降落在地面上，鑄就了人類(lèi)進(jìn)入太空的豐碑 1969年7月16日9時(shí)32分，“阿波羅11號(hào)”成功登臨月球，蛾人航天技術(shù)迅速發(fā)展1992年，中國(guó)載人航天工程正式啟動(dòng)2003年10月15日9時(shí)，我國(guó)“神舟”五號(hào)宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國(guó)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(shí)23

8、分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)這次成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢(mèng)想，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開(kāi)展載人航天活動(dòng)的國(guó)家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)伴隨著“神舟五號(hào)的發(fā)射成功，中國(guó)已正式啟動(dòng)“嫦娥工程”，開(kāi)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(mèng)想成真 -飛出地球、實(shí)現(xiàn)太空夢(mèng)想布置作業(yè)：?jiǎn)栴}與練習(xí)1、3教學(xué)反思： 宇宙速度是中學(xué)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(shí)推導(dǎo)其大小是多少，更要注意它是發(fā)射速度的最小值，是運(yùn)行速度的最大值。學(xué)生對(duì)這一概念的理解不夠深刻，這需要老師通巧妙的方法讓學(xué)生正確理解發(fā)射速度與運(yùn)行速度兩個(gè)概念的關(guān)系。對(duì)