6.5宇宙航行
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高一物理【6.5宇宙航行】导学案
班级 第 组 姓名
【学习目标】
（1）了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
（2）通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。
（3）激情投入，展示自我，享受合作学习的快乐。
【情景导入】
通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行……
【自主学习 构建知识】
一、再次循着牛顿的足迹
1.我们知道，在地面上将一个物体水平抛出，若抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？
2. 早在16世纪牛顿就曾思考过这样一个问题：从地球的高山上将物体水平抛出，速度越大，落地点就 。如果抛出的速度足够大，物体就不再落回地面，它将 运动，成为一颗 。
3. 以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？请你用万有引力的有关知识把它算出来，要求写出计算步骤和结果。
4. 拱桥问题回顾：
①质量为m的汽车在拱形桥上以速度V行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力．
②请同学们进一步考虑当汽车对桥的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大．当汽车的速度大于这个速度时，会发生什么现象
③地球可看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径（约为6400Km），请在上一问中代入数据计算出结果，发现什么问题吗？
二、宇宙速度
1．第一宇宙速度
大小： 。
意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近 的速度，所以也称为环绕速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆。
2．第二宇宙速度
大小： 。
意义：使卫星挣脱 的束缚，成为绕 运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。
3．第三宇宙速度
大小： 。
意义：使卫星挣脱 束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
三、梦想成真
其实早在六百多年前的明朝，一个名叫万户的人就曾有“飞天”的壮举，但最终未能成功，并为之付出了生命。万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。
19世纪中叶，俄罗斯学者，齐奥尔科夫斯基，提出利用 ，运载发射卫星。
1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星成功在 发射成功。
1961年4月12日，世界上第一次载人飞行， 。
1969年7月16日，人类第一次登上 ，美国。
1970年， 第一颗人造卫星发射成功。
2003年10月15日， 第一次载人飞行。
2007年， 一号成功发射……
然而人类对宇宙的探索并不是一帆风顺的，无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路……
1986年1月28日，美国，挑战者号航天飞机升空后爆炸，七名宇航员遇难。
2003年2月1日，美国，哥伦比亚号航天飞机返航时爆炸，七名宇航员遇难。
【合作探究 突出重点 突破难点】
目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了，这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的快慢与什么因素有关呢？
『问题探究一』卫星运行的线速度与轨道半径的关系（提示：记得用黄金代换式：GM=gR2）
『问题探究二』卫星运行的角速度与轨道半径的关系
『问题探究三』卫星运行的周期与轨道半径的关系
结论：卫星运行的线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由 决定。
『问题探究四』当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径（r=R=6400km），请计算出此时的线速度、角速度、周期分别为：
V=
ω=
T=
交流与讨论：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星并说明原因？
结论：①当卫星环绕地球表面运行时线速度 ，角速度 ，周期 。
②当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度 第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度 第一宇宙速度。因此第一宇宙速度既是 发射速度，也是 环绕速度。
【小结与反思】
尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕……
宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？ ……
爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。
你想加入破解它的行列吗？
【学习反馈】
1．人造地球卫星的轨道半径越大，则（ ）
A.速度越小，周期越小 B.速度越小，周期越大
C.速度越大，周期越小 D.速度越大，周期越大
2．有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB＝1∶4，那么下列判断中正确的有( )
A．它们的运行周期之比TA∶TB＝1∶4
B．它们的运行线速度之比vA∶vB＝4∶1
C．它们所受的向心力之比FA∶FB ＝4∶1
D．它们的运行角速度之比ωA∶ωB＝8∶1
3．已知地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，在地球上发射近地卫星的环绕速度为7．9 km／s，周期为84 min．那么在月球上发射—颗近月卫星的环绕速度多大 它的周期多大
班级 第 组 姓名
【学习目标】
（1）了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
（2）通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。
（3）激情投入，展示自我，享受合作学习的快乐。
【情景导入】
通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行……
【自主学习 构建知识】
一、再次循着牛顿的足迹
1.我们知道，在地面上将一个物体水平抛出，若抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？
2. 早在16世纪牛顿就曾思考过这样一个问题：从地球的高山上将物体水平抛出，速度越大，落地点就 。如果抛出的速度足够大，物体就不再落回地面，它将 运动，成为一颗 。
3. 以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？请你用万有引力的有关知识把它算出来，要求写出计算步骤和结果。
4. 拱桥问题回顾：
①质量为m的汽车在拱形桥上以速度V行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力．
②请同学们进一步考虑当汽车对桥的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大．当汽车的速度大于这个速度时，会发生什么现象
③地球可看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径（约为6400Km），请在上一问中代入数据计算出结果，发现什么问题吗？
二、宇宙速度
1．第一宇宙速度
大小： 。
意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近 的速度，所以也称为环绕速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆。
2．第二宇宙速度
大小： 。
意义：使卫星挣脱 的束缚，成为绕 运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。
3．第三宇宙速度
大小： 。
意义：使卫星挣脱 束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
三、梦想成真
其实早在六百多年前的明朝，一个名叫万户的人就曾有“飞天”的壮举，但最终未能成功，并为之付出了生命。万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。
19世纪中叶，俄罗斯学者，齐奥尔科夫斯基，提出利用 ，运载发射卫星。
1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星成功在 发射成功。
1961年4月12日，世界上第一次载人飞行， 。
1969年7月16日，人类第一次登上 ，美国。
1970年， 第一颗人造卫星发射成功。
2003年10月15日， 第一次载人飞行。
2007年， 一号成功发射……
然而人类对宇宙的探索并不是一帆风顺的，无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路……
1986年1月28日，美国，挑战者号航天飞机升空后爆炸，七名宇航员遇难。
2003年2月1日，美国，哥伦比亚号航天飞机返航时爆炸，七名宇航员遇难。
【合作探究 突出重点 突破难点】
目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了，这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的快慢与什么因素有关呢？
『问题探究一』卫星运行的线速度与轨道半径的关系（提示：记得用黄金代换式：GM=gR2）
『问题探究二』卫星运行的角速度与轨道半径的关系
『问题探究三』卫星运行的周期与轨道半径的关系
结论：卫星运行的线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由 决定。
『问题探究四』当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径（r=R=6400km），请计算出此时的线速度、角速度、周期分别为：
V=
ω=
T=
交流与讨论：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星并说明原因？
结论：①当卫星环绕地球表面运行时线速度 ，角速度 ，周期 。
②当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度 第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度 第一宇宙速度。因此第一宇宙速度既是 发射速度，也是 环绕速度。
【小结与反思】
尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕……
宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？ ……
爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。
你想加入破解它的行列吗？
【学习反馈】
1．人造地球卫星的轨道半径越大，则（ ）
A.速度越小，周期越小 B.速度越小，周期越大
C.速度越大，周期越小 D.速度越大，周期越大
2．有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为RA、RB，RA∶RB＝1∶4，那么下列判断中正确的有( )
A．它们的运行周期之比TA∶TB＝1∶4
B．它们的运行线速度之比vA∶vB＝4∶1
C．它们所受的向心力之比FA∶FB ＝4∶1
D．它们的运行角速度之比ωA∶ωB＝8∶1
3．已知地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，在地球上发射近地卫星的环绕速度为7．9 km／s，周期为84 min．那么在月球上发射—颗近月卫星的环绕速度多大 它的周期多大