7.4 宇宙航行1 教学设计 （表格式）高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

课题： 7.4 宇宙航行（一）
教学目的要求：1.了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度。
2.知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及卫星运动的简单问题。3.了解发射速度与环绕速度的区别和联系。
教学重点： 区分三个宇宙速度及含义
教学难点： 第一宇宙速度的推导
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【课前回顾】 默写 地球的质量M公式 （2）计算天体的质量公式 请说出三种其他天体名称 哈雷彗星的回归时间：上次？下次？ 作业问题解答 提问 强调重点 作业点评 默写 订正
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【导入】 1、拿一支粉笔水平抛出，粉笔做什么运动？ ——可以看作平抛运动 在相同高度使抛出时的速度更大一些，与第一次抛出有什么区别？ ——水平飞出的距离更远 3、是否可以一直运动不掉下来？为什么会这样呢？ ——不可以，因为受到重力作用，粉笔会向下运动。 [问题]牛顿的设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗？ 【新授】 一、宇宙速度 （一）第一宇宙速度的推导 [思考]：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？ （已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质m=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2） 1、拱桥法：当支持力为0时，重力提供物体作圆周运动的向心力。 由mg＝m 得：v＝=7.9km/s 第一宇宙速度的大小：v =7.9km/s， 第一宇宙速度是航天器成为卫星的最小发射速度：发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。 提问 引导思考 重点讲解 板书 P59[问题] 思考回答 笔记记录
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2、物体在地面附近绕地球的运动可视作匀速圆周运动，万有引力提供物体运动所需的向心力，轨道半径r近似认为等于地球半径R 由＝m，可得v＝. 第一宇宙速度是卫星的最大环绕速度 第二宇宙速度 理论研究指出：在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9 km/s、小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同。 当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2 km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。即永远离开地球所需的最小发射速度为11.2 km/s。 （三）第三宇宙速度 达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。 在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s，该速度叫第三宇宙速度（脱离速度）。 注意： 1、在地面发射速度7.9km/s教 学 过 程 教师活动 学生活动
【小结】：三个宇宙速度及含义 数值意义第一宇宙速度7.9 km/s物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度11.2 km/s在地面附近发射飞行器使其克服地球引力，永远离开地球的最小地面发射速度第三宇宙速度16.7 km/s在地面附近发射飞行器使其挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小地面发射速度
二、人造地球卫星 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。 1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功，为我国航天事业作出特殊贡献的科学家钱学森被誉为“中国航天之父”。 （一）人造地球卫星的轨道特点 1、卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道。 （1）卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，卫星的周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律． （2）卫星绕地球沿圆轨道运动时，因为地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以地心必定是卫星圆轨道的圆心。 （3）卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，可以通过两极上空(极地轨道)，也可以和赤道平面成任一角度，如图所示。 对比小结 重点讲解 笔记 自主阅读 P61 笔记记录
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2、卫星圆轨道运动 一般卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供，所以研究天体运动时可建立牛顿第二定律方程 = ma a为向心加速度 常用关系 万有引力提供卫星做圆周运动的向心力 = mg 在天体表面上物体的重力等于它受到的引力，可得gR2=Gm地 ——黄金代换 （2）卫星运动的加速度、线速度、角速度和周期与轨道半径的关系：“一定四定，越远越慢” 3、人造地球卫星的分类: (1)近地卫星：卫星轨道半径近似等于地球半径r≈R，即贴近地表——地球表面附近的卫星；线速度大小v≈7.9 km/s、周期T＝≈85 min，分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大速度和最小周期。 (2)同步(通信)卫星：位于地球赤道上方，相对于地面静止不动，它的角速度跟地球的自转角速度相同，广泛应用于通信——地球静止轨道卫星的“六个一定” ①轨道平面一定：赤道平面； ②周期与角速度一定：T=24h； 板书讲解 重点 对比区别 知识讲解 笔记 笔记批注
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③轨道半径一定:r=6.6R； ④速度大小一定:v=3.08km/s； ⑤运转方向一定:自西向东； ⑥向心加速度的大小一定:an=GM/R2=0.23m/s2 为了使同步卫星之间不相互干扰，大约3°左右才能放置一颗同步卫星，即地球上空只能放下120颗同步卫星。截止2012年，已发射100多颗。 (3)极地卫星：轨道平面与赤道平面夹角为90°的人造地球卫星，运行时能到达南北极上空。 (4)月球绕地球的公转周期T＝27.3天，月球和地球间的平均距离约38万千米，大约是地球半径的60倍。 【总结】 通过本节课的学习，希望同学们能理解天体运动中的能量观，了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。 【作业】 1、笔记整理及巩固； 2、P64第3题 知识讲解 课堂总结 作业布置 笔记记录 记录作业
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