新人教版高一必修二物理6.5 宇宙航行 教学设计
文档属性
| 名称 | 新人教版高一必修二物理6.5 宇宙航行 教学设计 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 36.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-06-17 09:05:36 | ||
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文档简介
6.5《宇宙航行》
一、教学目标
? （一）知识与技能
? 1．知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。
? 2．理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
? （二）过程与方法
? 在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。
? （三）情感态度与价值观
? 1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情。
? 2．通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。
?? 二、教学重点
? 1．第一宇宙速度的推导。
? 2．卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
? 三、教学难点
? 卫星的发射速度与运行速度的关系。
? 四、教学过程
? （一）引入新课
? 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，进行宇宙航行的。（利用幻灯片，向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。）
? （二）推进新课
? 牛顿的思考
? 探究：怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动？
? 先让学生思考、讨论，教师可根据学生情况引导学生思考。
? 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？（不能）
早在16世纪道的牛顿就曾思考过这个问题。（播放卫星发射原理动画，并向学生分析）
从地球上最高的山峰上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。如果抛出的速度足够大，物体就不在落回地面，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。
? 一、宇宙速度
? 探究：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？
? 1．第一宇宙速度
? 物体最终绕地球表面做匀速圆周运动，引力为其做圆周运动提供向心力。
? 代入数据得v=7.9km/s
? 这就是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。
?
问：如果发射速度大于第一宇宙速度，结果会怎样呢？
2．第二宇宙速度
? 当抛出物体的速度继续增大，地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11.2km/s，叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
? 3．第三宇宙速度
? 物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。若抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16.7km/s。这个速度叫做第三宇宙速度。
? 二、卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系
? 探究：目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有很多颗了，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？
? 学生可能的答案：质量、轨道半径……
? 我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，则有
?
可得：????
?????
结论：线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由轨道半径决定。
? 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），此时线速度最大，角速度最大，周期最小。则
? =7．9km/s =1．24×10-3rad/s =84min
? 即卫星绕地球运行的最大速度为7．9km/s。最小周期为84min。
? 三、人造卫星的发射速度与运行速度
? （播放嫦娥号发射的模拟视频，让学生了解卫星发射的全过程，学生也将对发射速度和运行速度有一个了解。）
? 1．发射速度
? 发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度。要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
? 2．运行速度
? 运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星在近地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
判断
第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最小环绕速度。(
)
能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
(
)
? 四、梦想成真
? 学生先阅读，然后教师简述补充。（借助于多媒体，一边向学生展示，一边介绍。）
? 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，俄罗斯的齐奥尔科夫斯基提出利用喷气推进的多级火箭，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苏联发射成功。
? 1961年4月12日，世界上第一次载人飞行，苏联。
? 1969年7月16日，人类第一次登上月球，美国。
? 1970年4月24日,中国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功,中国成为继美、苏、法、日等国家之后第五个能制造和发射人造卫星的国家。
? 2003年10月15日，中国第一次载人飞行。
? 2007年，嫦娥一号成功发射。
? 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。
?【课堂小结】
（下节课讲同步卫星和卫星变轨问题）
【作业布置】
1．质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动。已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的
AC
?A．线速度?B．角速度?C．运行周期D．向心加速度
2．如图3所示，卫星的运行轨道为椭圆轨道，其近地点M和
远地点N的高度分别为439km和2384km，则?BC
A．卫星在M点的势能大于N点的势能
B．卫星在M点的角速度大于N点的角速度
C．卫星在M点的加速度大于N点的加速度
D．卫星在N点的速度大于7.9km/s
卫星发射后的飞行过程大致可分为三个阶段：
? 第一阶段：垂直起飞阶段。由于在地区表面附近，大气稠密，火箭飞行时受到的阻力很大，为了尽快离开大气层，通常采用垂直向上发射，况且垂直发射容易保证飞行的稳定。发射后经很短的几分钟的加速使火箭已达到相当大的速度，至第一级火箭脱离时，火箭已处于稠密大气层之外了。此后第二级火箭点火继续加速，直至其脱落。
? 第二阶段：转弯飞行阶段。当第二级火箭脱落后，火箭已具有足够大的速度。这时第三集火箭并不立即点火发动，而是靠已获得的巨大速度继续升高而做惯性飞行（速度会减小），并在地面控制站的操纵下，使火箭逐渐转弯而偏离原先的竖直方向，直至变为与地面平行的水平方向。??
第三阶段：进入轨道阶段。当火箭到达与卫星预定轨道相切位置时，第三级火箭点火开始加速，使其达到卫星在轨道上运行所需的速度而进入轨道。进入轨道后，火箭就完成了其运载的任务，卫星随即与其脱离而单独运行。刚脱离时，卫星与末级火箭具有相同的速度，并沿同一轨道运动。由于轨道处仍有稀薄气体存在，而卫星与火箭的外形不同，致使两者所受的阻力不同，因而两者的距离逐渐被拉开。
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一、教学目标
? （一）知识与技能
? 1．知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。
? 2．理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
? （二）过程与方法
? 在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。
? （三）情感态度与价值观
? 1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情。
? 2．通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。
?? 二、教学重点
? 1．第一宇宙速度的推导。
? 2．卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
? 三、教学难点
? 卫星的发射速度与运行速度的关系。
? 四、教学过程
? （一）引入新课
? 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，进行宇宙航行的。（利用幻灯片，向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。）
? （二）推进新课
? 牛顿的思考
? 探究：怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动？
? 先让学生思考、讨论，教师可根据学生情况引导学生思考。
? 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？（不能）
早在16世纪道的牛顿就曾思考过这个问题。（播放卫星发射原理动画，并向学生分析）
从地球上最高的山峰上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。如果抛出的速度足够大，物体就不在落回地面，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。
? 一、宇宙速度
? 探究：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？
? 1．第一宇宙速度
? 物体最终绕地球表面做匀速圆周运动，引力为其做圆周运动提供向心力。
? 代入数据得v=7.9km/s
? 这就是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。
?
问：如果发射速度大于第一宇宙速度，结果会怎样呢？
2．第二宇宙速度
? 当抛出物体的速度继续增大，地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11.2km/s，叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
? 3．第三宇宙速度
? 物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。若抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16.7km/s。这个速度叫做第三宇宙速度。
? 二、卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系
? 探究：目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有很多颗了，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？
? 学生可能的答案：质量、轨道半径……
? 我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，则有
?
可得：????
?????
结论：线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由轨道半径决定。
? 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），此时线速度最大，角速度最大，周期最小。则
? =7．9km/s =1．24×10-3rad/s =84min
? 即卫星绕地球运行的最大速度为7．9km/s。最小周期为84min。
? 三、人造卫星的发射速度与运行速度
? （播放嫦娥号发射的模拟视频，让学生了解卫星发射的全过程，学生也将对发射速度和运行速度有一个了解。）
? 1．发射速度
? 发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度。要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
? 2．运行速度
? 运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星在近地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
判断
第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最小环绕速度。(
)
能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
(
)
? 四、梦想成真
? 学生先阅读，然后教师简述补充。（借助于多媒体，一边向学生展示，一边介绍。）
? 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，俄罗斯的齐奥尔科夫斯基提出利用喷气推进的多级火箭，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苏联发射成功。
? 1961年4月12日，世界上第一次载人飞行，苏联。
? 1969年7月16日，人类第一次登上月球，美国。
? 1970年4月24日,中国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功,中国成为继美、苏、法、日等国家之后第五个能制造和发射人造卫星的国家。
? 2003年10月15日，中国第一次载人飞行。
? 2007年，嫦娥一号成功发射。
? 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。
?【课堂小结】
（下节课讲同步卫星和卫星变轨问题）
【作业布置】
1．质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动。已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的
AC
?A．线速度?B．角速度?C．运行周期D．向心加速度
2．如图3所示，卫星的运行轨道为椭圆轨道，其近地点M和
远地点N的高度分别为439km和2384km，则?BC
A．卫星在M点的势能大于N点的势能
B．卫星在M点的角速度大于N点的角速度
C．卫星在M点的加速度大于N点的加速度
D．卫星在N点的速度大于7.9km/s
卫星发射后的飞行过程大致可分为三个阶段：
? 第一阶段：垂直起飞阶段。由于在地区表面附近，大气稠密，火箭飞行时受到的阻力很大，为了尽快离开大气层，通常采用垂直向上发射，况且垂直发射容易保证飞行的稳定。发射后经很短的几分钟的加速使火箭已达到相当大的速度，至第一级火箭脱离时，火箭已处于稠密大气层之外了。此后第二级火箭点火继续加速，直至其脱落。
? 第二阶段：转弯飞行阶段。当第二级火箭脱落后，火箭已具有足够大的速度。这时第三集火箭并不立即点火发动，而是靠已获得的巨大速度继续升高而做惯性飞行（速度会减小），并在地面控制站的操纵下，使火箭逐渐转弯而偏离原先的竖直方向，直至变为与地面平行的水平方向。??
第三阶段：进入轨道阶段。当火箭到达与卫星预定轨道相切位置时，第三级火箭点火开始加速，使其达到卫星在轨道上运行所需的速度而进入轨道。进入轨道后，火箭就完成了其运载的任务，卫星随即与其脱离而单独运行。刚脱离时，卫星与末级火箭具有相同的速度，并沿同一轨道运动。由于轨道处仍有稀薄气体存在，而卫星与火箭的外形不同，致使两者所受的阻力不同，因而两者的距离逐渐被拉开。
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