(共18张PPT)
两条基本思路
1、万有引力等于重力
2、万有引力提供向心力
【学习目标】
?
1、
知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度
2、了解人造卫星的有关知识
3
、通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识
解
决问题的能力
4、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
【重点、难点】
1、第一宇宙速度的推导。（重点）
2、运行速率与轨道半径之间的关系（难点）
牛顿的设想
英国科学家牛顿(1643-1727)
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿就曾设想,
从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时,
物体就永远不会落到地面上来.
那么这个速度需要多大呢？
法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
问题一：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
,
地球质量M=5.89×1024kg,
地球半径R=6400km)
r≈R
法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力
思考：若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km,那这个速度又该怎么求？
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度
地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？……
问题二：说出三个宇宙速度的数值及意义
2.第二宇宙速度（v=11.2km/s
）:当
物体的速度大于或等于11.2km/s时，
它就会克服地球的引力，永远离开
地球
1.第一宇宙速度（V1=7.9km/s
）:在
地面附近绕地球做匀速圆周运动的
速度
3.第三宇宙速度（v=16.7km/s
）:如
果物体的速度大于或等于16.7km/s，
物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞
到太阳系以外
(环绕速度）
(脱离速度)
(逃逸速度)
？
卫星绕地球运行轨道是椭圆，地心是椭圆轨道的一个焦点
高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念
运行速度
指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
发射速度
指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度。
★宇宙速度都是指发射速度
★第一宇宙速度是最小发射速度，也是最大运行速度。
[思维深化]
[典型例题]
例1.2005年10月12日，我国成功的发射了搭载两名宇航员的“神舟六号”飞船，飞船轨道高度为343km，周期约为90分钟，在飞船进入圆形轨道飞行时，它的线速度大小是（
）【导学案预２】
A.等于7.9km/s
B.介于7.9km/s和11.2km/s之间
C.小于7.9km/s
D.介于7.9km/s和16.7km/s之间
例2.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速度是下列的（
）
【导学案预３】
A.一定等于7.9
km/s
B.等于或小于7.9
km/s
C.一定大于7.9
km/s
D.介于7.9～11.2
km/s之间
C
B
问题三：在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上
绕地球转动，请思考：
提示：卫星作圆周运动的向
心力必须指向地心
设地球质量为M，卫星质量为m，写出卫星的向心加速度a、绕行速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系
2.这些卫星的向心加速度线速度、角速度、周期跟什么
因素有关呢？
v
1.如图所示，A、B、C三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？
根据万有引力提供向心力可得：
v
可见：
1、地球卫星运动情况(a、v、ω、T)是由
r
惟
一决定
2、
一正三负
地球同步卫星:相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星
叫做地球的同步卫星。
思考：同步卫星怎样才能保持与地球同步？
（从轨道和周期上考虑）
必须在赤道正上方固定高度，与地球自转周期相同，自西向东绕地球做圆周运动
例3.如图所示，a、b、c是地球大气层外圆轨道上的三颗卫星，a、b的质量相等且小于c的质量，则
（
）
A.b所需的向心力最小
B.b、c的周期相同且大于a的周期
C.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的加速度
D.b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
ABD
[典型例题]
解析：
一正三负
例4.可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道(
)
【导学案当堂1】
A.与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆
B.与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆
C.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，且卫星相对地球表
面是静止的
D.与地球表面上的赤道线是共面的同
心圆，但卫星相
对地球表面是运动的
[典型例题]
CD
1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星。
1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。
1969年7月20日，阿波罗11
号将人类送上了月球。
1970年4月24日我国
第一颗人造卫星升空
2003年10月15日杨利伟乘神舟五号进入太空
2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功
2008年9月神舟七号翟志刚完成中国历史上第一次太空漫步
[我国的航天成就]
1、地球同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下列说法正确的是(
)
【导学案当堂2】
A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值
B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定值
C.它只能在赤道正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值
D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离时一定的
2、我国发射的绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面，已知月球的质量约为地球质量的1/81；月球的半径约为地球半径的1/4；地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s；则该探月卫星绕月运行的速率约为多少？（
）【导学案当堂3】
A、0.4km/s
B、1.8km/s
C、11km/s
D、
36km/s
D
B6.5《宇宙航行》教学设计
一．【设计思想】
新课改提倡学生探究学习、自主学习，合作学习的理念，强化通过交流与合作，经历知识的获取过程。采用以“导学案化教学、问题引导式探究、小组化合作学习、当堂针对性训练”为特征的高效课堂模式，就能实现“学生为中心，教师为主导，学生为主体”
的教学目的。
在教学内容的设计方面，注重知识问题化，问题层次化，让不同层次的学生都有思考与讨论、交流与合作的空间；注重面向全体学生，提高每一位学生主动参与课堂教学的积极性。
本节之前，万有引力定律、圆周运动、天体运动都已经讲过，从知识上讲学生运用牛顿第二定律直接推导出卫星的速度并不是一件困难的事情．实际上学生遇到卫星问题时总是感到困难和无从下手．究其根源是因为学生对地球、卫星的空间关系不清楚，学生无法从自己站立的一个小小的角落体会巨大空间中发生的事情．因此，用各种视频、课件和图片帮助学生建立空间的概念是十分必要的，有了空间的图景，对问题的认识和思考就有了依托．所以，本节课我使用了大量的图片和视频来模拟、展示，让学生有比较深刻的感性认识．对于人造卫星的发射原理主要采取：设疑→思考→启发→引导这样一条主线，在设计中突出发挥学生的主体作用，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。分析人造卫星的运行特点和运动规律时，主要采取：分析现象──思考原理──发现规律──解释问题的思路。
二．【课标分析】
课程标准对本节内容的要求是：会计算人造卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。这就要求学生应该知道什么是环绕速度，会通过公式计算人造卫星的环绕速度，知道为什么人造卫星不会从天上掉下来。学生还应该知道什么是第二宇宙速度和第三宇宙速度，什么情况下卫星达到第二宇宙速度和第三宇宙速度。?了解世界及我国航天事业取得的巨大成就。
三．【教材分析】
人教版必修二第六章第五节《宇宙航行》重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义。是上一节万有引力定律的应用，是万有引力定律在天文学上应用的一个重要实例，。教材不但介绍了人造卫星的一些基本理论，更是在其中渗透了许多研究物理问题的方法。因此，本节课是“万有引力与航天”的重点内容，是学生进一步学习航天理论的基础。另外，学生通过对人类在宇宙航行领域中的伟大成就及我国在航天领域成就的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强学生的民族自信心和自豪感。
四．【学情分析】
学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决宇宙航行问题的知识基础。初步掌握了研究天体问题的一些基本方法，但对人造地球卫星的原理尚不清楚，对人类航天事业的发展也需要进一步的了解。只要通过教师合理诱导，按照迁移规律科学地设计问题情境，让学生始终参与到学习情境中，五官体验激活思维，大胆猜想，敢于表达，就都能获得发展和提高。
五．【学习目标】
（一）知识与技能目标
1．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度
2．了解人造卫星的有关知识
（二）过程与方法目标
1．通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用万有引力定律解决问题的能力
（三）情感态度与价值观目标
1．通过介绍我国在航天方面的巨大成就，激发学生的爱国热情
2．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观
六．【重点、难点】
1．第一宇宙速度的推导。（重点）
2．运行速率与轨道半径之间的关系（难点）
七．【教学方法】
问题式导学案下的自主学习、启发探究式教学、小组化合作学习、多媒体教学、当堂针对性训练
八．【课时安排】
1课时
九．【教具准备】
多媒体课件
教鞭
十．【教学过程设计】
<一>：导入新课
[教师活动]：我们第一节学习了行星的运动，主要学习了开普勒行星运动定律；第二和第三节，通过体验牛顿推导万有引力的过程，学习了万有引力定律。第四节通过万有引力理论的成就，总结出解决天体问题的两个思路。今天我们来看这两个思路在航天器的发射和运行中的应用，这就是我们今天要学到的宇宙航行这一节课。
<二>：知识回顾
[教师提问]：找同学说出解决天体问题的两个思路
[学生回答]：思路一：万有引力等于重力
思路二：万有引力提供向心力
[教师活动]：1．在学生回答出后通过PPT把两个思路展示出来
2．解释思路中各个物理量的含义，并指出可以推出黄金代换表达式，并指出在大题中用黄金代换需要有推导过程
<三>：展示学习目标、重难点
[教师活动]：在PPT中展示出学习目标、重难点，并让学习看半分钟。
[学生活动]：看PPT中展示出学习目标、重难点
<四>：宇宙速度
[教师活动]：通过PPT展示牛顿的猜想，并提出问题，引入下面的学习：
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿就曾设想,
从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,则落点一次比一次远,如不计空气的阻力,当速度足够大时,
物体就永远不会落到地面上来.
那么这个速度需要多大呢？
[教师活动]：1．展示出问题：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
,
地球质量M=5.89×1024kg,
地球半径R=6400km)
2．说出提示性语言：利用解决天体问题的两个思路中的哪一个思路解决这一问题？
[学生活动]：1.一名同学在黑板上写出推导过程。
2.其余同学在练习本上，写出推导过程。
[教师活动]：1.对写在黑板上的推导过程进行点评
2.指出在推导的过程中用到了近似r≈R
[过渡性问题]：若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km,那这个速度又该怎么求？
[学生活动]：1.回顾《5.7生活中的圆周运动》过拱形桥的问题：地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？……
2.找同学回答出解题的思路：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力
3.在练习本上写出推导过程，并找学生说出推导的过程。
[过渡性问题]：教师对两个思路做总结，
指出这个速度是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，就是我们将要学习的第一宇宙速度。
[教师提问]：阅读课本，1分钟后，找学生说出三个宇宙速度的数值及物理意义
[学生回答]：1.学生甲回答：第一宇宙速度（v
=7.9km/s
）:在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度（同时教师指出，第一宇宙速度又称环绕速度）
2.学生乙回答：第二宇宙速度（v=11.2km/s
）:当物体的速度大于或等于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球（同时教师指出，第二宇宙速度又称脱离速度）
3.学生丙回答：第三宇宙速度（v=16.7km/s
）:如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外（同时教师指出，第三宇宙速度又称逃逸速度）
[教师提问]：速度在第一、第二宇宙速度之间的时候，将做什么运动？
[学生回答]：卫星绕地球运行轨道是椭圆，地心是椭圆轨道的一个焦点
[教师提问]：高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？
[学生回答]：由得：蓝卫星线速度大
[教师讲解]：宇宙速度依次增大，而卫星在轨运行时，轨道越低，线速度越大，给人矛盾的感觉，实际上，并不矛盾，这涉及到两个概念：发射速度和运行速度，我们讲一下发射速度和运行速度：
1.发射速度
指被发射物在地面附近离开发射装置时
2.运行速度
指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
3.宇宙速度都是指发射速度
4.第一宇宙速度是最小发射速度，也是最大运行速度
[学生练习]：例1.2005年10月12日，我国成功的发射了搭载两名宇航员的“神舟六号”飞船，飞船轨道高度为343km，周期约为90分钟，在飞船进入圆形轨道飞行时，它的线速度大小是（
）【导学案预２】
A.等于7.9km/s
B.介于7.9km/s和11.2km/s之间
C.小于7.9km/s
D.介于7.9km/s和16.7km/s之间
例2.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速度是下列的（
）
【导学案预３】
A.一定等于7.9
km/s
B.等于或小于7.9
km/s
C.一定大于7.9
km/s
D.介于7.9～11.2
km/s之间
[学生回答]：1.两名学生回答出答案
2.一名学生解释例1中为什么小于7.9km/s
<五>：人造卫星
[引导性语言]：在地球的周围，有许多的卫星在不同的轨道上绕地球转动，我们探究卫星遵循什么样的规律。
[教师提问]：1.如图所示，A、B、C三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？
[学生回答]：a、c
因为：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心
[教师活动]：通过下图对卫星的轨道（赤道轨道、极地轨道、一般轨道）进行介绍
[教师提问]：这些卫星的向心加速度线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？
设地球质量为M，卫星质量为m，写出卫星的向心加速度a、绕行速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系
[学生活动]：1.在练习本上推导出a、v、ω、T表达式
2.找2名同学回答出a、v、ω、T表达式
3.学生在引导下说出两个结论：
（1）地球卫星运动情况(a、v、ω、T)是由
r
惟
一决定
（2）r
越大T
越大，(a、v、ω)
越小。（一正三负）
[引导性语言]：我们可以不可以发射一颗在地面上是静止的地球卫星，引出地球同步卫星，并说出其定义：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫做地球的同步卫星。
[教师提问]：同步卫星怎样才能保持与地球同步？（从轨道和周期上考虑）
[学生活动]：1.以小组为单位进行讨论（2—3分钟）
2.引导学生总结出使卫星同步的方法：必须在赤道正上方固定高度，与地球自转周期相同，自西向东绕地球做圆周运动
3.由a、v、ω、T表达式引导学生总结出同步卫星的“六个一定”。
[学生练习]：例3.如图所示，a、b、c是地球大气层外圆轨道上的三颗卫星，a、b的质量相等且小于c的质量，则
（
）
A.b所需的向心力最小
B.b、c的周期相同且大于a的周期
C.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的加速度
D.b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
例4.可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道(
)
【导学案当堂1】
A.与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆
B.与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆
C.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，且卫星相对地球表面是静止的
D.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相
对地球表面是运动的
[学生回答]：找多名学生说出答案
[教师活动]：结合下图讲解“B.与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆”
<六>：梦想成真
[学生观看]：观看PPT上的图片，了解世界和中国的航天成就，增强学生的民族自信心和自豪感，激发学生学习科学的热情。
<七>：当堂训练
[学生展示]：1.地球同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下列说法正确的是(
)
【导学案当堂2】
A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值
B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定值
C.它只能在赤道正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值
D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离时一定的
2.我国发射的绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面，已知月球的质量约为地球质量的1/81；月球的半径约为地球半径的1/4；地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s；则该探月卫星绕月运行的速率约为多少？（
）【导学案当堂3】
A、0.4km/s
B、1.8km/s
C、11km/s
D、
36km/s
[学生展示]：1.找两名学生说出答案
2.找一名学生讲解第2题
<八>：课堂小结
[师生互动]：引导学生总结出本节课学习的主要内容
十一．【板书设计】
6.5
宇宙航行
一、宇宙速度
第一宇宙速度
1、第一宇宙速度（环绕速度）
v1=7.9km/s
2、第二宇宙速度（脱离速度）
v2=11.2km/s
3、第三宇宙速度（逃逸速度）
v3=16.7km/s
二、卫星：万有引力提供向心力
三、梦想成真：
v
PAGE
46.5《宇宙航行》评测练习
典型例题
例1.2005年10月12日，我国成功的发射了搭载两名宇航员的“神舟六号”飞船，飞船轨道高度为343km，周期约为90分钟，在飞船进入圆形轨道飞行时，它的线速度大小是（
）
A.等于7.9km/s
B.介于7.9km/s和11.2km/s之间
C.小于7.9km/s
D.介于7.9km/s和16.7km/s之间
例2.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速度是下列的（
）
A.一定等于7.9
km/s
B.等于或小于7.9
km/s
C.一定大于7.9
km/s
D.介于7.9～11.2
km/s之间
例3.如图所示，a、b、c是地球大气层外圆轨道上的三颗卫星，a、b的质量相等且小于c的质量，则
（
）
A.b所需的向心力最小
B.b、c的周期相同且大于a的周期
C.b、c的向心加速度大小相等，且大于a的加速度
D.b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
例4.可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道(
)
A.与地球表面上某一纬线(非赤道)是共面的同心圆
B.与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆
C.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，且卫星相对地球表面是静止的
D.与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相
对地球表面是运动的
当堂达标
1.地球同步卫星是指相对于地面不动的人造地球卫星，则下列说法正确的是(
)
A.它可以在地面上任一点的正上方，且离地心的距离可按需要选择不同的值
B.它可以在地面上任一点的正上方，但离地心的距离是一定值
C.它只能在赤道正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值
D.它只能在赤道的正上方，且离地心的距离时一定的
2.我国发射的绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面，已知月球的质量约为地球质量的1/81；月球的半径约为地球半径的1/4；地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s；则该探月卫星绕月运行的速率约为多少？（
）
A.0.4km/s
B.1.8km/s
C.11km/s
D.36km/s
