高中物理必修二教案-6.5宇宙航行16-人教版
文档属性
| 名称 | 高中物理必修二教案-6.5宇宙航行16-人教版 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 63.8KB | ||
| 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 | 2020-12-25 12:15:44 | ||
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文档简介
课 题
§6.5宇宙航行
教材分析
本节是人教版高中物理必修二第六章第五节的内容。本节以平抛运动、牛顿第二定律以及万有引力定律为基础，重点讲述人造卫星的发射原理、人造卫星绕地球做圆周运动的动力学原因和人造卫星的运行问题。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习、了解现代科技知识的一个极好素材。同时，也让学生产生对航天科学的热爱，增强民族的自豪感和自信心。
三维目标
知识与技能
1．了解人造卫星的有关知识．
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．
过程与方法
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．
情感、态度与价值观
1．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．
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．
教学重点、难点
教学重点
第一宇宙速度的推导．
教学难点
运行速率与轨道半径之间的关系．
教学方法
探究、讲授、讨论、练习
课时安排
第一课时
教师活动
（一）引入新课
中国在2003年就成为全球第3个成功发射载人飞船的国家。随着技术的发展，在最近十多年中国独立开发了航天飞船和太空站，而且，2020年以后，中国的空间航天站将成为外太空的唯一航天站。那时，欧美等国家要想在空间站继续开展科学研究，就得向中国提出申请。
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。
（二）进行新课
1、牛顿的设想
（1）牛顿对人造卫星原理的描绘。
地球对其周围的物体有引力作用，因此，水平抛出的物体要落回地面。在地面上水平抛出一个物体，抛出速度越大，落地点越远。（由于平抛初速度不是很大，我们认为物体仍然落到水平面上）
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹。由于地球是个球体，发射炮弹的水平初速度较大（约几千米每秒），这时，我们还能把地面看成平面吗？（不能）炮弹水平初速度越大，其落地点就越远。可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地球表面，而是围绕着地球做匀速圆周运动，成为地球的一颗卫星。
（2）人造卫星绕地球运行的动力学原因。
人造卫星以地心为圆心，绕地球做匀速圆周运动，其作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。
2、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
⑴推导：
问题：地球质量为M，炮弹的质量为m，轨道半径为r，牛顿设想中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径R=6400km。
设炮弹离地面的高度为h，则轨道半径：false
由于万有引力提供向心力，
false
false，即false
false，false
炮弹的最小发射速度为：
false
近地卫星在100~200km的高度飞行，其高度false，false
由万有引力提供向心力：
false，
得：false
方法二、在地球表面附近，false
又false，false，
即false
说明：从牛顿提出设想到第一颗人造卫星上天，历时近300年，这是为什么呢？因为卫星的发射速度太大了，当时的科技水平还满足不了发射速度的需求。
结论：如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
⑵意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。
（2）第二宇宙速度
大小false。
意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳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7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）第三宇宙速度。
大小：false。
意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
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。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。
3、人造卫星的发射速度与运行速度
（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，一旦发射后再无能量补充，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“贴着”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。
4．同步卫星
所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高h处，并且h是一定的。同步卫星也叫通讯卫星。
由false得：h=false （T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。代入数值得h=false。
例题分析
【例题1】有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。
解：⑴由false得false
所以false
⑵由false得false
所以false
⑶由false得false
⑷由false得false
【例题2】据某报报道，某国发射了一颗周期为80分钟的人造地球卫星，用你学过的知识判断这则新闻的真伪。
解：false
不能发射一颗周期为80min的人造地球卫星
（三）梦想成真
(展示问题)
师：探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，那么梦想成真了吗?请同学们阅读教材“梦想成真”部分．
生：1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功．
1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了“东方一号”载人飞船．火箭点火起飞绕地球飞行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑．
1969年7月16日9时32分，“阿波罗11号”成功登临月球，蛾人航天技术迅速发展．
1992年，中国载人航天工程正式启动．2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空．飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础．
伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程。
学生活动
激发学生的民族自豪感以及强烈的求知欲。
由人类的飞天之梦引入新课。
从生活中的平抛出发，合理地猜想外推，让同学们感受科学家思维之伟大，培养学生的科学思维。
教师适度引导，让学生自己动手推导第一宇宙速度，锻炼学生利用已学知识分析解决新问题的能力。
课堂小结
1.人造地球卫星的动力学原因。
2.宇宙速度。
3.发射速度与运行速度。
布置个性化的作业，培养学生的交流合作，自主学习的能力。
作业
1、阅读教材中的“科学漫步”和“STS”教材，查阅资料了解人造卫星的种类，特点。学习小组交流，共享。
2、教科书：48页第3题
板书设计
5.宇宙航行
一、宇宙速度
1、牛顿的设想
2、宇宙速度 第一宇宙速度 7.9km/s false
第二宇宙速度 11.2km/s
第三宇宙速度 16.7km/s
第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度
卫星运动的规律
二、梦想成真
（1）世界的成就
（2）中国的成就
教学反思
§6.5宇宙航行
教材分析
本节是人教版高中物理必修二第六章第五节的内容。本节以平抛运动、牛顿第二定律以及万有引力定律为基础，重点讲述人造卫星的发射原理、人造卫星绕地球做圆周运动的动力学原因和人造卫星的运行问题。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习、了解现代科技知识的一个极好素材。同时，也让学生产生对航天科学的热爱，增强民族的自豪感和自信心。
三维目标
知识与技能
1．了解人造卫星的有关知识．
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．
过程与方法
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．
情感、态度与价值观
1．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．
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．
教学重点、难点
教学重点
第一宇宙速度的推导．
教学难点
运行速率与轨道半径之间的关系．
教学方法
探究、讲授、讨论、练习
课时安排
第一课时
教师活动
（一）引入新课
中国在2003年就成为全球第3个成功发射载人飞船的国家。随着技术的发展，在最近十多年中国独立开发了航天飞船和太空站，而且，2020年以后，中国的空间航天站将成为外太空的唯一航天站。那时，欧美等国家要想在空间站继续开展科学研究，就得向中国提出申请。
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。
（二）进行新课
1、牛顿的设想
（1）牛顿对人造卫星原理的描绘。
地球对其周围的物体有引力作用，因此，水平抛出的物体要落回地面。在地面上水平抛出一个物体，抛出速度越大，落地点越远。（由于平抛初速度不是很大，我们认为物体仍然落到水平面上）
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹。由于地球是个球体，发射炮弹的水平初速度较大（约几千米每秒），这时，我们还能把地面看成平面吗？（不能）炮弹水平初速度越大，其落地点就越远。可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地球表面，而是围绕着地球做匀速圆周运动，成为地球的一颗卫星。
（2）人造卫星绕地球运行的动力学原因。
人造卫星以地心为圆心，绕地球做匀速圆周运动，其作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。
2、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
⑴推导：
问题：地球质量为M，炮弹的质量为m，轨道半径为r，牛顿设想中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径R=6400km。
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结论：如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
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（2）第二宇宙速度
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意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
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（3）第三宇宙速度。
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意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
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。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。
3、人造卫星的发射速度与运行速度
（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，一旦发射后再无能量补充，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“贴着”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。
4．同步卫星
所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高h处，并且h是一定的。同步卫星也叫通讯卫星。
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例题分析
【例题1】有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。
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【例题2】据某报报道，某国发射了一颗周期为80分钟的人造地球卫星，用你学过的知识判断这则新闻的真伪。
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（三）梦想成真
(展示问题)
师：探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，那么梦想成真了吗?请同学们阅读教材“梦想成真”部分．
生：1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功．
1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了“东方一号”载人飞船．火箭点火起飞绕地球飞行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑．
1969年7月16日9时32分，“阿波罗11号”成功登临月球，蛾人航天技术迅速发展．
1992年，中国载人航天工程正式启动．2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空．飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础．
伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程。
学生活动
激发学生的民族自豪感以及强烈的求知欲。
由人类的飞天之梦引入新课。
从生活中的平抛出发，合理地猜想外推，让同学们感受科学家思维之伟大，培养学生的科学思维。
教师适度引导，让学生自己动手推导第一宇宙速度，锻炼学生利用已学知识分析解决新问题的能力。
课堂小结
1.人造地球卫星的动力学原因。
2.宇宙速度。
3.发射速度与运行速度。
布置个性化的作业，培养学生的交流合作，自主学习的能力。
作业
1、阅读教材中的“科学漫步”和“STS”教材，查阅资料了解人造卫星的种类，特点。学习小组交流，共享。
2、教科书：48页第3题
板书设计
5.宇宙航行
一、宇宙速度
1、牛顿的设想
2、宇宙速度 第一宇宙速度 7.9km/s false
第二宇宙速度 11.2km/s
第三宇宙速度 16.7km/s
第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度
卫星运动的规律
二、梦想成真
（1）世界的成就
（2）中国的成就
教学反思