《宇宙航行》設(shè)計(jì)

《宇宙航行》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)，正確理解人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，各物理量之間的關(guān)系。2.知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。（二）過程與方法通過用萬有引力定律來推導(dǎo)第一宇宙速度，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過介紹我國在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。2.感知人類探索宇宙的夢(mèng)想，促使學(xué)生樹立獻(xiàn)身科學(xué)的人生價(jià)值觀。二、教學(xué)重點(diǎn)對(duì)第一宇宙速度的推導(dǎo)過程和方法，了解第一宇宙速度的應(yīng)用領(lǐng)域。三、教學(xué)難點(diǎn)1.人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度的區(qū)別。2.掌握有關(guān)人造衛(wèi)星計(jì)算及計(jì)算過程中的一些代換。四、教學(xué)課時(shí)1課時(shí)五、探究學(xué)習(xí)（一）引入新課1.1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，開創(chuàng)了人類航天時(shí)代的新紀(jì)元。我國在70年代發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來，相繼發(fā)射了多顆不同種類的衛(wèi)星，掌握了衛(wèi)星回收技術(shù)和“一箭多星”技術(shù)，99年發(fā)射了“神舟”號(hào)試驗(yàn)飛船。這節(jié)課，我們要學(xué)習(xí)有關(guān)人造地球衛(wèi)星的知識(shí)。放映一段錄像資料，簡單了解衛(wèi)星的一些資料。（提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣）2.在上幾節(jié)的學(xué)習(xí)中，大家已經(jīng)了解了人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行的規(guī)律，請(qǐng)大家回憶一下衛(wèi)星運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)方程。（課件投影）（1）人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)原因：人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行時(shí)，只受到地球?qū)λ娜f有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬有引力提供。（2）人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度：設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，由于萬有引力提供向心力，則，∴，可見：高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，線速度小。提出問題：角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢？，可見：高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，角速度小，周期長提問：衛(wèi)星在地球上空繞行時(shí)遵循這樣的規(guī)律，那衛(wèi)星是如何發(fā)射到地球上空的呢？（二）新課講解1.牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原理的描繪：設(shè)想在高山上有一門大炮，水平發(fā)射炮彈，初速度越大，水平射程就越大，可以想象當(dāng)初速度足夠大時(shí)，這顆炮彈將不會(huì)落到地面，將和月球一樣成為地球的一顆衛(wèi)星。課件投影。引入：高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星速度小，是否發(fā)射也容易呢？這就需要看衛(wèi)星的發(fā)射速度，而不是運(yùn)行速度2.宇宙速度（1）第一宇宙速度問題：牛頓實(shí)驗(yàn)中，炮彈至少要以多大的速度發(fā)射，才能在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？地球半徑為6370km。分析：在地面附近繞地球運(yùn)行，軌道半徑即為地球半徑。由萬有引力提供向心力：，得：結(jié)論：如果發(fā)射速度小于s，炮彈將落到地面，而不能成為一顆衛(wèi)星；發(fā)射速度等于s，它將在地面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于s?？梢姡蚋哕壍腊l(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難。意義：第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，所以也稱為環(huán)繞速度。師生共同討論：在地面附近，物體的萬有引力等于重力，此力天空衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，能否從這一角度來推導(dǎo)第一宇宙速度呢？mg=mv2/rv=≈s提出問題：我們能否發(fā)射一顆周期為70min的人造地球衛(wèi)星呢？（提示：算一算近地衛(wèi)星其周期是多少？近地衛(wèi)星由于半徑最小，其運(yùn)行周期最大。）（2）第二宇宙速度大小。意義：使衛(wèi)星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度，也稱為脫離速度。注意：發(fā)射速度大于s，而小于s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓；等于或大于s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行。（3）第三宇宙速度。大?。?。意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度，也稱為逃逸速度。注意：發(fā)射速度大于s，而小于s，衛(wèi)星繞太陽作橢圓運(yùn)動(dòng)，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。3.人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度（1）發(fā)射速度：發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無能量補(bǔ)充，要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。（2）運(yùn)行速度：運(yùn)行速度指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度。當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面飛行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度，當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時(shí)，運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。（3）同步衛(wèi)星所謂同步衛(wèi)星，是相對(duì)于地面靜止的，和地球具有相同周期的衛(wèi)星，T=24h，同步衛(wèi)星必須位于赤道上方距地面高h(yuǎn)處，并且h是一定的。同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星。由得：h=（T為地球自轉(zhuǎn)周期，M、R分別為地球的質(zhì)量，半徑）。代入數(shù)值得h=。六、課堂訓(xùn)練例1.月球的質(zhì)量約為地球的1/81，半徑約為地球半徑的1/4，地球上第一宇宙速度約為s,則月球上第一宇宙速度月為多少？例2.人造地球衛(wèi)星與地面的距離為地球半徑的倍，衛(wèi)星正以角速度ω做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地面的重力加速度為，、、這三個(gè)物理量之間的關(guān)系是（）：：：：例3. 在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天飛機(jī)的外表面上，有一隔熱陶瓷片自動(dòng)脫落，則陶瓷片的運(yùn)動(dòng)情況是：平拋運(yùn)動(dòng)：自由落體運(yùn)動(dòng)：仍按原軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)：做速圓周運(yùn)動(dòng)，逐漸落后于航天飛機(jī)例1.km/s例2.例3.七、課堂小結(jié)人造地球衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)原因。宇宙速度。發(fā)射速度與運(yùn)行速度。八、板書設(shè)計(jì)一、衛(wèi)星運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)方程：Fn＝F引GMm/r2=ma=mv2/r=mω2r二、宇宙速度：1.第一宇宙速度V1=s(環(huán)