高中物理宇宙速度教學方案設計

—高中物理宇宙速度教學方案設計本節(jié)重點講解并描述了人造衛(wèi)星的放射原理，推導了第一宇宙速度，并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學上應用的一個非常重要實例，是人類制服自然的見證，表達了學問的力量，是同學學習了解現(xiàn)代科技學問的一個極好素材。教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些根本理論，更是在其中浸透了許多研討實際物理問題的物理方法。同學通過行星的運動一節(jié)已經(jīng)明白了行星的運動規(guī)律，因此在分析人造衛(wèi)星的運動學特點，和動力學特點可實行類比的方法，近而進一步理解應用萬有引力定律分析天體運動的方法。因此，本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重點內容，是同學進一步學習、研討、探究天體物理問題的理論基礎。另外，同學通過對人類在宇宙航行領域中的宏大成就及我國在航天領域成就的了解，增加同學的民族自信念和驕傲感。學情分析同學已把握了運動的合成與分解、牛頓運動定律、圓周運動等章節(jié)的理論。并在本章之前學習了天體的運動，和萬有引力定律的學問，能運用萬有引力定律揭示一些天體運動的特點。同學可以類比行星運動的特點原理自己分析人造衛(wèi)星的規(guī)律。另外同學也可以利用前面的學問和對宇宙神秘的好奇心來探究人造衛(wèi)星的放射及宇宙速度。同學可以通過聯(lián)想上一章所學的對平拋物體的運動的處理方法來探究牛頓的思索，以地心為參考系平拋出去的物體從空間運動效果上可分解為指向地心的自由落體運動和繞地心的勻速圓周運動。而這兩個分運動都是變速度運動，它們都需要一個指向地心的力來維持它們各自的運動狀態(tài)。因此萬有引力就有要轉變兩個運動狀態(tài)的效果，即要既要產(chǎn)生自由落體加速度又要產(chǎn)生向加速度。當萬有引力只能提供向心力時，自由落體加速度就變成零，這樣平拋出去的物體就落不下來了，從而得到第一宇宙速度。再依據(jù)圓周運動和機械運動的學問可明白速度再大一些會做橢圓運動或掙脫地球對它的約束。這樣，人們就可以到更遠的地方去探究宇宙的神秘了……教學目標學問與技能1．了解人造衛(wèi)星的有關學問2．分析人造衛(wèi)星的運動規(guī)律3．把握三個宇宙速度的物理意義，4．會推導第一宇宙速度；5．簡潔了解航天發(fā)展史；6．能用所學學問求解衛(wèi)星根本問題。過程與方法1．培育同學觀看數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)的力量；2．培育同學科學推理、探究力量；3．培育同學在處理實際問題時，如何構建物理模型的力量；4．學習科學的思維方法培育同學歸納、分析和推導及合理表達力量。情感看法與價值觀介紹世界及我國航天事業(yè)的發(fā)呈現(xiàn)狀，激發(fā)學習科學，熱愛科學的激情，增加民族自信念和驕傲感。教學重點：衛(wèi)星運行的動力學特點規(guī)律，第一宇宙速度的推導。教學難點：1．衛(wèi)星的運行速度與放射速度的區(qū)分；2．第一宇宙速度是衛(wèi)星放射的最小速度，是衛(wèi)星運行的最大速度教學過程新課引入老師：仰視星空，浩瀚的宇宙蒼穹給人以無限遐想，千百年來，人類始終憧憬能插上翅膀飛出地球，去探究宇宙的神秘，李白的“俱懷逸興壯思飛，欲上青天攬明月”是怎樣的一種豪情到今天這一幻想完成了嗎同學：完成了。（激起同學愛好）老師：世界上第一顆人造衛(wèi)星的放射，揭開了人類探究宇宙的新篇章。提問（1）1．世界上第一顆人造衛(wèi)星是哪一年由哪一國家放射的2．我國哪一年放射了自己的人造衛(wèi)星3．迄今我國共放射了多少顆人造衛(wèi)星老師：從1970年4月24日東方紅一號的勝利放射，到20XX年10月24日嫦娥一號放射我射人造衛(wèi)星和其他探測器60多個，他們分別在通信，氣象，探測，導航等多個領域發(fā)揮著重要作用。引入新課。一、人造衛(wèi)星規(guī)律的探究老師：如今我們地球上空有這么多衛(wèi)星，他們運行的速度一樣嗎他們是怎樣被放射升空的今天我們就通過的學習來解決這一問題。老師：這是我國目前放射的部分衛(wèi)星的運行規(guī)律的數(shù)據(jù)。提問觀看數(shù)據(jù)思索：1．不同衛(wèi)星的其運行軌道相同嗎2．不同的衛(wèi)星運行時有什么規(guī)律3．你能試著用你學過的學問解釋為什么有這樣的規(guī)律嗎衛(wèi)星名稱衛(wèi)星質量（kg）軌道近地點（km）軌道遠地點（km）運行周期（h）返回型遙感衛(wèi)星2XXX2053151．48東方紅2號甲通信衛(wèi)星441357863586323．9東方紅2號實驗通信衛(wèi)星461354693578223．76返回型遙感衛(wèi)星2XXX1754001．5風云1號A7509009011．7巴達爾150210992[高考資源網(wǎng)KS5U.COM]1．57大氣1號8739001．712同學：1．觀看數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。2．合作溝通，類比行星運動特點分析人造衛(wèi)星的運行特點。3．試著從力和運動的角度分析問題。老師引導同學發(fā)現(xiàn)。人造衛(wèi)星運行特點運動學特點：（板書）1．軌跡：橢圓有的近似為圓2．人造衛(wèi)星的.半徑不同，其運行的周期也不同，而且半徑越大，其周期越大。3．類比行星運動分析原因，衛(wèi)星圍繞地球作勻速圓周運動，需要向心力。地球和衛(wèi)星之間的引力提供向心力。4．同學自己應用前面萬有引力學問分析衛(wèi)星與地球間的萬有引力提供了向心力（板書）（1）由得，∴r越大，v越?。?）由得，∴r越大，越?。?）由得，∴r越大，T越大老師小結：衛(wèi)星繞地運轉軌道半徑越大，速度越小、角速度越小、周期越大；（板書）演示課件：幾顆不同軌道衛(wèi)星同時繞地運行動畫，從而直觀推斷以上改變關系二、應用學問解決問題老師：學習了衛(wèi)星的相關學問，我推斷一下以下幾種軌道哪一種是可能的為什么思索問題1：下列圖中，有三顆人造地球衛(wèi)星圍繞地球運動，它們運行的軌道可能是，不行能是。同學：分組商量闡述觀點老師：結合同學商量引導同學從動力學角度解決問題。衛(wèi)星近似做勻速圓周運動，需要向心力，且向心力時辰指向圓心。所以地球與衛(wèi)星之間指向地心的萬有引力提供向心力，所以衛(wèi)星作圓周運動的圓心應當是地心。思索問題2：如下圖，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運動的3顆衛(wèi)星，1．試比擬三顆衛(wèi)星的線速度、角速度、加速度、周期，萬有引力的關系。2．假如c的速度增加，能否與同軌道的b相撞。三、衛(wèi)星放射原理老師：過渡：不同的軌道的衛(wèi)星其速度不同，那人類是怎樣將衛(wèi)星發(fā)送到指定軌道上的呢介紹牛頓的衛(wèi)星想象（FLASH）老師引導：我們拋一物體怎樣才能拋的遠商量：依據(jù)平拋運動同學明白：速度越大，越遠，那速度充足大，又有什么現(xiàn)象同學探討：統(tǒng)一結論：不落回地球。老師總結：這時由于有引力在，衛(wèi)星想落回地面，但有肯定的速度又落不回地面就形成了衛(wèi)星思索：物體需要多大的放射速度，才能剛好貼著地面轉同學商量老師點撥：這時（r=R）同學得出第一宇宙速度7．9km/s四、宇宙速度1．第一宇宙速度7．9km/s定義：人造衛(wèi)星在地面附近繞地球作勻速圓周運動所必需具有的速度。思索：放射什么樣的衛(wèi)星最簡單統(tǒng)一結論：高軌道放射衛(wèi)星比低軌道放射衛(wèi)星困難，原因是高軌道放射衛(wèi)星時火箭要克服地球對它的引力做更多的功。以第一宇宙速度放射衛(wèi)星時其剛好能在地球外表附近作勻速圓周運動；假如衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉；進入半徑越大的軌道，所需要的放射V越大。思索：這與剛剛得出的半徑越大的軌道，所需要的運行速度V越小沖突嗎商量：人造衛(wèi)星的放射速度與運行速度是兩個不同的概念。（1）放射速度所謂放射速度是指被放射物在地面附近離開放射裝置時的初速度，并且一旦放射后就再無能量補充，被放射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升肯定的高度，進入運動軌道。要放射一顆人造地球衛(wèi)星，放射速度不能小于第一宇宙速度。若放射速度等于第一宇宙速度，衛(wèi)星只能“貼著”地面近地運行。假如要使人造衛(wèi)星在距地面較高的軌道上運行，就必需使放射速度大于第一宇宙速度。（2）運行速度：是指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度。當衛(wèi)星“貼著”地面運行時，運行速度等于第一宇宙速度。依據(jù)可知，人造衛(wèi)星距地面越高（即軌道半徑r越大），運行速度越小。事實上，由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，所以衛(wèi)星的實際運行速度肯定小于放射速度。（板書）運行速度指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉動的線速度放射速度指被放射物體離開地面時的水平初速度類比得出：（板書）2．第二宇宙速度（脫離速度）①意義：使衛(wèi)星擺脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小放射速度。[K]②假如人造天體的速度大于11．2km/s而小于16．7km/s，則它的運行軌道相對于太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點。（板書）3．第三宇宙速度（逃逸速度）①意義：使衛(wèi)星擺脫太陽引力束縛的最小放射速度。②假如人造天體具有這樣的速度并順著地球繞太陽的公轉方向放射時，就可以掙脫地球和太陽引力的束縛而邀游太空了。這個速度目前能做到嗎老師介紹以第三速度放射的探測器，先驅者一號。老師小結：只有你想不到的，沒有你做不到的。伴著科學技術的發(fā)展，我們探測太空的腳步會越走越快，越走越遠?；蛟S有一天我們也能到其它星球旅行定居。但是今天我們就必需把握一些必備學問。也就是我們這節(jié)課的重點。分層訓練：C類1．關于第一宇宙速度，下面說法：①它是人造衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度；②它是放射人造衛(wèi)星進入近地圓軌道的最小速度；③它是人造衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度；④它是放射人造衛(wèi)星進入近地圓軌道的最大速度。以上說法中正確的有（）A．①②B．②③C．①④D．③④B類2．對于繞地球做勻速圓周運動的人造地球衛(wèi)星，以下說法正確的選項是（）A．人造地球衛(wèi)星的實際繞行速率肯定大于7．9km/sB．從衛(wèi)星上釋放的物體將作