【優(yōu)教通-備課參考】2020年高中物理教學(xué)設(shè)計：6.5《宇宙航行》2(人教版必修2)

第5節(jié)宇宙航行新課教學(xué)1、宇宙速度老師活動：請同學(xué)們閱讀課文第一自然段，同時思考下列問題［投影出示］：1、在地面拋出的物體為什么要落回地面？2、什么叫人造地球衛(wèi)星？同學(xué)活動：閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案。1、在地面上拋出的物體，由于受到地球引力的作用，所以最終都要落回到地面。2、假如在地面上拋出一個物體時的速度足夠大，那么它將不再落回地面，而成為一個繞地球運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，這個物體此時就可認(rèn)為是一顆人造地球衛(wèi)星。老師活動：引導(dǎo)同學(xué)深化探究1、月球也要受到地球引力的作用，為什么月亮不會落到地面上來？2、物體做平拋運動時，飛行的距離與飛行的水平初速度有何關(guān)系?3、若拋出物體的水平初速度足夠大，物體將會怎樣？同學(xué)活動：分組爭辯，得出結(jié)論。1、由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉(zhuǎn)，此時月球受到的地球的引力（即重力），用來充當(dāng)繞地運轉(zhuǎn)的向心力，故而月球并不會落到地面上來。2、由平拋物體的運動規(guī)律知：x=v0t ①h= ②聯(lián)立①、②可得：x=v0即物體飛行的水平距離和初速度v0及豎直高度h有關(guān)，在豎直高度相同的狀況下，水平距離的大小只與初速度v0有關(guān)，水平初速度越大，飛行的越遠(yuǎn)。3、當(dāng)平拋的水平初速度足夠大時，物體飛行的距離也很大，由于地球是一圓球體，故物體將不能再落回地面，而成為一顆繞地球運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。老師活動：總結(jié)、點評。課件演示《人造衛(wèi)星放射原理圖》：平拋物體的速度漸漸增大，飛行距離也跟著增大，當(dāng)速度足夠大時，成為一顆繞地運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。牛頓曾依據(jù)平拋現(xiàn)象猜想了衛(wèi)星的放射原理，但他沒有看到他的猜想得以實現(xiàn)。今日，我們的科學(xué)家們把牛頓的猜想變成了現(xiàn)實。老師活動：［過渡語］從上面學(xué)習(xí)可知，當(dāng)平拋物體的初速度足夠大時就可成為衛(wèi)星。那么，大到什么程度就叫足夠大了呢？下面我們來爭辯這一個問題。請同學(xué)們閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，同時考慮下面幾個問題［投影出示］：1.衛(wèi)星環(huán)繞地球運轉(zhuǎn)的動力學(xué)方程是什么？2.為什么向高軌道放射衛(wèi)星比向低軌道放射要困難？3.什么叫第一宇宙速度？什么叫其次宇宙速度？什么叫第三宇宙速度？同學(xué)活動：閱讀課文，找出相應(yīng)答案。1、衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)時做勻速圓周運動，此時的動力學(xué)方程是：G2、向高軌道放射衛(wèi)星時，火箭須克服地球?qū)λ囊Χ龈嗟墓?，對火箭的要求更高一些，所以比較困難。3、人造衛(wèi)星在地面四周繞地球做勻速圓周運動時所必需具有的速度叫第一宇宙速度。人造衛(wèi)星繞地球做橢圓軌道運動時所具有的最大運轉(zhuǎn)速度叫其次宇宙速度。人造衛(wèi)星擺脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙中去時，所必需具有的速度叫第三宇宙速度。老師活動：引導(dǎo)同學(xué)深化探究1、衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)的最小半徑是多少？2、結(jié)合衛(wèi)星運轉(zhuǎn)的動力學(xué)方程，推導(dǎo)第一宇宙速度。同學(xué)活動：分組爭辯，得出答案。1、衛(wèi)星運轉(zhuǎn)的最小半徑近似等于地球的半徑，即在地球表面繞地運轉(zhuǎn)。2、由萬有引力定律和牛頓其次定律，得：G=m①由于萬有引力近似等于物體的重力，得：G=mg②由①、②兩式得v=代入數(shù)據(jù)得v=7.9km/s老師活動：總結(jié)、點評。課件演示《三個宇宙速度》2、幻想成真老師活動：引導(dǎo)同學(xué)閱讀有關(guān)內(nèi)容，讓同學(xué)了解人類在探究宇宙的奇怪中已經(jīng)取得的輝煌成就，體會我國在制服宇宙太空的過程中所取得的宏大成就，培育同學(xué)的愛國熱忱和愿為科學(xué)獻(xiàn)身的精神。視頻呈現(xiàn)：我國載人飛船“神州五號”升空實況。同學(xué)活動：閱讀課本，發(fā)表感想。課堂小結(jié)人造地球衛(wèi)星的動力學(xué)緣由。宇宙速度。放射速度與運行速度。板書設(shè)計5宇宙航行一、宇宙速度第一宇宙速度1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s2、其次宇宙速度（脫離速度）v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s二、衛(wèi)星：萬有引力供應(yīng)向心力三、幻想成真：世界探究太空的成就中國探究太空的成就其次教案案例一課時詳解課堂導(dǎo)入：萬有引力定律的發(fā)覺，不僅解決了天上行星的運行問題，也為人們開拓了上天的理論之路?，F(xiàn)代火箭航天技術(shù)先驅(qū)、俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基曾說過：“地球是人類的搖籃，人類絕不會永久躺在這個搖籃里，而會不斷地探究新的天體和空間?！?957年10月4日，前蘇聯(lián)用三級火箭放射了世界上第一顆人造衛(wèi)星——“旅行者1號”，人類開頭邁入航天時代。那么多大的速度才能使物體不再落回地面，而使其成為地球的一顆衛(wèi)星呢？課前自主學(xué)習(xí)：1、第一宇宙速度是物體在地面四周繞地球做勻速圓周運動的速度，人造地球衛(wèi)星環(huán)繞地球做勻速圓周運動的最大速度，也叫環(huán)繞速度。2、其次宇宙速度：使衛(wèi)星擺脫地球引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小放射速度，，也叫脫離速度。3、第三宇宙速度：使衛(wèi)星擺脫太陽引力束縛的最小放射速度，，也叫逃逸速度。課堂合作探究：學(xué)點一人造衛(wèi)星情景激疑：火箭放射衛(wèi)星，為什么要用多級火箭放射，要使衛(wèi)星能繞地球做環(huán)繞飛行火箭放射的最小速度是多大？學(xué)點歸納：衛(wèi)星運動所需的向心力是由萬有引力供應(yīng)的，所以：（1）由G=m有，可以看出，衛(wèi)星距地心越遠(yuǎn)，它運行的速度越小，即離地面越高的衛(wèi)星運行速度越小。（2）由有，可以看出，衛(wèi)星距地心越遠(yuǎn)，它的角速度越小。（3）由有，可以看出，衛(wèi)星距地心越遠(yuǎn)，它的運轉(zhuǎn)周期越大。遷移應(yīng)用例1有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運行，已知它們的軌道半徑之比r1：r2＝4：1，求這顆衛(wèi)星的：⑴線速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。解：⑴由得所以⑵由得所以⑶由得⑷由得變式題例題2地球半徑為6400km，在貼近地表四周環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星速度為7.9×103解：⑴；⑵由得：學(xué)點二宇宙速度情景激疑：如圖所示，這是中俄為期10年的航天合作方案，這些航天器要達(dá)到多大的速度才能離開地球的束縛到達(dá)所探測星球？學(xué)點歸納：1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v1=7.9km/s2、其次宇宙速度（脫離速度）v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s用三個宇宙速度來推斷航天器到達(dá)不同的星球所需的速度在什么范圍內(nèi)。遷移應(yīng)用：例3能否放射一顆繞地球運轉(zhuǎn)周期為75min的衛(wèi)星？解析：所以不能。這題也可從軌道半徑、地球供應(yīng)的向心力、衛(wèi)星的環(huán)繞速度等幾個方面來考慮。變式題例4可以放射這樣的衛(wèi)星，使其運動圓軌道與地球表面上（）A、某一緯度線（非赤道線）是共面同心圓B、某一經(jīng)度線所打算的圓是共面同心圓C、赤道線是共面同心圓，且衛(wèi)星相對地球表面是靜止的D、赤道線是共面同心圓，但衛(wèi)星相對地球表面是運動的解析：人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，向心力是由地球的萬有引力供應(yīng)的，其方向確定指向地心。假如它與某一緯度線（非赤道線）是共面同心圓，則其做勻速圓周運動的合力（向心力）不指向地心，而是指向地軸上某一點（非地心點），不符合做勻速圓周運動的條件，故A錯。有一種衛(wèi)星叫極地衛(wèi)星，其圓軌道平面通過地球兩極，與赤道平面垂直，由于地球在不停的自轉(zhuǎn)，故不行能固定在某一經(jīng)度線所打算的平面內(nèi)，B錯。C正確，就是同步衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道平面與赤道平面共面同心，有兩種可能：可能是同步衛(wèi)星，h=36000km相對地面靜止；也可能h<36000km，也可能h>36000km，則相對地面是運動的，故D正確。規(guī)律總結(jié)：1、萬有引力供應(yīng)向心力：及其變形來解題；