高中物理第六章萬有引力與航天5宇宙航行課件新人教版必修

5宇宙航行1．知道三個宇宙速度的數(shù)值，會推導(dǎo)第一宇宙速度．2．感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感．3．能處理類地行星問題，理解黑洞和雙星問題，能處理其他天體運動問題．教學(xué)目標(biāo)【重點】會推導(dǎo)第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度．【難點】運行速率與軌道半徑之間的關(guān)系．重點難點

2003年10月15日，中國的“神州五號”載人飛船發(fā)射成功，將中國第一名航天員送上太空，它標(biāo)志著中國進入了載人航天時代，為中華民族進一步進行太空資源的開發(fā)和利用奠定了堅實的基礎(chǔ)．本節(jié)屬于航天部分的重要知識，介紹萬有引力的實踐性成就，要求學(xué)生知道是萬有引力理論使人類實現(xiàn)“飛天”夢想，這一節(jié)課不但要求學(xué)生深刻理解第一宇宙速度，定量地解決衛(wèi)星運動的實際問題，還需要學(xué)生通過了解航天發(fā)展史充分地感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感.

教學(xué)建議【導(dǎo)入一】2007年10月24日經(jīng)火箭發(fā)射，“嫦娥一號衛(wèi)星”首先進入環(huán)繞地球的軌道，然后加速，脫離地球軌道后，慣性滑行，進入環(huán)繞月球的軌道，最后進行科學(xué)探測．結(jié)合登月航線討論：為什么飛船能圍繞地球旋轉(zhuǎn)？飛船在什么條件下能掙脫地球的束縛？【導(dǎo)入二】1．問：在高山上用不同的水平初速度拋出一個物體，不計空氣阻力，它們的落地點相同嗎？新課導(dǎo)入學(xué)生：它們的落地點不同，速度越大，落地點離山腳越遠．因為在同一座高山上拋出，它們在空中運動的時間相同，速度大的水平位移大，所以落地點也較遠．教師：假設(shè)被拋出物體的速度足夠大，物體的運動情形又如何呢？學(xué)生進行猜想．教師總結(jié)，并用多媒體模擬．新課導(dǎo)入如果地面上空有一個相對于地面靜止的物體，它只受重力的作用，那么它就做自由落體運動，如果物體在空中具有一定的初速度，且初速度的方向與重力的方向垂直，那么它將做平拋運動，牛頓曾設(shè)想過：從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落地點也一次比一次離山腳遠，如果沒有空氣阻力，當(dāng)速度足夠大時，物體就永遠不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆繞地球運動的人造地球衛(wèi)星，簡稱人造衛(wèi)星．2．引入：那么人造衛(wèi)星的軌道半徑和它的運動速率之間有什么關(guān)系呢？本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)這個問題.新課導(dǎo)入1．第一宇宙速度(1)大小：________km/s.(2)意義：①衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運行的速度，也是繞地球做____________運動的最大速度．②使衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的________地面發(fā)射速度．

2．第二宇宙速度(1)大?。篲_______km/s.(2)意義：使衛(wèi)星掙脫________引力束縛的最小地面發(fā)射速度．3．第三宇宙速度(1)大?。篲_______km/s.(2)意義：使衛(wèi)星掙脫________引力束縛的最小地面發(fā)射速度．宇宙速度知識必備知識點7.9勻速圓周最小11.2地球16.7太陽學(xué)習(xí)互動對三個宇宙速度的理解考點一重力學(xué)習(xí)互動例1若取地球的第一宇宙速度為8km/s，某行星的質(zhì)量是地球的6倍，半徑是地球的1.5倍，這顆行星的第一宇宙速度約為(

)A．16km/sB．32km/sC．4km/sD．2km/s[答案]A學(xué)習(xí)互動學(xué)習(xí)互動[答案]A學(xué)習(xí)互動[點評]注意本題研究的是太陽系外行星，所以必須以不低于16.7km/s的速度從地球發(fā)射的探測器才可以到達該行星表面，所以本題C、D選項考查的實質(zhì)為第三宇宙速度．[想一想]在其他星球上也能存在自由落體、平拋、豎直上拋運動等典型的運動形式嗎？與地球上對應(yīng)的運動規(guī)律有何區(qū)別？[要點總結(jié)]1．與地球相關(guān)的任何地面運動形式和天體運動形式(如地球衛(wèi)星等)及其所遵從的規(guī)律都可遷移類比應(yīng)用到其他類地星球上．2．但要注意與地球的區(qū)別：(1)是否有空氣及空氣阻力；(2)當(dāng)?shù)豞_____________一般不同于地球．學(xué)習(xí)互動類地行星問題考點二重力加速度例3如圖6－5－1所示，宇航員站在某質(zhì)量分布均勻的星球表面一斜坡上P點沿水平方向以初速度v0拋出一個小球，測得小球經(jīng)時間t落到斜坡上另一點Q，斜坡的傾角為α，已知該星球半徑為R，引力常量為G，求：(1)該星球表面的重力加速度g；(2)該星球的密度ρ；(3)該星球的第一宇宙速度v；(4)人造衛(wèi)星繞該星球表面做勻速圓周運動的周期T.學(xué)習(xí)互動圖6－5－1學(xué)習(xí)互動學(xué)習(xí)互動學(xué)習(xí)互動[點評]本題綜合考查平拋運動規(guī)律的遷移應(yīng)用、中心天體密度的計算、第一宇宙速度、繞星球表面運動的衛(wèi)星周期的計算等，難度中等，解題時注意準(zhǔn)確選用規(guī)律．[想一想]浩渺的宇宙中可能存在由三顆等質(zhì)量的星球構(gòu)成的“三星系統(tǒng)”，你能設(shè)計出三顆星球在空間可能的排列方式嗎？[要點總結(jié)]1．黑洞是客觀存在的一種超高密度的天體，其引力場極強，連電磁波(光線)都不能逃出，因此黑洞無法直接觀測，但可以借助間接方式得知其存在與質(zhì)量，并且觀測到它對其他事物的影響，例如黑洞可以和一顆可視天體構(gòu)成雙星系統(tǒng)．學(xué)習(xí)互動N星系統(tǒng)和黑洞問題考點三2．宇宙中存在“N星系統(tǒng)”，構(gòu)成形式多種多樣，下面為可能存在的構(gòu)成形式．

學(xué)習(xí)互動系統(tǒng)可視天體繞黑洞做圓周運動黑洞與可視天體構(gòu)成的雙星系統(tǒng)兩顆可視星體構(gòu)成的雙星系統(tǒng)三星系統(tǒng)(正三角形排列)三星系統(tǒng)(直線等間距排列)圖示向心力的來源黑洞對可視天體的萬有引力彼此給對方的萬有引力彼此給對方的萬有引力另外兩星球?qū)ζ淙f有引力的合力另外兩星球?qū)ζ淙f有引力的合力學(xué)習(xí)互動[答案]B學(xué)習(xí)互動學(xué)習(xí)互動[點評]在天文學(xué)上，將兩顆彼此相距較近，且在相互之間萬有引力作用下繞兩者連線上的某點做周期相同的勻速圓周運動的星體稱為雙星系統(tǒng)．雙星系統(tǒng)運行時具有以下規(guī)律：①雙星系統(tǒng)的周期、角速度相同；②軌道半徑之比與質(zhì)量之比互為倒數(shù)；③雙星系統(tǒng)的周期的二次方與雙星間距離的三次方之比只與雙星的總質(zhì)量有關(guān)，而與雙星個體的質(zhì)量無關(guān)．備用習(xí)題1．登上火星是人類的夢想，“嫦娥之父”歐陽自遠透露：中國計劃于2020年登陸火星．地球和火星公轉(zhuǎn)視為勻速圓周運動，忽略行星自轉(zhuǎn)影響．根據(jù)下表，火星和地球相比(

)

A.火星的公轉(zhuǎn)周期較小B．火星做圓周運動的向心加速度較小C．火星表面的重力加速度較大D．火星的第一宇宙速度較大行星半徑/m質(zhì)量/kg軌道半徑/m地球6.4×1066.0×10241.5×1011火星3.4×1066.4×10232.3×1011[答案]B備用習(xí)題備用習(xí)題[答案]D自我檢測1．(宇宙速度)關(guān)于宇宙速度，下列說法正確的是(

)A．第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小發(fā)射速度B．第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度C．第二宇宙速度是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時的最大速度D．第三宇宙速度是發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度[答案]A[解析]第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是地球衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度，A項對，B項錯；第二宇宙速度是在地面上發(fā)射物體，使之成為繞太陽運動或繞其他行星運動的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度，C項錯；第三宇宙速度是在地面上發(fā)射物體，使之飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小發(fā)射速度，D項錯．自我檢測2．(類地行星問題)2011年12月24日，美國宇航局宣布，通過開普勒太空望遠鏡項目證實了太陽系外第一顆類似地球的、適合居住的行星“開普勒－22b(Kepler－22b)”．該行星距離地球約600光年，體積是地球的2.4倍，質(zhì)量約是地球的18.5倍，它像地球繞太陽運行一樣每290天環(huán)繞一顆恒星運行一周．由于恒星風(fēng)的影響，該行星的大氣不斷被吸引到恒星上．據(jù)估計，這顆行星每秒丟失至少10000t物質(zhì)．已知地球半徑為6400km，地球表面的重力加速度