教案-全国-2018_高中物理 第六章 万有引力与航天 第五节 宇宙航行教案 新人教版必修2.doc

6第五节宇宙航行课时：一课时教师：教学重点会推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度．教学难点运行速率与轨道半径之间的关系．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．3．通过实例，了解人类对太空的探索历程．过程与方法1．能通过航天事业的发展史说明物理学的发展对于自然科学的促进作用．2．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．通过对我国航天事业发展的了解，进行爱国主义的教育．2．关心国内外航空航天事业的发展现状与趋势，有将科学技术服务于人类的意识．eq\o(\s\up7(),\s\do5(教学过程))导入新课eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(情景导入))万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运行问题，也为人们开辟了上天的理论之路．现代火箭航天技术先驱、俄国科学家齐奥尔科夫斯基曾说过：“地球是人类的摇篮，人类绝不会永远躺在这个摇篮里，而会不断地探索新的天体和空间．”1957年10月4日，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗人造地球卫星——“旅行者1号”，人类开始迈入航天时代．2003年10月15日，“神舟五号”飞船载着中国第一位航天员杨利伟成功升空，这标志着我国进入了载人航天时代．那么，多大的速度才能使物体不再落回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？学习本节内容之后便可解决上述问题了．推进新课一、宇宙速度问题探究：1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？2、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？3、平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如何变化？速度达到一定值后，物体还能否落回地面？若不能，此速度必须满足什么条件？若此速度再增大，又会出现什么现象？4、什么叫人造地球卫星？组织学生讨论、交流，大胆猜测．结论：1.平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点逐渐变大．2．速度达到一定值后，物体将不再落回地面．3．物体不落回地面时环绕地球做圆周运动，所受地球的引力恰好用来提供向心力，满足eq\f(GMm,r2)＝eq\f(mv2,r)v＝eq\r(\f(GM,r)).4．若此速度再增大，物体不落回地面，也不再做匀速圆周运动，万有引力不能提供所需要的向心力，从而做离心运动，轨道为椭圆轨道．eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(合作探究))教师引导学生共同探究出：1．人造卫星：物体绕地球做圆周运动时，此物体成为地球的卫星．2．卫星轨道：可以是圆轨道，也可以是椭圆轨道．卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心．卫星的轨道平面可以在赤道平面内(如同步卫星)，也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度．卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律．3．卫星的种类：卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类．4．卫星的运行：卫星在轨道上运行时，卫星的轨道可视为圆形，这样卫星受到的万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力．1）教材在推导卫星的运动速度的时候，选取的卫星轨道的形状是什么？卫星的所有轨道都是这种形状吗？2）人造卫星做圆周运动时向心力从何而来？卫星环绕地球运转的动力学方程是什么？3）请关闭书本后推导出卫星做圆周运动的速度表达式4）如果卫星绕地球做匀速圆周运动而不落回地面，它的速度大小与卫星离开地面的高度的关系是怎样的？能否根据这个关系得出结论，将卫星发射得越高越容易？为什么？5）卫星绕地球运转的最小半径是多少？6）在地面附近的物体要成为卫星而不落回地面，必须给它至少以多大的速度才行？这个速度是怎样计算出来的？人造卫星的运动规律：设卫星的轨道半径为r，线速度大小为v，角速度为ω，周期为T，向心加速度为a.根据万有引力定律与牛顿第二定律得Geq\f(Mm,r2)＝ma＝meq\f(v2,r)＝mrω2＝mreq\f(4π2,T2)所以，卫星运行速度、角速度、周期和半径的关系分别为：v＝eq\r(\f(GM,r))，ω＝eq\r(\f(GM,r3))，T＝eq\r(\f(4πr3,GM)).问题讨论：1、能不能发射这样的地球卫星，它绕地球的轨道平面不经过地球的球心？为什么？2、人造卫星的轨道平面有何特点？你知道为什么吗？3、为什么实际的卫星轨道只能大气层外？地球同步卫星的含义是什么？4、为什么地球同步卫星轨道平面一定和地球的赤道平面重合？关于地球同步卫星对同步卫星有什么要求？周期T、轨道面、半径r、运行速度V、绕行方向地球同步卫星如果人造地