整體設(shè)計
本節(jié)重點講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導(dǎo)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(xué)上應(yīng)用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現(xiàn)了知識的力量，是學(xué)生學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識的一個極好素材.教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法.因此本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重要內(nèi)容，是學(xué)生進一步學(xué)習(xí)研究天體物理問題的理論基礎(chǔ).另外，學(xué)生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對航天科學(xué)的熱愛，增強民族自信心和自豪感.
本節(jié)內(nèi)容涉及人造衛(wèi)星的運動規(guī)律和三個宇宙速度的含義，在處理有關(guān)衛(wèi)星的問題時，可以按勻速圓周運動模型處理，進而結(jié)合向心力公式、向心加速度公式及圓周運動公式，推導(dǎo)已知量和未知量的關(guān)系.學(xué)習(xí)宇宙速度時，要對比記憶，明確其物理意義.應(yīng)掌握推導(dǎo)過程，體會推導(dǎo)第一宇宙速度的物理思想，另外，結(jié)合向心運動或離心運動分析衛(wèi)星軌道如何變化或改變的原因.
教學(xué)重點
會推導(dǎo)第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度.
教學(xué)難點
運行速率與軌道半徑之間的關(guān)系.
課時安排
1課時
三維目標
知識與技能
1.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識.
2.知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度.
3.通過實例，了解人類對太空的探索歷程.
過程與方法
1.能通過航天事業(yè)的發(fā)展史說明物理學(xué)的發(fā)展對于自然科學(xué)的促進作用.
2.通過用萬有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速度，培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決問題的能力.
情感態(tài)度與價值觀
1.通過對我國航天事業(yè)發(fā)展的了解，進行愛國主義的教育.
2.關(guān)心國內(nèi)外航空航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，有將科學(xué)技術(shù)服務(wù)于人類的意識.
課前準備
多媒體課件、月球繞地球轉(zhuǎn)動演示儀.
教學(xué)過程
導(dǎo)入新課
情景導(dǎo)入
阿波羅飛船載人登月和返回地球的軌道示意圖
經(jīng)火箭發(fā)射，“阿波羅11號”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，最后登月艙降落在月球.
當宇航員在月球上完成工作后，再發(fā)動引擎進入環(huán)月球的軌道，然后加速，脫離月球軌道，進入地球軌道，最后降落于地球.
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？
情景導(dǎo)入
萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，不僅解決了天上行星的運行問題，也為人們開辟了上天的理論之路.
現(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，人類絕不會永遠躺在這個搖籃里，而會不斷地探索新的天體和空間.”1957年10月4日，前蘇聯(lián)用三級火箭發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星——“旅行者1號”，人類開始邁入航天時代.
火箭發(fā)射
2003年10月15日，“神舟五號”飛船載著中國第一位航天員楊利偉成功升空，這標志著我國進入了載人航天時代.
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？
情景導(dǎo)入
牛頓在思考萬有引力定律時就曾經(jīng)想過，從高山上水平拋出的物體速度一次比一次大時，落點就一次比一次遠.如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，這就是人造地球衛(wèi)星的雛形.那么這個速度需要多大呢？
學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之后便可解決上述問題了.
推進新課
一、宇宙速度
課案片段一：人造地球衛(wèi)星
課件展示
1.人造衛(wèi)星發(fā)射及其在圓形軌道上的運動.
2.演示月球繞地球轉(zhuǎn)動.
問題：1.拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月球沒有落下來？
2.衛(wèi)星、月球沒有落下來必須具備什么條件？
學(xué)生帶著這兩個問題閱讀教材“宇宙速度”部分.
策略：教師不要急于讓學(xué)生回答上述兩個問題，提出這兩個問題的目的是讓學(xué)生帶著問題去閱讀課文，具有針對性，而且這兩個問題可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.
教師活動：演示拋物實驗，提出問題：
1.平拋物體的速度逐漸增大，物體的落地點如何變化？
2.速度達到一定值后，物體能否落回地面？
3.若不能，此速度必須滿足什么條件？
4.若此速度再增大，又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？
組織學(xué)生討論、交流，大膽猜測.
結(jié)論：1.平拋物體的速度逐漸增大，物體的落地點逐漸變大.
2.速度達到一定值后，物體將不再落回地面.
3.物體不落回地面時環(huán)繞地面做圓周運動，所受地面的引力恰好用來提供向心力，滿足.
4.若此速度再增大，物體不落回地面，也不再做勻速圓周運動，萬有引力不能提供所需要的向心力，從而做離心運動，軌道為橢圓軌道.
合作探究
教師引導(dǎo)學(xué)生共同探究出：
1.人造衛(wèi)星：物體繞地球做圓周運動時，此物體成為地球的衛(wèi)星.
2.衛(wèi)星軌道：可以是圓軌道，也可以是橢圓軌道.
衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運行時，由于地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運動的向心力，而萬有引力指向地心，所以，地心必須是衛(wèi)星圓軌道的圓心.衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)（如同步衛(wèi)星），也可以和赤道平面垂直，還可以和赤道平面成任一角度.
衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運動時，地心是橢圓的一個焦點，其周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律.
3.衛(wèi)星的種類：
衛(wèi)星主要有偵察衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、地球資源勘測衛(wèi)星、科學(xué)研究衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星和測地衛(wèi)星等種類.
4.衛(wèi)星的運行：
衛(wèi)星在軌道上運行時，衛(wèi)星的軌道可視為圓形，這樣衛(wèi)星受到的萬有引力提供了衛(wèi)星做圓周運動的向心力.
設(shè)衛(wèi)星的軌道半徑為r，線速度大小為v，角速度為ω，周期為T，向心加速度為a.
根據(jù)萬有引力定律與牛頓第二定律得=ma==mrω2=
所以，衛(wèi)星運行速度、角速度、周期和半徑的關(guān)系分別為：v=,ω=,T=.
例1 在圓軌道上質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星，它到地面的距離等于地球半徑R，地面上的重力加速度為g，則（ ）
A.衛(wèi)星運行的速度為 B.衛(wèi)星運行的周期為
C.衛(wèi)星的加速度為 D.衛(wèi)星的動能為
解析：萬有引力充當向心力，有
又g=
故v=,A錯.T=,B對.
a=,C錯.Ek=,D對.
答案：BD
總結(jié)：衛(wèi)星問題的求解，應(yīng)知道萬有引力提供了衛(wèi)星做圓周運動的向心力.地球表面的重力加速度g=,當M未知時，可用其代換.由于g=經(jīng)常用到，所以叫“黃金公式”.
點評：運用現(xiàn)代教育信息技術(shù)，把人類第一顆衛(wèi)星發(fā)射場景，我國衛(wèi)星發(fā)射、回收等有關(guān)資料片段重現(xiàn)在學(xué)生面前，給學(xué)生大量的生動的直觀感受，使學(xué)生的思維在直觀情景中由感性具體上升到思維抽象，準確地得到人造衛(wèi)星的概念.
課堂訓(xùn)練
有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運動，已知它們的軌道半徑之比r1∶r2=4∶1,求這兩顆衛(wèi)星的：（1）線速度之比；（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比.
參考答案：
解答：（1）由
得v=
所以v1∶v2=1∶2.
（2）由=mω2r
得ω=
所以ω1∶ω2=1∶8.
（3）由T=
得T1∶T2=8∶1.
（4）由=ma
得a1∶a2=1∶16.
課案片段二：三個宇宙速度
教師活動：提出問題，讓學(xué)生帶著問題去閱讀課文，思考問題，交流討論，解決問題.
問題：1.什么是第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度？
2.第一宇宙速度是如何推導(dǎo)出來的？
3.將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？
4.所需的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？
5.發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)星運轉(zhuǎn)速度大又說明什么？
學(xué)生閱讀課文，思考、討論，學(xué)生代表發(fā)言：
結(jié)論：1.第一宇宙速度：人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，v1=7.9 km/s.
第二宇宙速度：在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽運行的人造衛(wèi)星或飛到其他行星上去所必須達到的最小發(fā)射速度.v2=11.2 km/s.
第三宇宙速度：在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽的引力范圍，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度.v3=16.7 km/s.
2.第一宇宙速度的推導(dǎo)：由v=，應(yīng)用近地條件r=R(R為地球半徑），R=6 400 km，代入地球質(zhì)量M=6×1024 kg，得v==7.9 km/s.
第一宇宙速度的另一種推導(dǎo)：
在地面附近，重力等于萬有引力，此力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力.（地球半徑R、地面重力加速度g已知）
由mg=得v=m/s=7.9 km/s.
說明：上述兩種推導(dǎo)地球上第一宇宙速度的方法，也可以推廣運用到其他星球上去.即知道了某個星球的質(zhì)量M和半徑r，或該星球的半徑r及表面的重力加速度g，可以用同樣方法，求得該星球上的第一宇宙速度.
3.將衛(wèi)星送入低軌道容易，因為向低軌道發(fā)射衛(wèi)星，火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龅墓ι?
4.向高軌道發(fā)射，所需要的發(fā)射速度大.
5.發(fā)射速度與環(huán)繞速度不同.發(fā)射速度是將衛(wèi)星送入軌道，在地面上所必須獲得的速度.環(huán)繞速度是衛(wèi)星發(fā)射成功后，環(huán)繞地球運行時的速度.由上述分析知，發(fā)射速度越大，軌道半徑越大，由v=知，環(huán)繞速度越小.
知識拓展
1.根據(jù)三個宇宙速度的定義，三個宇宙速度又分別叫環(huán)繞速度、脫離速度、逃逸速度.
2.v1=7.9 km/s是最小的發(fā)射速度，但卻是最大的環(huán)繞速度.①7.9 km/s

相關(guān)教案

人教版 (新課標)必修25.宇宙航行教案設(shè)計：

這是一份人教版 (新課標)必修25.宇宙航行教案設(shè)計，共3頁。教案主要包含了課堂小結(jié)，作業(yè)，衛(wèi)星運行的動力學(xué)方程，宇宙速度等內(nèi)容，歡迎下載使用。

2020-2021學(xué)年5.宇宙航行教案設(shè)計：

這是一份2020-2021學(xué)年5.宇宙航行教案設(shè)計，共5頁。教案主要包含了宇宙速度，夢想成真，知識應(yīng)用等內(nèi)容，歡迎下載使用。

人教版 (新課標)必修25.宇宙航行教案：

這是一份人教版 (新課標)必修25.宇宙航行教案，共2頁。教案主要包含了第三宇宙速度等內(nèi)容，歡迎下載使用。

英語朗讀寶

相關(guān)教案 更多

高中物理人教版 (新課標)必修25.宇宙航行教案

高中物理人教版 (新課標)必修25.宇宙航行教案
2020-2021學(xué)年5.宇宙航行教案及反思

2020-2021學(xué)年5.宇宙航行教案及反思
物理5.宇宙航行教學(xué)設(shè)計

物理5.宇宙航行教學(xué)設(shè)計
物理5.宇宙航行教學(xué)設(shè)計

物理5.宇宙航行教學(xué)設(shè)計
資料下載及使用幫助
版權(quán)申訴
版權(quán)申訴
若您為此資料的原創(chuàng)作者，認為該資料內(nèi)容侵犯了您的知識產(chǎn)權(quán)，請掃碼添加我們的相關(guān)工作人員，我們盡可能的保護您的合法權(quán)益。
入駐教習(xí)網(wǎng)，可獲得資源免費推廣曝光，還可獲得多重現(xiàn)金獎勵，申請 精品資源制作， 工作室入駐。
版權(quán)申訴二維碼
高中物理人教版 (新課標)必修2電子課本

5. 宇宙航行

版本： 人教版 (新課標)

年級： 必修2

切換課文
  • 課件
  • 教案
  • 試卷
  • 學(xué)案
  • 更多
所有DOC左下方推薦
歡迎來到教習(xí)網(wǎng)
  • 900萬優(yōu)選資源，讓備課更輕松
  • 600萬優(yōu)選試題，支持自由組卷
  • 高質(zhì)量可編輯，日均更新2000+
  • 百萬教師選擇，專業(yè)更值得信賴
微信掃碼注冊
qrcode
二維碼已過期
刷新

微信掃碼，快速注冊

手機號注冊
手機號碼

手機號格式錯誤

手機驗證碼 獲取驗證碼

手機驗證碼已經(jīng)成功發(fā)送，5分鐘內(nèi)有效

設(shè)置密碼

6-20個字符，數(shù)字、字母或符號

注冊即視為同意教習(xí)網(wǎng)「注冊協(xié)議」及「隱私條款」
QQ注冊
手機號注冊
微信注冊

注冊成功

返回
頂部