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2019-2020學(xué)年高一物理下學(xué)期第7周 宇宙航行教學(xué)設(shè)計(jì) 課　　題 6.5宇宙航行 備課時(shí)間 上課時(shí)間 總課時(shí)數(shù) 課程目標(biāo) 知識(shí)與 技能 1、了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)，正確理解人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，各物理量之間的關(guān)系。 2、知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。 過(guò)程與 方法 通過(guò)用萬(wàn)有引力定律來(lái)推導(dǎo)第一宇宙速度，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1、通過(guò)介紹我國(guó)在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情。 2、感知人類探索宇宙的夢(mèng)想，促使學(xué)生樹立獻(xiàn)身科學(xué)的人生價(jià)值觀。 教學(xué)重點(diǎn) 對(duì)第一宇宙速度的推導(dǎo)過(guò)程和方法，了解第一宇宙速度的應(yīng)用領(lǐng)域。 教學(xué)難點(diǎn) 1、人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度的區(qū)別。 2、掌握有關(guān)人造衛(wèi)星計(jì)算及計(jì)算過(guò)程中的一些代換。 教學(xué)過(guò)程 二次備課 引入新課 1、1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，開創(chuàng)了人類航天時(shí)代的新紀(jì)元。我國(guó)在70年代發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來(lái)，相繼發(fā)射了多顆不同種類的衛(wèi)星，掌握了衛(wèi)星回收技術(shù)和“一箭多星”技術(shù)，99年發(fā)射了“神舟”號(hào)試驗(yàn)飛船。這節(jié)課，我們要學(xué)習(xí)有關(guān)人造地球衛(wèi)星的知識(shí)。 放映一段錄像資料，簡(jiǎn)單了解衛(wèi)星的一些資料。（提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣） 2、在上幾節(jié)的學(xué)習(xí)中，大家已經(jīng)了解了人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行的規(guī)律，請(qǐng)大家回憶一下衛(wèi)星運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)方程。（課件投影） （1）人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)原因： 人造衛(wèi)星在繞地球運(yùn)行時(shí)，只受到地球?qū)λ娜f(wàn)有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供。 （2）人造衛(wèi)星的運(yùn)行速度： 設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，由于萬(wàn)有引力提供向心力，則 ， ∴， 可見：高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，線速度小。 提出問(wèn)題：角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢？ ， 可見：高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，角速度小，周期長(zhǎng) 提問(wèn)：衛(wèi)星在地球上空繞行時(shí)遵循這樣的規(guī)律，那衛(wèi)星是如何發(fā)射到地球上空的呢？ 新課講解 1、牛頓對(duì)人造衛(wèi)星原理的描繪： 設(shè)想在高山上有一門大炮，水平發(fā)射炮彈，初速度越大，水平射程就越大，可以想象當(dāng)初速度足夠大時(shí)，這顆炮彈將不會(huì)落到地面，將和月球一樣成為地球的一顆衛(wèi)星。 課件投影。 引入：高軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星速度小，是否發(fā)射也容易呢？這就需要看衛(wèi)星的發(fā)射速度，而不是運(yùn)行速度 2、宇宙速度 （1）第一宇宙速度 問(wèn)題：牛頓實(shí)驗(yàn)中，炮彈至少要以多大的速度發(fā)射，才能在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？地球半徑為6370km。 分析：在地面附近繞地球運(yùn)行，軌道半徑即為地球半徑。由萬(wàn)有引力提供向心力：， 得： 結(jié)論：如果發(fā)射速度小于7.9km/s，炮彈將落到地面，而不能成為一顆衛(wèi)星；發(fā)射速度等于7.9km/s，它將在地面附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于7.9km/s。可見，向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難。 ⑵意義：第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，所以也稱為環(huán)繞速度。 師生共同討論： 在地面附近，物體的萬(wàn)有引力等于重力，此力天空衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，能否從這一角度來(lái)推導(dǎo)第一宇宙速度呢？ mg= mv2/r v= ≈7.9km/s 提出問(wèn)題：我們能否發(fā)射一顆周期為70min的人造地球衛(wèi)星呢？（提示：算一算近地衛(wèi)星其周期是多少？近地衛(wèi)星由于半徑最小，其運(yùn)行周期最小。） （2）第二宇宙速度：大小。 意義：使衛(wèi)星掙脫地球的束縛，成為繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度，也稱為脫離速度。 注意：發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡為橢圓；等于或大于11.2km/s時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)行。 （3）第三宇宙速度：大小。 意義：使衛(wèi)星掙脫太陽(yáng)引力束縛的最小發(fā)射速度，也稱為逃逸速度。 注意：發(fā)射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽(yáng)作橢圓運(yùn)動(dòng)，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系以外的空間。 3、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度 （1）發(fā)射速度： 發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無(wú)能量補(bǔ)充，要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。 （2）運(yùn)行速度： 運(yùn)行速度指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度。當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面飛行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度，當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時(shí)，運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。 3．同步衛(wèi)星 所謂同步衛(wèi)星，是相對(duì)于地面靜止的，和地球具有相同周期的衛(wèi)星，T=24h，同步衛(wèi)星必須位于赤道上方距地面高h(yuǎn)處，并且h是一定的。同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星。 由得：h= （T為地球自轉(zhuǎn)周期，M、R分別為地球的質(zhì)量，半徑）。 代入數(shù)值得h=。 四、課堂小結(jié) 讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。 五、作業(yè)： 【板書設(shè)計(jì)】 一、衛(wèi)星運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)方程：Fn＝F引 GMm/r2 =ma=mv2/r =mω2r 二、宇宙速度： 1.第一宇宙速度 V1=7.9km/s (環(huán)繞速度) 推導(dǎo)過(guò)程 此速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度,也是衛(wèi)星運(yùn)行的最大環(huán)繞速度 2. 第二宇宙速度 V2=11.2km/s (脫離速度) 3. 第三宇宙速度 V3=16.7km/s (逃逸速度) 三、夢(mèng)想成真 中國(guó)探索太空的成就 教學(xué)后記：