2017-2018学年高中物理人教版必修2教案：第六章 万有引力与航天 第5节 宇宙航行

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1、5．宇宙航行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。过程与方法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．通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情；2．感知人类探索宇宙的梦想．促使学生树立献身科学的人生价值观。教学重点第一宇宙速度的推导。教学难点运行速率与轨道半径之间对应的关系。教学方法探究、讲授、讨论、练习。教具准备多媒体课件教学过程［新课导入］1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时

2、代的新纪元。我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，1999年发射了“神舟”号试验飞船。随着现代科学技术的发展，我们对人造卫星已有所了解，那么地面上的物体在什么条件下才能成为人造卫星呢？人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢？这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。［新课教学］一、人造地球卫星1．牛顿的设想在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？它们的落地点不同，速度越大，落地点离山脚越远。因为在同一座高山上

3、抛出，它们在空中运动的时间相同，速度大的水平位移大，所以落地点也较远。假设被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用，那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也一次比一次离山脚远，如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。2．人造地

4、球卫星（1）人造地球卫星从地面抛出的物体，在地球引力的作用下绕地球旋转，就成为绕地球运动的人造卫星。（2）人造地球卫星必须满足的条件地球对卫星的万有引力恰好提供卫星作匀速圆周运动所需的向心力。（3）描述卫星运动的物理量设地球的质量为M，卫星的质量为m，地球的半径为R，卫星离地面的高度为h，则卫星的轨道半径r＝R＋h，设卫星在轨道上运动的向心加速度为a，线速度为v，角速度为ω，周期为T，根据万有引力提供人造卫星做圆周运动的向心力这一基本力学关系，得：rMmFv①卫星的向心加速度，r↑→a↓。②卫星运动的角速度，r↑→

5、ω↓。③卫星运动的线速度，r↑→v↓。④卫星运动的周期，r↑→T↑。当人造卫星环绕地球表面运动时，rmin＝R，Tmin＝5060s。所以不可能在地球上发射一颗周期是80min的卫星。强调卫星的轨道与相关各量的一一对应性。二、宇宙速度设一颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转，卫星绕地球运转的向心力由地球的万有引力来提供。由知，距地面越高的卫星运转速率越小。【思考讨论】是向高轨道发射困难，还是向低轨道发射卫星困难呢？向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力做更多的功。1．第一

6、宇宙速度物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度（firstcosmeticvelocity），也叫做地面附近的环绕速度。对于靠近地面运行的人造卫星，可以认为此时的r近似等于地球的半径R，则＝7.9km/s2．第二宇宙速度如果卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，此时卫星的运行轨道又如何呢？①当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹就不是圆形，而是椭圆。②当物体的速度等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。

7、(此时轨道为抛物线)从地面上发射人造天体，要使它脱离地球的引力，不再绕地球运行，所需要的最小发射速度，叫第二宇宙速度。也叫做地面附近的脱离速度。＝11.2km/s3．第三宇宙速度达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。在地面附近发射一个物体，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫做第三宇宙速度。(以大于第三宇宙速度发射的人造天体，其轨道为双曲线)从地面上发射人造天体，使它不仅能脱离地球的引力，而且还能脱离太阳系的引力束缚，这时所需要的最小发射速度，叫第三宇宙速

8、度，也称为逃逸速度。v3＝16.7km/s三、同步卫星简介(向学生介绍有关卫星的轨道问题：让学生画出他认为可能的轨道，逐一分析，得出卫星的轨道要想稳定，轨道必须在通过地球球心的大圆轨道内。介绍轨道平面、轨道倾角等概念；介绍极地轨道、赤道轨道等轨道类型)F1F2F同步卫星是指相对于地球静止，即始终在地球某一位置的正上方。因而，同步卫星必须有一定的条件。首先，卫