2019-2020年人教版必修二6.5《宇宙航行》WORD教案5.doc

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新人教版高中物理必修二 同步教案 2019-2020年人教版必修二6.5《宇宙航行》WORD教案5 【教學目標】 知識與技能 1、了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識，正確理解人造衛(wèi)星做圓周運動時，各物理量之間的關(guān)系。 2、知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度。 過程與方法 通過用萬有引力定律來推導第一宇宙速度，培養(yǎng)學生運用知識解決問題的能力。 情感態(tài)度與價值觀 1、通過介紹我國在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況，激發(fā)學生的愛國熱情。 2、感知人類探索宇宙的夢想，促使學生樹立獻身科學的人生價值觀。 【教學重點】 對第一宇宙速度的推導過程和方法，了解第一宇宙速度的應(yīng)用領(lǐng)域。 【教學難點】 1、人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度的區(qū)別。 2、掌握有關(guān)人造衛(wèi)星計算及計算過程中的一些代換。 【教學課時】 1課時 【探究學習】 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)了人類航天時代的新紀元。我國在70年代發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來，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”號試驗飛船。這節(jié)課，我們要學習有關(guān)人造地球衛(wèi)星的知識。 放映一段錄像資料，簡單了解衛(wèi)星的一些資料。（提高學生的學習興趣） 2、在上幾節(jié)的學習中，大家已經(jīng)了解了人造衛(wèi)星在繞地球運行的規(guī)律，請大家回憶一下衛(wèi)星運行的動力學方程。（課件投影） （1）人造衛(wèi)星繞地球運行的動力學原因： 人造衛(wèi)星在繞地球運行時，只受到地球?qū)λ娜f有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運動的向心力由萬有引力提供。 （2）人造衛(wèi)星的運行速度： 設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，由于萬有引力提供向心力，則 ， ∴， 可見：高軌道上運行的衛(wèi)星，線速度小。 提出問題：角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢？ ， 可見：高軌道上運行的衛(wèi)星，角速度小，周期長 提問：衛(wèi)星在地球上空繞行時遵循這樣的規(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，可以想象當初速度足夠大時，這顆炮彈將不會落到地面，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，而不是運行速度 2、宇宙速度 （1）第一宇宙速度 問題：牛頓實驗中，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動？地球半徑為6370km。 分析：在地面附近繞地球運行，軌道半徑即為地球半徑。由萬有引力提供向心力： ， 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動；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?？梢?，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動所必須具有的速度，所以也稱為環(huán)繞速度。 師生共同討論： 在地面附近，物體的萬有引力等于重力，此力天空衛(wèi)星做圓周運動的向心力，能否從這一角度來推導第一宇宙速度呢？ mg= mv2/r v= ≈7.9km/s 提出問題：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，其運行周期最大。） （2）第二宇宙速度 大小。 意義：使衛(wèi)星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運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)星繞地球運動的軌跡為橢圓；等于或大于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行。 （3）第三宇宙速度。 大?。?。 意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(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)星繞太陽作橢圓運動，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。 3、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度 （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)射后再無能量補充，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）運行速度： 運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛(wèi)星“貼著”地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時，運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=。 【課堂訓練】 例1、 月球的質(zhì)量約為地球的1/81，半徑約為地球半徑的1/4，地球上第一宇宙速度約為7.9km/s,則月球上第一宇宙速度月為多少？ 例2、人造地球衛(wèi)星與地面的距離為地球半徑的1.5倍，衛(wèi)星正以角速度ω做勻速圓周運動，地面的重力加速度為，、 、這三個物理量之間的關(guān)系是（ ） ： ： ： ： 例3、 在繞地球做勻速圓周運動的航天飛機的外表面上，有一隔熱陶瓷片自動脫落，則陶瓷片的運動情況是 ：平拋運動 ：自由落體運動 ：仍按原軌道做勻速圓周運動 ：做速圓周運動，逐漸落后于航天飛機 例一.km/s 例二. 例三. 【課堂小結(jié)】 人造地球衛(wèi)星的動力學原因。 宇宙速度。 發(fā)射速度與運行速度。 【板書設(shè)計】 一、衛(wèi)星運行的動力學方程：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) 推導過程 此速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度,也是衛(wèi)星運行的最大環(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、夢想成真 中國探索太空的成就