高中物理人教版 (新课标)必修25.宇宙航行学案设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修25.宇宙航行学案设计，共5页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，学习过程，反思小结等内容，欢迎下载使用。

【学习目标】
1.了解人造卫星的有关知识。知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
2.通过实例，了解人类对太空的探索过程。
【学习重点】第一宇宙速度的推导，了解第二、第三宇宙速度。
【学习难点】运行速率与轨道半径之间的关系。
【学习过程】牛顿在思考万有引力定律时就曾经想过，从高山上水平抛出的物体速度一次比一次大时，落点就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，这就是人造地球卫星的雏形。那么这个速度需要多大呢？学习本节内容之后便可以解决上述问题。
一、宇宙速度
1.平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如何变化？
2.速度达到一定值后，物体能否落回地面？
3.若不能，此速度必须满足什么条件？
4.若此速度在增大，又会出现什么现象？
1.牛顿的设想
（1）牛顿对人造卫星原理的描绘
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。
（2）人造卫星绕地球运行的动力学原因
人造卫星在绕地球运行时，只受到 作用，人造卫星作圆周运动的向心力由 提供。
（3）人造卫星的运行速度
a.设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则人造卫星的运行速度应该是多大？
b.角速度和周期与轨道半径的关系呢？
可见：高轨道上运行的卫星，角速度 ，周期 。
注意：高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度。
2.宇宙速度
（1）第一宇宙速度
问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6400km。

结论：如果发射速度小于 ，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于 ，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于 。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为 速度。
（2）第二宇宙速度
大小 。意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为 速度。注意：发射速度大于 ，而小于 ，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于 时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）第三宇宙速度
大小 。意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为 速度。注意：发射速度大于 ，而小于 ，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于 ，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
3.同步卫星
（1）什么叫同步卫星？
（2）同步卫星具有几个特点？
二、梦想成真
探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，那么梦想成真了吗?请同学们阅读教材“梦想成真”部分。
1.是谁真正为人类迈向太空提供了科学思想？
2.世界上第一颗人造地球卫星是哪个国家发射的？
3.最先登上月球的是哪国人？
4.中国载人航天工程是哪一年正式启动的？
5.中国第一个被送入太空的航天员是谁？
【反思小结】
检测卡
（A级）1.关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是（ ）
A、它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B、它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度
C、它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D、它是卫星的椭圆轨道上运行时近地点的速度
（A级）2.下列轨道中不可能是卫星绕地球运行的轨道的是（ ）
（C级）3.某人站在星球上以速度v竖直上抛一物体，经t秒后物体落回手中，已知星球半径为R，现将此物沿星球表面平抛，要使其不再落回地球，则抛出的速度至少为多大？

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