高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行教案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行教案设计，共5页。教案主要包含了第三宇宙速度，宇宙速度，载人航天与太空探索等内容，欢迎下载使用。

1. 经历求解第一宇宙速度的过程，理解第一宇宙速度及其应用。
2. 了解第二、第三宇宙速度。
3. 了解人造卫星的发射和运行，能够解决有关人造卫星和卫星的运动学问题和动力学问题。
4. 大体了解我国的载人航行工程和嫦娥工程。
教学重难点
教学重点
第一宇宙速度、有关卫星的动力学问题和运动学问题
教学难点
三个宇宙速度、有关卫星的动力学和运动学问题
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
教师活动：展示手机、导航、空间望远镜的图片。
教师设问：近些年科技的发展不仅使人们的生活发生了翻天覆地的变化，而且还改变着人们对世界的认知。而这些改变中有相当一部分是与航天有直接或间接关系的。如通信卫星、遥感卫星、定位卫星等卫星在从不同的角度为人们服务。可是，你想过没有，这些卫星需要达到怎样的速度才能成为卫星而不至于落下来呢？
讲授新课
一、宇宙速度
教师活动：讲解第一宇宙速度的推导。
物体在地球表面做圆周运动时，向心力由物体与地球之间的万有引力提供。设地球的质量为m地，物体的质量为m，物体与地心的距离为r。于是有

解得

教师活动：引导学生手机查询相关资料计算出上式的值。
学生活动：手机查询相关资料，计算出上式的值。
教师活动：演示上式的值的计算。
已知地球质量为5.98×1024 kg，近地卫星在100〜200 km的高度飞行，远小于地球半径6 400 km，可以近似用地球半径R代替卫星到地心的距离r。把数据代入上式后算出

这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫作第一宇宙速度。
物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，可近似认为向心力是由重力提供的，有

解得

教师活动：讲解第二宇宙速度、第三宇宙速度。
在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9 km/s，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把 11.2 km/s叫作第二宇宙速度。
达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其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16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。
二、人造地球卫星
教师活动：讲解从牛顿提出万有引力定律到近年来航天工程的发展概况。
牛顿早就预言了人造地球卫星，但由于技术的限制，长期以来一直达到人造地球卫星的发射速度。直到多级火箭的研制成功，才为人造地球卫星的发射创造了条件。
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功，开创了中国航天史的新纪元。
教师设问：手机查询相关资料，了解卫星轨道的种类。
按：留意近地轨道卫星的高度、地球静止轨道卫星的高度。近地轨道卫星距离地面的高度与地球的半径相比非常小，在一定情况下其高度是可以忽略的。地球静止轨道卫星距离地面的高度非常高，它绕地球运行的半径不能用地球的半径替代。
教师设问：地球静止轨道与地球同步轨道有什么异同？
按：留意教材上与大部分课外辅导书的“地球同步卫星”指的是新闻中的“地球静止轨道卫星”。新闻中的地球同步轨道卫星与教材或某些参考书中的“地球同步轨道卫星”所指的对象是不同的。
学生活动：学生之间讨论老师所提问题，然后举手回答。
教师活动：简要提及卫星的动力学问题和运动学问题。

三、载人航天与太空探索
教师设问：手机查询相关资料，了解我国载人航天和其他国家载人航天的进展状况。
学生活动：手机查询有关载人航天的相关资料。
师生活动：一个学生上讲台讲述我国载人航天和世界载人航天发展的状况。学生讲述后老师作必要评论。
教师设问：手机查询相关资料，了解我国深空探测与其他国家深空探测的进展。
学生活动：手机查询有关我国深空探测和世界深空探测进展的状况。
师生活动：一个学生上讲台讲述我国深空探测和其他国家或地区深空探测的现状。学生讲述后老师作必要评论。
教师设问：手机查询相关资料，了解一下航天对我们生活的影响。
学生活动：查询相关资料，了解航天对人们生活的影响。
师生活动：一个学生上讲台讲述航天对人们生活的影响。学生演讲后，教师作必要点评。
典题剖析
例1 (卫星环绕速度)绕地球做圆周运动的卫星的线速度( )
A．一定等于7.9 km/s
B．一定小于7.9 km/s
C．大于7.9 km/s，而小于11.2 km/s
D．只需大于7.9 km/s
答案：B
解析：卫星绕地球做圆周运动的过程中，万有引力提供向心力，Geq \f(Mm,r2)＝eq \f(mv2,r)，得v＝eq \r(\f(GM,r))，所以轨道半径r越大，卫星的环绕速度越小；做圆周运动的卫星的轨道半径大于地球的半径，所以环绕速度一定小于7.9 km/s。
例2 (人造卫星的运行规律)(广东学业水平测试)如图所示，两颗人造地球卫星M、N环绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是( )
A．M的线速度比N的小
B．M的角速度比N的大
C．M的环绕周期比N的小
D．M的向心加速度比N的大
答案：A
解析：设卫星的质量为m、轨道半径为r、地球的质量为M，根据万有引力提供向心力，得：Geq \f(Mm,r2)＝meq \f(v2,r)＝mω2r＝meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,T)))2r＝ma，可以知道：v＝eq \r(\f(GM,r))，ω＝eq \r(\f(GM,r3))，T＝eq \r(\f(4π2r3,GM))，a＝eq \f(GM,r2)，可知，卫星的轨道半径越大，线速度、角速度、加速度越小，而周期越大，所以，vMTN，故A正确，B、C、D错误。
课堂小结