高中物理人教版第六章万有引力与航天【全国一等奖】

宇宙航行经典力学的局限性一、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。3．理解卫星的运行速度与轨道半径的关系。4．了解经典力学的适用范围，知道非经典力学的观念和知识。过程与方法1．通过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。二、教学重点第一宇宙速度的推导。三、教学难点运行速率与轨道半径之间的关系。四、教学过程（一）、第一宇宙速度【教师活动】牛顿在思考万有引力定律时就曾想过，从高山上水平抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远，所在区域也就不能再看成平面，而是圆弧形。当速度增大到某一值时，物体就会绕地球做圆周运动，成为一颗卫星，不再落回地面。我们能否来推导出这一速度是多少？方法一：设地球的质量为M，绕地球做匀速圆周运动的卫星的质量为m，速度为v，卫星到地心的距离为r。由向心力由地球的万有引力提供，所以由此解出近地卫星在100Km左右的高度飞行，与地球半径6400Km相比小得多，轨道半径与地球半径可以忽略不计，则把地球质量和半径代入可计算出v＝s。方法二、在地面附近，重力等于万有引力，提供卫星做匀速圆周运动的向心力，能否推导出这一速度？【学生活动】推导这一速度的另一个表达形式由＝s【教师活动】讨论：1、当卫星距地心的距离越远，由可知它运动的速度越慢。所以s是人造卫星环绕地球的最大运动速度，叫第一宇宙速度，也叫环绕速度。2、将人造卫星送入预定的轨道运行所必须具有的速度叫发射速度。发射过程中能量如何变化？克服地球引力做功，卫星离地面越高，所需要的发射速度越大。第一宇宙速度是最小的发射速度。例1、关于第一宇宙速度，下面说法中错误的是[]A．它是人造地球卫星绕地飞行的最小速度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．从人造卫星环绕地球的速度v＝可知，把卫星发射到越远的地方越容易例2、有两个人造地球卫星质量之比为m1∶m2=1∶2，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比r1∶r2＝4∶1，则这两个卫星的线速度之比为；角速度之比为；运动周期之比为；向心加速度之比为；向心力之比为．例3、人造地球卫星运行中由于受大气阻力，轨道半径逐渐减小，则线速度和周期变化情况是[]A．速度减小，周期增大B．速度减小，周期减小C．速度增大，周期增大D．速度增大，周期减小若发射速度大于7.9Km/s卫星将在椭圆轨道上运动，根据不同的需要可以用不同的发射速度让卫星在不同的轨道上运动。（二）、第二宇宙速度【教师活动】若发射速度增大，则轨道半径将增大，引力减小，最终将脱离地球的引力。当发射速度等于或大于s时，它就会克服地球引力成为绕太阳运转的人造行星或飞到其他行星上去。把s叫第二宇宙速度也叫脱离速度。（三）、第三宇宙速度【教师活动】若发射速度再增大到s时，它就可以脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间。把s叫第三宇宙速度也叫逃逸速度。（四）、介绍同步卫星，通讯卫星【教师活动】所谓地球同步，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T＝24h同步卫星必位于赤道上方距地面高h处，且h是一定的。同步卫星也叫通讯卫星。请同学们自己计算同步卫星距地面的高度h。【学生活动】由GEQ\f(Mm,(R+h)2)=mω2(R+h)=m(EQ\f(2π,T))2(R+h)得h＝EQ\r(3,EQ\f(GMT2,4π2))-R（T为地球的自转周期，M、R分别为地球质量和半径）代入数据得h＝×107m【教师活动】点评小结：由此可见要发射地球同步卫星，必须同时满足三个条件：（1）卫星运动周期和地球自转周期相同。（2）卫星运行轨道在地球的赤道平面内。（3）卫星距地面高度有确定值。例4、关于我国发射的“亚洲一号”地球同步通讯卫星的说法，正确的是[]A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍B．它在北京上空运行，故可用于我国的电视广播C．它以第一宇宙速度运行D．它运行的角速度与地球自转角速度相同（五）、人类航天飞行技术的发展【教师活动】阅读课本P75面的内容，谈谈你所了解的人类航天飞行技术的发展【学生活动】阅读，讨论，发言【教师活动】点评五、板书设计一、第一宇宙速度（环绕速度）＝EQ\r(,gr)=s二、第二宇宙速度（脱离速度）v=s三、第三宇宙速度（逃逸速度）v=16.7Km/s四、同步卫星，通讯卫星