7-4宇宙航行教学设计2-人教版高中物理必修第二册

第七章万有引力与宇宙航行7.4宇宙航行讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度。载人航天与太空探索是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。【物理观念】树立运动观念，知道三个宇宙速度的含义，会推动第一宇宙速度。【科学思维】体会在处理实际问题时，如何忽略次要因素，抓住主要因素，抽象出物理模型。【科学探究】通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养运用知识解决问题的能力。【科学态度与责任】关心人类航天事业的发展趋势，有将科学技术服务于人类的意识。【教学重点】1、第一宇宙速度的推导2、人造地球卫星的原理【教学难点】1、对第一宇宙速度是环绕地球运行的最大值与发射的最小值的理解。2、人造地球的发射、变轨原理PPT【新课导入】如图所示，在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知道这个速度究竟有多大吗？【新课讲授】一、宇宙速度物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可以忽略。在简化之后，物体只受到指向地心的引力作用，物体绕地球的运动可视作匀速圆周运动。设地球的质量为m地，物体的质量为m，速度为v，它到地心的距离为r。万有引力提供物体运动所需的向心力，所以已知地球质量为5.98×1024kg，近地卫星在100~200km的高度飞行，远小于地球半径（6400km），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【思考与讨论】有人说，第一宇宙速度也可用（式中g为重力加速度，R为地球半径）算出，你认为正确吗？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，有在地面附近发射飞行器，如果速度等于7.9km/s，这一飞行器只能围绕地球做圆周运动，还不能脱离地球引力的束缚，飞离地球实现星际航行。理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9km/s，又小于11.2km/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11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/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16.7km/s，这个速度叫作第三宇宙速度二、人造地球卫星设地球质量为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；；学生根据公式得出结论后，对结论进行总结：(1)发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，被发射物体仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运行轨道。运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球运行的线速度。(2)向高轨道发射卫星需要的速度大，将卫星送入轨道越高越不容易，因为向高轨道发射卫星，要克服地球对它的引力做功更多。(3)卫星运动的速度、角速度、周期都与卫星质量无关，仅由轨道半径决定。当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小，运行速度最大，此时发射速度与运行速度相等。故第一宇宙速度既是卫星最小的发射速度也是最大运行速度。人造卫星的发射速度与运行速度（1）发射速度：发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。（2）运行速度：运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。即第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度，也是最大运行速度。我们所说的宇宙速度均指人造卫星的发射速度。三、载人航天与太空探索探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，现在已经梦想成真。课前同学们已经分组查找了中国航天发展历程，尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕……宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？……等待着大家去探索！随着科学技术的进步，我国的航天事业得到了迅猛的发展，对于现在的学生也