2024-2025学年新教材高中物理第七章4宇宙航行1教案新人教版必修2

PAGE1-宇宙航行（1）教学目标核心素养物理观念：能正确描述和说明人造地球卫星的运行规律；科学思维：能运用物理模型，对卫星的放射原理进行分析和推理；科学探究：能依据卫星放射原理，制定合力探究路途，分析数据发觉规律；科学看法与责任：卫星放射是人类宇宙奇妙探究的过程，增加民族自信念骄傲感。教学重点1.第一宇宙速度及其推导；2.v、ω、T、a随轨道半径的改变规律3.卫星轨道的特点教学难点1.放射速度和环绕速度的关系2.v、ω、T、a随轨道半径的改变规律3.高考考点课型新授教具教法教学过程教学环节老师活动预设学生活动预设复习引入：1．万有引力定律的内容，表达式2．天体运动中，万有引力与向心力的关系。将天体运动看做匀速圆周运动，万有引力或万有引力的合力供应向心力，即L：两天体间距离，可能等于轨道半径，可能不等于轨道半径；r：轨道半径；：向心加速度M：中心天体质量m：卫星（行星）质量教学环节老师活动预设学生活动预设播放视频，神州十号放射。1970年4月24日我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”胜利放射，开创了中国航天史的新纪元，此后我国相继放射了数千颗不同种类的卫星。还驾驭了卫星回收和一箭多星放射技术，卫星是如何放射胜利的呢？运行遵循什么样的规律？本节课我们就来学习有关人造地球卫星的学问。一、牛顿的设想1687年，牛顿在其出版的《自然哲学的数学原理》中提出设想：物体从高山上抛出，速度原来越大，落地点就越来越远，假如速度达到肯定值，物体会不会不再落回地面？从而成为地球的卫星？二、宇宙速度1.第一宇宙速度（环绕速度）思索探讨：若放射一颗卫星，至少须要多大的速度才能离开地球进行宇宙航行呢？简化处理：物体在地球旁边绕地球运动，太阳作用可忽视不计，把物体水平抛出后，若物体刚好不能落回地面时，即物体恰好能围绕地球做圆周运动，此时地球对它的万有引力供应物体做圆周运动的向心力。设卫星质量为m，地球质量M，绕地球运行的轨道半径r。①卫星环绕地球速度v是多大？②放射卫星所须要的最小速度是多大？解：①万有引力供应卫星做圆周运动的向心力，即：化简得：轨道半径越大，环绕速度越小。②卫星刚好能围绕地球做圆周运动时所需的放射速度最小，此时轨道半径近似等于地球半径R。所以有：①了解我国航天事业的成就，引入新课。阅读教材P59上部文字及插图。思索问题。教学环节老师活动预设学生活动预设地面旁边，忽视太阳作用力：②由①可得③这个速度称为第一宇宙速度。联立②式得：④将G、M、R带入③或者将g和R带入④得所以放射卫星须要的最小速度，此时的卫星做近地环绕，依据知，轨道半径越小，环绕速度越大，所以近地环绕时的环绕速度最大。因此，第一宇宙速度又称为最小放射速度和最大环绕速度。2.其次宇宙速度（脱离速度）若放射速度，轨道由圆变为椭圆，长轴变长，当时，卫星脱离地球的吸引，恒久离开地球，进入环绕太阳运行的轨道，称为其次宇宙速度。当放射速度7.9km/s<v<11.2km/s时，仍是地球的卫星，轨道为椭圆，速度越大，长轴越长。③第三宇宙速度（逃逸速度）达到其次宇宙速度的物体，还受到太阳的引力，假如速度接着增大，达到16.7km/s物体将摆脱太阳的吸引，恒久离开太阳系。思索①和是否冲突？不冲突，前式是环绕速度的表达式，当环绕半径为R时（近地），由带入，即可得。②放射速度和环绕速度有什么关系？完成教材P60思索与探讨。向学生说明：三个宇宙速度指的都是最小放射速度。教学环节老师活动预设学生活动预设放射速度越大，轨道半径越大，环绕速度越小。③假如放射速度达到了极限速度v=3.0×108km例1.下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是（CD）A.人造地球卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度为B.C.其次宇宙速度是在地面旁边使物体可以摆脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小放射速度。D.第一宇宙速度7.9Km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度E.我国向月球放射的“嫦娥二号”宇宙飞船在地面旁边的放射速度要大于11.2km/s。F.在地面旁边放射火星探测器的速度应为G.由知，高轨道卫星运行速度小，故放射高轨道卫星比放射低轨道卫星简单。例2.我国放射了探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星轨道为圆形，且贴近月球表面，已知月球点质量约为地球的1/81，月球的半径约为地球的1/4，地球的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的最大速率约为（B）。A.0.4km/sB.1.8km/sC.11km/sD.36km/s知道了环绕速度和轨道半径的关系，其它物理量ω、T、an与轨道半径r有什么关系呢？教学环节老师活动预设学生活动预设三、ω、T、an与r的关系1.ω与r的关系由可得：轨道半径越大，角速度越小，r最小为R（近地环绕），此时ω最大。2.T与r关系由可得：半径越小，周期越小，当环绕半径等于地球半径时，周期最小。（约85min）也可由得出两者之间的关系。3.an与r的关系由得：半径越小向心加速度越大。结论：无论星球质量多大，只要环绕的轨道半径相同，v、ω、T、an均相同。例1.如图所示，a、b两颗做匀速圆周运动的人造地球卫星，距地面的高度分别为R和2R（R为地球半径），下列说法中正确的是（C）地球a·A.a地球a·B.a、b的周期之比是C.a、b的角速度大小之比是D.a、b的向心加速度大小之比是例2.如图，a、b、c是地球大气层外圆轨道上运动的三颗卫星，a、b质量相等，且小于c的质量，则：（abd）A.b所需向心力最小教学环节地球a地球abc···学生活动预设B.b、c周期相同，且大于a的周期C.b、c向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D.b、c线速度大小相等，且小于a的线速度E、b速度变大后，可与c相遇四、人造地球卫星·O极地轨道赤道轨道一般轨道地轴牛顿虽然预言了人造地球卫星，但是由于条件的限制，直到1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星（苏联）才放射胜利，1970年4月24日我国第一颗人造地球卫星“·O极地轨道赤道轨道一般轨道地轴1.轨道类型①赤道轨道：轨道平面在赤道平面内。②极地轨道：与赤道平面垂直，过地球两极辨析：能否放射一颗卫星，轨道与地球某一经度线所确定的平面是共面同心圆。学生探讨：不行以，因为地球在自转。③一般轨道：卫星的轨道平面与赤道平面成肯定夹角2．共同特征①轨道平面肯定过地心（为什么？）②卫星均参加两种运动：围绕地球转；随着地球公转。（匀速圆周运动在太阳系内）③卫星内的物体均处于完全失重状态（缘由）说明：①卫星的轨道形态可能是圆，也可能是椭圆，由放射速度大小确定。②假如是圆形，地心就是轨道圆心；假如是椭圆，地心位于椭圆的一个焦点上。例.如图圆a、b、c，其圆心均在地球的自转轴线上，对环绕地球引导学生分析卫星为什么有这三个特征。教学环节老师活动预设学生活动预设SNSN·ObcaA.卫星的轨道可能是a。B.卫星的轨道可能是b。C.卫星的轨道可能是c。D.同步卫星的轨道只可能是b。例2．飞机中的乘客要想看到太阳从西边升起，怎样实现？（飞机自东向西飞，用地球仪演示）例3．地球赤道上的物体重力加速度为“g”，随地球自转的向心加速度为“a”，要使地球赤道上的物体飘起来，地球的转速应为原来的多少倍？解：对赤道上的物体受力分析得：设地球自转角速度为ω0.由题意可得：①②刚好飘起来设角速度为ω，则有：由②③可得：④④/①可得：例4．某物体在地面上受到的重力为160N，将它放置在卫星中，在卫星以加速a=g/2随火箭向上加速上升的过程中，物体与卫星中支持物间的压力为90N，地球半径R=6400Km，g=10m/s解析：设物体质量