高中物理第六章万有引力与航天第5节宇宙航行教案

5．宇宙航行

教学目标

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。

过程与方法

通过用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；

2．感知人类探索宇宙的梦想．促使学生树立献身科学的人生价值观。

教学重点

第一宇宙速度的推导。

教学难点

运行速率与轨道半径之间对应的关系。

教学方法

探究、讲授、讨论、练习。

教具准备

多媒体课件

教学过程

［新课导入］

1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的新纪元。我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，1999年发射了“神舟”号试验飞船。

随着现代科学技术的发展，我们对人造卫星已有所了解，那么地面上的物体在什么条件下才能成为人造卫星呢？人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢？这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。

［新课教学］

一、人造地球卫星

1．牛顿的设想

在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？

它们的落地点不同，速度越大，落地点离山脚越远。因为在同一座高山上抛出，它们在空中运动的时间相同，速度大的水平位移大，所以落地点也较远。

假设被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？

如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用，

那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速

度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：从

高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也一次

比一次离山脚远，如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。

2．人造地球卫星

（1）人造地球卫星

从地面抛出的物体，在地球引力的作用下绕地球旋转，就成为绕地球运动的人造卫星。

（2）人造地球卫星必须满足的条件

地球对卫星的万有引力恰好提供卫星作匀速圆周运动所需的向心力。（3）描述卫星运动的物理量

设地球的质量为M ，卫星的质量为m ，地球的半径为R ，卫星离地面的高度为h ，则卫星的轨道半径r ＝R ＋h ，设卫星在轨道上运动的向心加速度为a ，线速度为v ，角速度为ω，周期为T ，根据万有引力提供人造卫星做圆周运动的向心力这一基本力学关系，得：

222

224Mm v πF G ma m ωr m mr r r T

=====

①卫星的向心加速度

2GM

a r

=，r ↑→a ↓。

②卫星运动的角速度

ω=

r ↑→ω↓。 ③卫星运动的线速度

v =

r ↑→v ↓。 ④卫星运动的周期

2T =r ↑→T ↑。

当人造卫星环绕地球表面运动时，r min ＝R ，T min ＝5060s 。所以不可能在地球上发射一颗周期是80min 的卫星。

强调卫星的轨道与相关各量的一一对应性。二、宇宙速度

设一颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转，卫星绕地球运转的向心力由地球的万有引力来

提供。由v =

【思考讨论】是向高轨道发射困难，还是向低轨道发射卫星困难呢？向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力做更多的功。

1．第一宇宙速度

物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度（first cosmetic velocity ），也叫做地面附近的环绕速度。

对于靠近地面运行的人造卫星，可以认为此时的r 近似等于地球的半径R ，则

212v Mm

F G m mg R R ===

1v =

=7.9km/s 2．第二宇宙速度

如果卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s ，此

时卫星的运行轨道又如何呢？

①当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s ，而小于11.2 km/s ，它绕地球运动的轨迹就不是圆形，而是椭圆。②当物体的速度等于或大于11.2km/s 时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。(此时轨道为抛物线)

从地面上发射人造天体，要使它脱离地球的引力，不再绕地球运行，所需要的最小发射速度，叫第二宇宙速度。也叫做地面附近的脱离速度。

21v =＝11.2 km/s

3．第三宇宙速度

达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。在地面附近发射一个物体，要使物体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 ，这个速度叫做第三宇宙速度。(以大于第三宇宙速度发射的人造天体，其轨道为双曲线)

从地面上发射人造天体，使它不仅能脱离地球的引力，而且还能脱离太阳系的引力束缚，这时所需要的最小发射速度，叫第三宇宙速度，也称为逃逸速度。

v 3＝16.7km/s

三、同步卫星简介

(向学生介绍有关卫星的轨道问题：让学生画出他认为可能的轨道，逐一分析，得出卫星的轨道要想稳定，轨道必须在通过地球球心的大圆轨道内。介绍轨道平面、轨道倾角等概念；介绍极地轨道、赤道轨道等轨道类型)

同步卫星是指相对于地球静止，即始终在地球某一位置的正上方。因而，同步卫星必须有一定的条件。

首先，卫星的运动方向必须与地球的自转方向一致，且和地

球自转的角速度要相同。

如图所示，假定卫星m 在赤道上空以外的某空间随地球转动，其受力为地球对它的万有引力F ，将F 分解为指向地轴的分力F 1，该力作为卫星随地球转动的向心力，另一分力为F 2，实际中找不到与F 2相平衡的力，所以卫星将落向赤道平面，此时地球对卫星的万有引力全部作为向心力，所以同步卫星只能定点在赤道上空。

1．地球同步卫星的特点

（1）卫星的轨道平面与地球赤道平面重合，卫星位于地球赤道的正上方，运动方向与地球自转方向一致。

（2）卫星的周期与地球自转的周期相同，或角速度与地球自转的角速度相同。

【例题】已知地球半径R ＝6400km ，运转周期T ＝24h ＝24×3600s ，地球质量M ＝5.98×1024

kg ，求同步卫星的轨道高度h ？

解析：同步卫星作匀速圆周运动所需的向心力同万有引力提供，根据向心力公式有：

224()()()Mm πG m R h ωm R h R h T

=+=++

h R R == 代入数值解得：h ＝3.6×107

m 。

（说明：可以用GM ＝R 2

g 来计算） 2．地球同步卫星的“五定”

定周期（运转周期与地球自转周期相同）；定轨道平面（轨道平面与赤道平面重合）；定高度（离地高度为36000km），定速度（线速度均为3.1×103m/s）；定点（每颗同步卫星都定点在世界卫星组织规定的位置上）。

四、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。

真正为人类迈向太空提供科学思想的，是生于19世纪中叶的俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基。他指出，利用喷气推进的多级火箭，是实现太空飞行最有效的工具。

地球是人类的摇篮，但是人类不会永远生活在摇篮里。

——齐奥尔科夫斯基

1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星在苏联发射成功。卫星重83.6 kg，每96min绕地球飞行一圈。

几年之后，1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。火箭点

火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108 min，然后重返大气层，安全

降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。

1969年7月16日9时32分，阿波罗11号飞船在美国卡纳维拉尔

角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月19日，飞

船进入月球轨道。7月20日，指挥长阿姆斯特朗和驾驶员奥尔德林进

入登月舱，与母船分离后于下午4时17分在月面着陆。10时56

分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出了那句载入史册的

名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却

是巨大的飞跃。”人们祝贺说：“由于你们的成功，天空已成为人

类世界的一部分。”

1992年，中国载人航天工程正式启动。2003年10月15日

9时，我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落

在内蒙古主着陆场。这次成功的发射实现了中华民族千年的飞天梦想，

标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载入航天活动的国家，为

进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础。

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？……

爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜。”你想加入破解它的行列吗？

［小结］

通过本节课的学习，我们学习了绕地球飞行的卫星情况，了解了描述卫星的物理量的特点。知道了第一宇宙速度（环绕速度）v1＝7.9km/s；第二宇宙速度（脱离速度）v2＝11.2km/s；第三宇宙速度（逃逸速度）v3＝16.7km/s。要区分卫星的发射速度与卫星进入轨道后的环绕速度。

［布置作业］

教材第44页“问题与练习”。

板书设计

5．宇宙航行

一、人造地球卫星

1．牛顿的设想

2．人造地球卫星

（1）人造地球卫星

从地面抛出的物体，在地球引力的作用下绕地球旋转，就成为绕地球运动的人造卫星。（2）人造地球卫星必须满足的条件

地球对卫星的万有引力恰好提供卫星作匀速圆周运动所需的向心力。（3）描述卫星运动的物理量

222

224Mm v πF G ma m ωr m mr r r T

=====

①卫星的向心加速度

2GM

a r

=，r ↑→a ↓。

②卫星运动的角速度

ω=

r ↑→ω↓。 ③卫星运动的线速度

v =

r ↑→v ↓。 ④卫星运动的周期

2T =r ↑→T ↑。

二、宇宙速度 1．第一宇宙速度

物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度（first cosmetic velocity ），也叫做地面附近的环绕速度。

对于靠近地面运行的人造卫星，可以认为此时的r 近似等于地球的半径R ，则

212v Mm

F G m mg R R ===

1v =

=7.9km/s 2．第二宇宙速度

从地面上发射人造天体，要使它脱离地球的引力，不再绕地球运行，所需要的最小发射速度，叫第二宇宙速度。也叫做地面附近的脱离速度。

21v =＝11.2 km/s

3．第三宇宙速度

v 3＝16.7km/s

三、同步卫星简介

1．地球同步卫星的特点

（1）卫星的轨道平面与地球赤道平面重合，卫星位于地球赤道的正上方，运动方向与地球自转方向一致。

（2）卫星的周期与地球自转的周期相同，或角速度与地球自转的角速度相同。

2．地球同步卫星的“五定”

四、梦想成真

(完整版)第六章万有引力与航天知识点总结

万有引力与航天 1、开普勒行星运动定律 (1).所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上. (2).对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积. (3).所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等. 3 2a K T = （K 只与中心天体质量M 有关）行星轨道视为圆处理，开三变成3 2r K T =（K 只与中心天体质量M 有关） 2、万有引力定律：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体质量的乘积成正比，跟它们距离的二次方成反比。表达式：122,m m F G r =2211kg /m N 1067.6??=-G 适用于两个质点（两个天体）、一个质点和一个均匀球（卫星和地球）、两个均匀球。 (质量均匀分布的球可以看作质量在球心的质点) 3、万有引力定律的应用：（天体质量M , 卫星质量m ，天体半径R, 轨道半径r ，天体表面重力加速度g ，卫星运行向心加速度n a ，卫星运行周期T) 两种基本思路： 1．万有引力=向心力 (一个天体绕另一个天体作圆周运动时，r=R+h ) 人造地球卫星（只讨论绕地球做匀速圆周运动的人造卫星r=R+h ）： r GM v =，r 越大，v 越小；3 r GM =ω，r 越大，ω越小；GM r T 324π=，r 越大，T 越大； 2n GM a r =，r 越大，n a 越小。 (1)求质量：①天体表面任意放一物体重力近似等于万有引力：= G M m R 2→2 gR M G = ②当一个星球绕另一个星球做匀速圆周运动时，设中心星球质量为M ，半径为R ，环绕星球质量为m ，线速度为v ，公转周期为T ，两星球相距r ，由万有引力定律有： 2 222??? ??==T mr r mv r GMm π，可得出中心天体的质量：23224GT r G r v M π==

万有引力与宇宙专题练习(解析版)

一、第七章万有引力与宇宙航行易错题培优（难） 1．2020年也是我国首颗人造卫星“东方红一号”成功发射50周年。1970年4月24日我国首次成功发射的人造卫星“东方红一号”，目前仍然在椭圆轨道上运行，其轨道近地点高度约为440km ，远地点高度约为2060km ；1984年4月8日成功发射的东方红二号卫星运行在赤道上空35786km 的地球同步轨道上。设东方红一号在近地点的加速度为1a ，线速度1v ，东方红二号的加速度为2a ，线速度2v ，固定在地球赤道上的物体随地球自转的加速度为3a ，线速度3v ，则下列大小关系正确的是（） A ．213a a a >> B ．123a a a >> C ．123v v v >> D ．321v v v >> 【答案】BC 【解析】【分析】【详解】 AB ．对于两颗卫星公转，根据牛顿第二定律有 2 Mm G ma r = 解得加速度为2GM a r = ，而东方红二号的轨道半径更大，则12a a >；东方红二号卫星为地球同步卫星，它和赤道上随地球自转的物体具有相同的角速度，由匀速圆周运动的规律 2a r ω= 且东方红二号卫星半径大，可得23a a >，综合可得123a a a >>，故A 错误，B 正确； CD ．假设东方红一号卫星过近地点做匀速圆周运动的线速度为1v '，需要点火加速变为椭圆轨道，则11 v v '>；根据万有引力提供向心力有 2 2Mm v G m r r = 得卫星的线速度v = 可知，东方红二号的轨道半径大，则1 2v v '>；东方红二号卫星为地球同步卫星，它和赤道上随地球自转的物体具有相同的角速度，由匀速圆周运动的规律有 v r ω= 且东方红二号卫星半径大，可得23v v >，综上可得11 23v v v v '>>>，故C 正确，D 错误。故选BC 。 2．在地球上观测，太阳与地内行星（金星、水星）可视为质点，它们与眼睛连线的夹角有最大值时叫大距。地内行星在太阳东边时为东大距，在太阳西边时为西大距，如图所示。已知水星到太阳的平均距离约为0.4天文单位（1天文单位约为太阳与地球间的平均距

高中物理_宇宙航行教学设计学情分析教材分析课后反思

6.5 《宇宙航行》教学设计 --------- 【设计思想】宇宙航行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。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。本节重点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。人造卫星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。本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。【学情分析】万有引力定律、圆周运动、天体运动都已经讲过，从知识上讲学生运用牛顿第二定律直接推导出卫星的速度并不是一件困难的事情．或许学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高．【教学目标】（一）知识与技能 1.了解牛顿关于人造地球卫星的最初构想。 2.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题 3.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。 4.通过实例，了解人类对太空的探索历程，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。（二）过程与方法 1．在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。 2．通过对卫星运行的线速度与轨道半径的关系的讨论，通过对第一宇宙速度的计算和理解，培养学生探究问题的能力，应用所学物理知识解决问题的能力，归纳结论的能力。（三）情感、态度与价值观 1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发起学生对科学探究的兴趣，激发学生学习物理的热情。 2．通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。 3．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

第六章万有引力与航天教案

第六章万有引力与航天第一节行星的运动从古到今，人类不仅创作了关于星空的神话、史诗，也在孜孜不倦地探索日月星辰的运动奥秘．所谓“斗转星移”，从古希腊科学家托勒密的地心说、波兰天文学家哥白尼的日心说到丹麦天文学家第谷的观测资料和德国天文学家开普勒的三大定律，人们终于认识到了行星运动的规律． 1．了解地心说和日心说的基本内容及其代表人物． 2．知道人类对行星运动的认识过程是漫长的，了解对天体运动正确认识的重要性．3．理解开普勒三定律，知道其科学价值，了解第三定律中k值的大小只与中心天体有关． 4．了解处理行星运动问题的基本思路，体会科学家的科学态度和科学精神．一、两种学说

二、开普勒行星运动定律的一它与太公式： a3 T2＝k，k是一个与行星无关的常量三、开普勒行星运动定律的实际应用 1．行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心． 2．对某一行星来说，它绕太阳转动的角速度(或线速度)大小不变，即行星做匀速圆周运动． 3．所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方比值都相等．行星运动的模型一、模型特点 1．行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心． 2．对某一行星，它绕太阳运动的角速度(或环绕速度大小)不变，行星做匀速圆周运动．3．所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值相同．若用r表示轨道半径，T表示公转周期，则 r3 T2＝k.

二、典例剖析飞船沿半径为r 的圆周绕地球运动，其周期为T ，如果飞船要返回地面，可在轨道上的某一点A 处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着地心为焦点的特殊椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B 点相切，如图所示．如果地球半径为r 0，求飞船由A 点到B 点所需的时间．解析：由开普勒第三定律知，飞船绕地球做圆周(半长轴和半短轴相等的特殊椭圆)运动时，其轨道半径的三次方跟周期的平方的比值，等于飞船绕地球沿椭圆轨道运动时其半长轴的三次方跟周期平方的比值．飞船椭圆轨道的半长轴为r ＋r 02，设飞船沿椭圆轨道运动的周期为T′，则有r 3T 2＝（r ＋r 0）3 8T ′2 .而飞船从A 到B 点所需的时间为：t ＝T ′2＝28???? 1＋r 0r 32·T. 答案：28 ???? 1＋r 0r 32·T 第二、三节太阳与行星间的引力万有引力定律哥白尼说：“太阳坐在它的皇位上，管理着围绕着它的一切星球”，那么是什么原因使行星绕太阳运动呢？伽利略、开普勒以及法国数学家笛卡尔都提出过自己的解释．然而，只有牛顿才给出了正确的解释……

高一物理下册万有引力与宇宙易错题(Word版含答案)(1)

一、第七章万有引力与宇宙航行易错题培优（难） 1．2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有 A．在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度 B．在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能 C．在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期 D．在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度【答案】ABC 【解析】【分析】【详解】本题考查人造地球卫星的变轨问题以及圆周运动各量随半径的变化关系． 2 2 v Mm m G r r =，得 GM v r =，在人造卫星自然运行的轨道上，线速度随着距地心的距离减小而增大，所以远地点的线速度比近地点的线速度小，v A

第六章万有引力与航天

第六章万有引力与航天要点解读一、天体的运动规律从运动学的角度来看，开普勒行星运动定律提示了天体的运动规律，回答了天体做什么样的运动。 1．开普勒第一定律说明了不同行星的运动轨迹都是椭圆，太阳在不同行星椭圆轨道的一个焦点上； 2．开普勒第二定律表明：由于行星与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积，所以行星在绕太阳公转过程中离太阳越近速率就越大，离太阳越远速率就越小。所以行星在近日点的速率最大，在远日点的速率最小； 3．开普勒第三定律告诉我们：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，比值是一个与行星无关的常量，仅与中心天体——太阳的质量有关。开普勒行星运动定律同样适用于其他星体围绕中心天体的运动（如卫星围绕地球的运动），比值仅与该中心天体质量有关。二、天体运动与万有引力的关系从动力学的角度来看，星体所受中心天体的万有引力是星体作椭圆轨道运动或圆周运动的原因。若将星体的椭圆轨道运动简化为圆周运动，则可得如下规律： 1．加速度与轨道半径的关系：由2 Mm G ma r =得2r GM a = 2．线速度与轨道半径的关系：由22Mm v G m r r =得v = 3．角速度与轨道半径的关系：由22Mm G m r r ω=得ω=4．周期与轨道半径的关系：由r T m r Mm G 222?? ? ??=π得GM r T 32π= 若星体在中心天体表面附近做圆周运动，上述公式中的轨道半径r 为中心天体的半径R 。

学法指导一、求解星体绕中心天体运动问题的基本思路 1．万有引力提供向心力； 2．星体在中心天体表面附近时，万有引力看成与重力相等。二、几种问题类型 1．重力加速度的计算由2 ()Mm G mg R h =+得2()GM g R h =+ 式中R 为中心天体的半径，h 为物体距中心天体表面的高度。 2．中心天体质量的计算（1）由r T m r GMm 22)2(π=得23 24GT r M π= （2）由mg R Mm G =2得2gR M G = 式（2）说明了物体在中心天体表面或表面附近时，物体所受重力近似等于万有引力。该式给出了中心天体质量、半径及其表面附近的重力加速度之间的关系，是一个非常有用的代换式。 3．第一宇宙速度的计算第一宇宙速度是星体在中心天体附近做匀速圆周运动的速度，是最大的环绕速度。（1）由2R Mm G =R v m 21得1v = （2）由mg =R v m 2 1得1v =4．中心天体密度的计算

走近中国航天教案

走近中国航天活动目标： 1. 通过开展走近中国航天这一综合实践活动，调发学生对航天知识的兴趣，产生热爱祖国的情感。 2. 学生运用已有的知识经验，通过思考、分析等过程自行设计解决方案，利用周围的航天资源来解决问题，体会研究性学习的方式，养成探究意识。培养其提出问题、分析问题、解决问题，以及综合运用知识的能力。 3. 在活动中培养学生小组学习、分工合作、积极参与、乐于表现的意识以及与他人分享的态度。正式别人的意见和建议，能够在反思的基础上不断地改进。活动重点：此次活动，借走近中国航天这一主题，引导学生学习航天人身上的勇于创新、勇于探索的航天精神。学生在参加实践活动中了解我国的航天史，明确未来的发展路线，产生热爱的航天，热爱祖国的情感。活动过程： 1. 欣赏交流引发主题师：同学们，在2016年10月17日7时30分，在我们伟大的祖国发生了一件让世界瞩目的大事，那就是神舟十一号载人航天飞船再次搭乘 3 名宇航员执行为期30 天的航天飞行任务，下面我一起来回顾一下那激动人心的精彩场面。师：航天事业是高难度，高挑战的，它需高素质，高能力的人才，需要不断创新的科学技术。作为中学生，我们将是未来航天事业的后继人，现在世界各国的航天竞争十分激烈，我们应该多了解一些航天知识，为实现我们的航天梦打好基础。 2. 交流讨论征集课题将学生分成六个组，围绕“中国航天” ，开展组内讨论，选择 1 一-2 个你最有感兴趣，想去研究的问题。填写在卡片上。学生分组讨论，填写最有兴趣探究问题征集卡。 3. 确定课题收集资料 A航天员训练航天员的培训内容包括：体质锻炼、理论知识教育、心理训练、特殊环境因素耐力和适应性训练、生存训练和航天器技术训练、航天医学工程技术训练、空间

高一物理万有引力与航天

新人教版高中物理必修二同步教案第六章万有引力与航天单元复习教案新课标要求 1、理解万有引力定律的内容和公式。 2、掌握万有引力定律的适用条件。 3、了解万有引力的“三性”，即：①普遍性②相互性 ③宏观性 4、掌握对天体运动的分析。复习重点万有引力定律在天体运动问题中的应用教学难点宇宙速度、人造卫星的运动教学方法：复习提问、讲练结合。教学过程（一）投影全章知识脉络，构建知识体系（二）本章要点综述 1、开普勒行星运动定律第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。第二定律：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。第三定律：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即： 3 2a k T = 比值k 是一个与行星无关的常量。 2、万有引力定律（1）开普勒对行星运动规律的描述（开普勒定律）为万有引力定律的发现奠定了基础。（2）万有引力定律公式： 122m m F G r =，1122 6.6710/G N m kg -=?? 周期定律开普勒行星运动定律轨道定律面积定律发现万有引力定律表述的测定天体质量的计算发现未知天体人造卫星、宇宙速度应用万有引力定律

（3）万有引力定律适用于一切物体，但用公式计算时，注意有一定的适用条件。 3、万有引力定律在天文学上的应用。（1）基本方法： ①把天体的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供： 2 22Mm v G m m r r r ω== ②在忽略天体自转影响时，天体表面的重力加速度：2 M g G R =，R 为天体半径。（2）天体质量，密度的估算。测出环绕天体作匀速圆周运动的半径r ，周期为T ，由2 224Mm G m r r T π=得被环绕天体的质量为2324r M GT π=，密度为3 22 3M r V GT R πρ==，R 为被环绕天体的半径。当环绕天体在被环绕天体的表面运行时，r ＝R ，则2 3GT π ρ= 。（3）环绕天体的绕行速度，角速度、周期与半径的关系。 ①由22Mm v G m r r =得v =∴r 越大，v 越小 ②由2 2Mm G m r r ω=得ω=∴r 越大，ω越小 ③由2224Mm G m r r T π=得T =∴r 越大，T 越大（4）三种宇宙速度 ①第一宇宙速度（地面附近的环绕速度）：v 1=7.9km/s ，人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动的速度。 ②第二宇宙速度（地面附近的逃逸速度）：v 2=11.2km/s ，使物体挣脱地球束缚，在地面附近的最小发射速度。 ③第三宇宙速度：v 3=16.7km/s ，使物体挣脱太阳引力束缚，在地面附近的最小发射速度。（三）本章专题剖析 1、测天体的质量及密度：（万有引力全部提供向心力）由r T m r Mm G 2 22??? ??=π 得2 324GT r M π= 又ρπ?=334R M 得3 23 3R GT r πρ=

高一物理必修二第六章万有引力与航天复习练习题及参考答案

高一物理期中考复习三（万有引力与航天）第一类问题：涉及重力加速度“ g ”的问题解题思路：天体表面重力（或“轨道重力”）等于万有引力，即2R Mm G mg = 【题型一】两星球表面重力加速度的比较 1、一个行星的质量是地球质量的8倍，半径是地球半径的4倍，这颗行星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的多少倍？【题型二】轨道重力加速度的计算 2、地球半径为R ，地球表面重力加速度为0g ，则离地高度为h 处的重力加速度是（） A ．202)(h R g h + B ．2 2)(h R g R + C ．20)(h R Rg + D ．20)(h R hg + 【题型三】求天体的质量或密度 3、已知下面的数据，可以求出地球质量M 的是（引力常数G 是已知的）（） A ．月球绕地球运行的周期T 1及月球到地球中心的距离R 1 B ．地球“同步卫星”离地面的高度 C ．地球绕太阳运行的周期T 2及地球到太阳中心的距离R 2 D ．人造地球卫星在地面附近的运行速度v 和运行周期T 3 4、若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动，已知其周期为T ，引力常量为G ，那么该行星的平均密度为（） A.π32GT B.24GT π C.π 42 GT D.23GT π 第二类问题：圆周运动类的问题解题思路：万有引力提供向心力，即r m r v m r T m ma r Mm G n 22 2224ωπ==== 【题型四】求天体的质量或密度 5、继神秘的火星之后，今年土星也成了全世界关注的焦点！经过近7年35.2亿公里在太空中风尘仆仆的穿行后，美航空航天局和欧航空航天局合作研究的“卡西尼”号土星探测器于美国东部时间6月30日（北京时间7月1日）抵达预定轨道，开始“拜访”土星及其卫星家族。这是人类首次针对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测！若“卡西尼”号探测器进入绕土星飞行的轨道，在半径为R 的土星上空离土星表面高h 的圆形轨道上绕土星飞行，环绕n 周飞行时间为t 。试计算土星的质量和平均密度。【题型五】求人造卫星的运动参量（线速度、角速度、周期等）问题 6、两颗人造卫星A 、B 绕地球做圆周运动，周期之比为8:1:=B A T T ，则轨道半径之比和运动速率之比分别为（） A. 2:1:,1:4:==B A B A v v R R B. 1:2:,1:4:==B A B A v v R R C. 1:2:,4:1:==B A B A v v R R D. 2:1:,4:1:==B A B A v v R R

宇宙航行教案1

第5节宇宙航行新课教学教师活动学生活动设计意图一、宇宙速度师组织学生观看常娥一号发射并到达月球的全过程flsh 动画和阅读教材“宇宙速度”。呈现问题一： 1、抛出的石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？ 2、卫星、月球没有落下来必须具备什么条件？师：演示抛物实验，提出问题。牛顿的思考与设想：（1）抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？让学生带着问题去阅读课文激发学生学习的兴趣

（2）牛顿根据自 4、若此速度再增大，又会出现什么现象？ 5、此抛出的物体速度增大何种程度才能绕地球做圆周运动？组织学生讨论猜测： 1、平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点逐渐变大。 2、速度达到一定值后，物体将不再落回地面。 3、物体不落回地面时环绕地面做圆周运动，所受地面的引力恰好来提供向心力，满足 r mv r GMm2 2 = r GM v= ? 4、若此速度再增大，物体不落回地培养学生实验与理论的结合，对物理现象进行大胆科学猜测的能力。

师：（1）由上面的第5问求得的抛出的物体速度v=7.9km/s时才能绕地球做圆周运动，这一速度就是第一宇宙速度，也是发射卫星能绕地球做环绕飞行的最低发射速度。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，所以也称为环绕速度。（2）第二宇宙速度大小 211.2/ v km s =。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，也称为脱离速度。面，也不再做匀速圆周运动，万有引力不能提供所需要的向心力，从而做离心运动，轨道为椭圆轨道 5、根据万有引力与向心力公式得 r mv r GMm2 2 = r GM v= ? s m/ 10 40 .6 10 98 .5 10 67 .6 6 24 11 ? ? ? ? = - =7.9km/s

人教版高中物理必修二宇宙航行——地球同步卫星教案

必修二 6.5宇宙航行 ——地球同步卫星教案一、教案背景本节前已经讲过卫星的发射，环绕的有关知识，对卫星环绕地球飞行的速率、周期等有了初步的了解，高中阶段主要研究的有极地卫星和地球同步卫星，其中地球同步卫星用于通讯等和人们生活息息相关用途，并且其轨道、运动有着其自己的特点。因此设立了本教案让同学们更好的了解同步卫星的特点及用途，培养学生的学习兴趣。二、教学课题地球同步卫星三、教材分析本节为第六章第五节中的一个内容。此前，学生已经学习了圆周运动和万有引力定律，知道卫星做圆周运动所需要的向心力是万有引力所充当的。并且在万有引力定律的成就一课中，对天体的运动规律也有了一定的认识。四、三维目标（一）知识与技能 1、了解地球同步卫星的一些实际应用。 2、了解地球同步卫星的运动特点。 3、地球同步卫星和其他卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量。 4、理解并运用万有引力定律处理地球同步卫星问题的思路和方法。（二）过程与方法 1、培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法。 2、培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。 3、培养学生自学能力和团队合作意识。（三）情感、态度与价值观

体会万有引力定律在人类认识自然、改造自然的巨大意义和作用。使学生对航天知识产生兴趣，增强学生学习物理的积极性和主动性。五、教学重点、难点重点：地球同步卫星的轨道特点和运行规律。难点：地球同步卫星的轨道位置的确定。六、教学方法教师启发、引导，学生观察并自主思考，讨论、交流学习成果。并结合应用现代信息技术和网络资源。通过分析找到地球表面物体万有引力与两个分力——重力和物体随地球自转的向心力，与同步卫星若在北半球受到的万有引力的两个分力进行对比与比较。得到地球同步卫星轨道位置的结论，并由万有引力定律及同步卫星周期，从而推导地球同步卫星的速度、高度等。七、教学过程（一）、新课引入在地球的周围有许许多多的卫星，有气象卫星、通讯卫星等等。其中有一种很特别的卫星它总是相对于地球的一个固定位置保持相对静止，这种卫星就是地球同步卫星。播放同步卫星视频：https://www.360docs.net/doc/2317404035.html,/flash/html/4/2012/0217/3512.html 同步卫星1_在线视频观看（二）新课教学 1、简单介绍地球同步卫星卫星环绕地球的角速度与地球自转的周期相同，相对于地面静止，因此从地球上看它总在某地的正上方，因此叫做地球同步卫星。学生活动：根据地球同步卫星的定义讨论、归纳、总结其特点：（教师引导并总结） ●与地球具有相同的角速度和周期，地球同步卫星的周期T=24h。 ●相对于地球的某地保持相对静止。

第六章万有引力与航天单元测试

第六章万有引力与航天一、单项选择题 1．对于万有引力定律的表达式F ＝G m 1m 2 r 2，下列说法中正确的是( ) ①公式中G 为引力常量，它是由卡文迪许扭秤实验测得的；②当r 趋于零时，万有引力趋于无穷大；③m 1与m 2受到的引力大小总是相等的，与m 1、m 2是否相等无关；④m 1与m 2受到的引力是一对平衡力；⑤用该公式可求出任何两个物体之间的万有引力． A ．①③⑤ B ．②④ C ．①②④ D ．①③ 2．人造地球卫星在绕地球运行时，它的轨道半径R 与周期T 的关系是( ) A ．R 与T 成正比 B ．R 3与T 2成正比 C ．R 2与T 3成正比 D ．R 与T 无关 3．关于地球同步通信卫星的说法，正确的是( ) A ．为避免通信卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上 B ．通信卫星定点在地球上空某处，各个通信卫星的角速度不同，但线速度大小相同 C ．不同国家发射通信卫星的地点不同，这些卫星轨道不一定在同一平面内 D ．通信卫星只能运行在赤道上空某一恒定的高度上 4．随着“神舟”七号的发射成功，中国航天员在轨道舱内停留的时间将增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节，下列在地面上正常使用的未经改装的器材最适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是( ) A ．哑铃 B ．弹簧拉力器 C ．单杠 D ．徒手跑步机 5．(2013·安徽名校联考)北京时间2012年10月25日23时33分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第16颗北斗导航卫星发射升空并送入预定转移轨道．第16颗北斗导航卫星是一颗地球静止轨道卫星，它将与先期发射的15颗北斗导航卫星组网运行，形成区域服务能力．根据计划，北斗卫星导航系统将于2013年初向亚太大部分地区提供服务．下列关于这颗卫星的说法正确的是( ) A ．该卫星正常运行时一定处于赤道正上方，角速度小于地球自转角速度 B ．该卫星正常运行时轨道也可以经过地球两极 C ．该卫星的速度小于第一宇宙速度 D ．如果知道该卫星的周期与轨道半径可以计算出其质量 6．若取地球的第一宇宙速度为8 km/s ，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的倍，则这颗行星上的第一宇宙速度约为( ) A ．16 km/s B ．32 km/s C ．4 km/s D ．2 km/s 7.“嫦娥”一号探月卫星沿地月转移轨道到达月球，在距月球表面200 km 的P 点进行第一次“刹车制动”后被月球捕获，进入椭圆轨道Ⅰ绕月飞行，如图所示．之后，卫星在P 点经过几次“刹车制动”，最终在距月球表面200 km 的圆形轨道Ⅲ上绕月球做匀速圆周运动．用T 1、T 2、T 3分别表示卫星在椭圆轨道Ⅰ、Ⅱ和圆形轨道Ⅲ的周期，用a 1、a 2、a 3分别表示卫星沿三个轨道运动到P 点的加速度，则下面说法正确的是( ) A ．T 1>T 2>T 3 B ．T 1a 2>a 3 D ．a 1