人教版高一物理必修二教案-6.5宇宙航行

6.5 《宇宙航行》

一、教材分析

《宇宙航行》系新课程人教版必修2第七章第五节，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。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。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。

二、教学目标

（一）知识与技能

（1）知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因；

（2）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度；

（3）简单了解航天发展史。

（4）能用所学知识求解卫星基本问题。

（二）过程与方法

（1）培养学生科学探索能力；

（2）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；

（3）学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。

（三）情感态度与价值观

介绍我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

课时安排：一节课

教具：多媒体课件、投影仪、计算机

三、教学重点难点

（1）第一宇宙速度的推导；

（2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别；

四、学情分析

从学生年龄特征来看，学生处于高一年级，大多是90年出生，17岁已经对本节知识有一定的接受能力，但比较起成年人来还不及，尤其是对知识体系条理性掌握，对易混淆知识的辨别能力还欠缺。从学生的知识基础来看，本节与第六章息息相关，不同水平的学生学起来认知程度不一样。从认知特点及思维规律来看，学生容易接收表象、浅显的知识，不易接收推理性强、易混淆的知识。

五、教学方法

启发探究式教学、多媒体辅助教学。

六、课前准备

1．学生的学习准备：预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。

2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案。

七、课时安排：1课时

八、教学过程

（一）创设情境，激发情感，引入新课

同学们先看一段视频。

2007年10月24日，我国在西昌卫星发射中心成功的将“嫦娥一号”卫星送入太空，进入环月轨道对月球进行科学探测．今天我们就来学习如何发射卫星走出地球、飞向宇宙，进行宇宙航行的。（板书课题）

（二）新课教学

一、宇宙速度

【创设情境】在地面附近水平抛出一个物体，当抛出速度较小时，物体做什么运动？如果抛出物体的速度逐渐增大，物体的落地点将如何变化？

学生：不考虑空气阻力，物体做平抛运动，如果抛出物体的速度逐渐增大，物体的落地点将越来越远。

（屏幕）探究一：如果平抛的初速度很大，飞行的距离很远，我们还能将地面看成平面吗？设想一下，如果抛出速度足够大，物体将如何运动呢？（1分钟）

学生：（思考并回答）地面不能看成平面而是球面，当速度足够大时，物体飞行的距离也很远，物体就不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。

（动画模拟你的想法）

教师：你的想法与牛顿当年的设想相同，牛顿在思考万有引力定律时就曾提出关于人造卫星的设想并发表在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中。

牛顿的人造卫星原理图

教师：从牛顿提出设想到第一颗人造卫星上天，历时了近三百年。这是因为发射卫星所需的速度太大了，当时人类的科技水平还提供不了这样大的发射速度。

（先说）：现在我国想发射一颗人造地球卫星, 设想你就是负责该项工作的一位工程师,你能计算出发射卫星至少需要多大的速度吗?已知以下数据：地球半径R =6400km ，地球质量M =5.98×1024kg,引力常量 Ｇ=6.67×10-11Nm 2/kg 2（计算结果保留两位有效数字）请写在你的导学案上(2分钟后学生上黑板板演) 解法一：（学生1：板书）设地球和人造地球卫星的质量分别为M 和m ,地面附近卫星到地心的距离是R ,卫星的环绕速度为v ，万有引力提供向心力 R v m

R Mm G 2

2=,R GM v =, 代入数据得：s km v /9.7=。

若已知地面附近的重力加速度g =9.8m/s 2,能用另一种方法求出这一速度吗? 解法二：（学生2：板书）重力提供向心力（重力近似等于万有引力） R v m mg R

Mm G 2

2== 代入数据得：s km v /9.7=这两种推导方法都是正确的

教师：这就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度，又叫环绕速度。

提问：小于这个速度卫星能发射成功吗？不能，它会落回地面。它是发射一个物体使其成为地球卫星的最小发射速度。

下面同学们思考

探究三：如果卫星的发射速度大于第一宇宙速度7.9km/s ，会出现什么情况呢？（思考2分钟后讨论与交流2分钟老师倾听学生的交流指导）（鼓励学生大胆猜想）

还会做匀圆吗？是椭圆轨道，地球在椭圆的哪个位置？发射后卫星离地心为什么越来越远？它受什么力?想做圆周运动需要什么力？提供的力等于需要的向心力吗？（思考回答）

学生1： 当人造卫星的发射速度大于7.9km/s 而小于11.2km/s （可能需要提问速度无论多大都绕地球转吗？有上限吗？），它的轨道不再是圆而是围绕地球运动的一个椭圆。发射速度越大，椭圆轨道越“扁”，长轴越长（如图所示）。

）

学生2：如果卫星的发射速度达到11.2km/s 时它将摆脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造小行星。我们把11.2 km/s 这个速度称为第二宇宙速度，又叫逃逸速度。

多大发射速度都绕太阳运动吗？引导学生回答：如

果发射速度大于11.2km/s 而小于16.7km/s ，则它的运

行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道

的一个焦点。如果发射速度达到16.7 km/s ，物体将能

够摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，我们把

16.7km/s 这个速度称为第三宇宙速度，也叫脱离速度。

（演示宇宙速度Flash 课件，加深学生理解）

二.梦想成真

教师：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，梦想终于实现了。

今年的4月12日是人类载人航天事业55周年纪念日。 上周末我给同学们布置的学习任务是：航天事业的成就，全球定位导航系统，黑洞的奥秘三个问题，每个小组任选一个主题进行研究，并利用互联网搜集查找相关资料，制作汇报PPT 或海报，进行交流共享。请小组代表来给大家展示交流。

展示顺序:航天，定位导航系统，黑洞（时间有限，其他小组的成果我都整理交给课代表，可以发到你们的邮箱里）

教师：尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月球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？……这些都是留给大家将来去解决的问题。

（三）课堂练习

1.假设地球的质量不变，而地球的半径增大到原来半径的2倍，那么从地球发射人造卫星的第一宇宙速度的大小应为原来的( B ) A. 2 倍 B.22 倍 C.12

倍 D.2倍 2．我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”，设该卫星的轨道是圆形的，且贴近

月球表面。已知月球的质量约为地球质量的181，月球的半径约为地球半径的14

，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s ，则该探月卫星绕月运行的速率约为( Ｄ )

A.0.4 km/s

B. 36 km/s