高一物理必修【宇宙航行】导学案

高一物理 【宇宙航行】

【学习目标】

一、知识与技能：

1．了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系；

2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

二、过程与方法：

通过探究第一宇宙速度以及人造卫星做圆周运动时线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系，培养学生运用已有知识解决问题的能力。

三、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。

【重点难点】

重点：1. 理解人造卫星做圆周运动时，线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系；

2.理解第一宇宙速度的推导过程和方法。

难点：1．人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别；

2．掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。

【预习探究】

1．通过对上节内容的学习，请总结依据牛顿定律和万有引力定律解决天体问题的基本思路是什么?

2. 牛顿对人造卫星原理是怎样描绘的？

3.人造卫星绕地球运行的动力学原因：人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由 提供。即：

向万F F

3. 第一宇宙速度

大小： km/s 。

意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近 的速度，所以也称为环绕速度。

4.第二宇宙速度

大小： km/s 。

意义：使卫星挣脱 的束缚，成为

绕 运行的人造行星的最小发射速度，也

称为脱离速度。

5.第三宇宙速度

大小： km/s 。

意义：使卫星挣脱 束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。

6.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，那么梦想成真了吗?请同学们阅读教材“梦想成真”部分．并交流你们的想法。

【合作探究】

（认真阅读教材，小组探究合作，解决下列问题并积极展示交流探究成果）

1．设地球质量为M ，卫星质量为m ，轨道半径为r ，由向万F F ，请推导：

（1）人造卫星的线速度与轨道半径的关系：

（2）人造卫星的角速度与轨道半径的关系：

（3）人造卫星的周期与轨道半径的关系：

（4）人造卫星的向心加速度与轨道半径的关系：

结论：人造卫星距离地球越远，线速度越 ，角速度越 ， 周期越 ，向心加速度越 ；即卫星运行的越 。

2.有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r 1：r 2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。

3. 推导第一宇宙速度

问题：牛顿设想的实验中，物体抛出的速度达到多大，才能在

地面附近绕地球做匀速圆周运动？请推导出这个速度的表达

式。（假设地球质量为M ，半径为R ，引力常量为G ）

4.为什么说第一宇宙速度既是最小的发射速度，也是卫星环绕地球运动的最大速度？

5．人造地球卫星围绕地球作匀速圆周运动，其速率（ ）

A.一定等于7.9s km /

B.一定大于7.9s km /

C.等于或小于7.9s km /

D.介于7.9～11.2s km /之间

【课堂小结】

本节我们探究了人造卫星做圆周运动时，线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系； 知道了三个宇宙速度的含义，并小组合作探究了如何推导第一宇宙速度。

【课堂检测案】课本第48页，练习1、2、3

【作业案】

1.两个质量相等的人造地球卫星a 、b 绕地球运行的轨道半径r a =2r b ，下列说法中正确的是：( )

A ．由公式F=r

mv 2

可知，卫星a 的向心力是b 的1/2 B ．由公式F=G 2r

Mm 可知，卫星a 的向心力是b 的1/4 C ．由公式F=m r

v 2

可知，卫星a 的向心力是b 的2倍 D ．以上说法都不对。

2．人造地球卫星的轨道半径越大，则（ ）

A.速度越小，周期越小

B.速度越小，周期越大

C.速度越大，周期越小

D.速度越大，周期越大

3．有两颗质量相同的人造卫星A、B，其轨道半径分别为R A、R B，R A∶R B＝1∶4，那么下列判断中正确的有 ( )

A．它们的运行周期之比T A∶T B＝1∶4

B．它们的运行线速度之比v A∶v B＝4∶1

C．它们所受的向心力之比F A∶F B＝4∶1

D．它们的运行角速度之比ωA∶ωB＝8∶1

4．关于人造卫星，下列说法中不可能的是 ( )

A．人造卫星环绕地球运行的速率是7．9km/s

B．人造卫星环绕地球运行的速率是5．0km/s

C．人造卫星环绕地球运行的周期是80min

D．人造卫星环绕地球运行的周期是200min

5．设第一、第二、第三宇宙速度分别是v1、v2、v3，则 ( )

A．v1＝7．9 km／s，7．9 km／s＜v2≤11．2km／s，11．2km／ｓ＜v3≤16．7km／s B．7．9 km／s≤v1＜11．2km／s，v2＝11．2 km／s，11．2km／ｓ＜v3≤16．7km／s C．7．9 km／s≤v1＜11．2km／s，11．2km／ｓ≤v2＜16．7km／s；v3＝16．7 km／s，D．v1＝7．9 km／s， v2＝11．2km／s，v3＝16．7km／s

6.已知地球质量约为月球质量的81倍，地球半径约为月球半径的4倍，在地球上发射近地卫星的环绕速度为7．9 km／s，周期为84 min．那么在月球上发射—颗近月卫星的环绕速度多大?它的周期多大?

7.能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？为什么？

【研究性学习】

阅读课本第46--47页的科学漫步和STS，查阅必要的资料，任选其中一题，撰写研究性学习论文，题目自拟。