第5节宇宙航行

合集下载

6,5宇宙航行0PPT

一、牛顿关于卫星的设想问题情境
问题: 地面上抛出的物体,由于受到地球引力的作用,最终都要落回到地面。
1. 月球也要受到地球引力的作用 , 为什么月亮不会落到地面上来?
由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转 , 此时月球受到的地球引力 (即重力), 用来充当绕地球运转的向心力 ,故月球不会落到地面上来.
三、梦想成真
世界航天
1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。
三、梦想成真
1984年4月12日，第一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。
世界航天
航天飞机资料：可重复使用的用运载火箭发射的飞行器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，并滑翔降落于地面。
第5节宇宙航行
中国人的飞天梦
外国人的“飞天”梦
飞天之梦的历史
知道了行星的运动规律，学习了万有引力定律
我们将要讨论的问题：
为什么宇宙飞船能登上月球？
为什么飞船能像月亮那样围绕地球旋转？飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚？
时至今日，数千颗人造卫星正在按照万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地球运转着。牛顿发现的万有引力定律取得了如此辉煌的成就，以至于阿波罗8号从月球返航的途中，当地面控制中心问及 “是谁在驾驶”的时候，指令长这样回答： “我想现在是牛顿在驾驶。”
拓展：同步卫星
5、同步卫星高度固定不变
（Ｒ＋ｈ）高度：ｈ＝ -
km
2r 2 3.14 4.237 107 v m / s 3.1km / s 线速度： T 24 3600 2 2 3.14 5 角速度： T 24 3600 rad / s 7.3 10 rad / s

2020年高中物理第五节《宇宙航行》教案人教版必修2

第七章万有引力与航天第五节宇宙航行一、教学目标1、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，各物理量之间的关系。

(2)知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

2、过程与方法：(1)通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。

3、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。

二、教学内容剖析1、本节课的地位和作用：本节内容主要介绍了宇宙速度、人造地球卫星、宇宙航天器等内容，人们在应用万有引力定律研究天体运动的基础上，实现人类的航天梦想，为科学研究、人类生活服务方面做出巨大的贡献。

通过本节学习了解如下知识：(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，V=GM / R或V= . gR,数值上M=7.9km/s .(2)第二宇宙速度：克服地球引力,脱离地球的逃逸速度.V2=11.2km/s.(3)第三宇宙速度：在地面附近发射物体挣脱太阳引力束缚的速度,V3=11.2km/s.2、本节课教学重点：对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。

3、本节课教学难点：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。

三、教学思路与方法这节内容是万有引力理论的成就在生活中的应用，与我们的生活密切相关，让学生在学习物理的过程中感受到物理就在我们的身边，与我们的生活时刻联系在一起. 从而引导学生进行科学和生活、和社会联系的思考，培养学生学习物理的兴趣，激发学生献身科学的热情，对学生科学价值观的形成起到重要的作用。

四、教学准备多媒体课件，细线，塑料瓶课堂教学设计的呢？师：牛顿设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹, 初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。

人教版高中物理必修2第6章第5节《宇宙航行》ppt课件

③ 根据老师的提示抓住老师的思路。老师在教学中经常有一些提示用语，如“请注意”、“我再重复一遍”、“这个问题的关键是····”等等，这些用语往往体现了老师的思路。来自：学习方法网
④ 紧跟老师的推导过程抓住老师的思路。老师在课堂上讲解某一结论时，一般有一个推导过程，如数学问题的来龙去脉、物理概念的抽象归纳、语文课的分析等。感悟和理解推导过程是一个投入思维、感悟方法的过程，这有助于理解记忆结论，也有助于提高分析问题和运用知识的能力。
典型例5 人类曾向木星发射“伽利略”号木星探测器，该
例题
探测器在太空中行程37亿千米并最终成功进入绕木星运行的轨道。此后不断发回拍摄到的照片，为人类近距离了解木星提供了大量的资料，则人类在地面上发射“伽利略”号的速度应为（） A.等于7.9 km/s B.大于7.9 km/s而小于11.2 km/s C.大于11.2 km/s而小于16.7 km/s D.大于16.7 km/s
2019/8/11
最新中小学教学课件
26
① 根据课堂提问抓住老师的思路。老师在讲课过程中往往会提出一些问题，有的要求回答，有的则是自问自答。一般来说，老师在课堂上提出的问题都是学习中的关键，若能抓住老师提出的问题深入思考，就可以抓住老师的思路。
② 根据自己预习时理解过的逻辑结构抓住老师的思路。老师讲课在多数情况下是根据教材本身的知识结构展开的，若把自己预习时所理解过的知识逻辑结构与老师的讲解过程进行比较，便可以抓住老师的思路。
巩固练习
巩固练习
3.若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地
球的6倍，半径是地球的1.5倍，则这颗行星的第一宇宙速
度约为多大？
（16 km/s）
布置作业

人教版高中物理必修2第六章第5节宇宙航行练习题

高中物理人教版必修2第六章5宇宙航行练习题一、单选题1.我国在轨运行的气象卫星有两类，如图所示，一类是极地轨道卫星“风云1号”，绕地球做匀速圆周运动的周期为，另一类是地球同步轨道卫星“风云2号”，运行周期为下列说法正确的是A. “风云1号”的线速度大于“风云2号”的线速度B. “风云2号”的运行速度大于C. “风云1号”的发射速度大于“风云2号”的发射速度D. “风云1号”“风云2号”相对地面均静止2.北斗问天，国之夙愿．我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星，其轨道半径约为地球半径的7倍．在发射地球静止轨道卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球静止轨道Ⅱ则下列说法中正确的是A. 该卫星的发射速度必定大于B. 卫星在地球静止轨道Ⅱ的运行速度必定大于C. 卫星在Q点通过加速实现由轨道Ⅰ进入轨道ⅡD. 卫星在轨道Ⅰ上经过Q点加速度小于在轨道Ⅱ上经过Q点的加速度3.在发射一颗质量为m的人造地球同步卫星时，先将其发射到贴近地球表面运行的圆轨道Ⅰ上离地面高度忽略不计，再通过一椭圆轨道Ⅱ变轨后到达距地面高为h的预定圆轨道Ⅲ上。

已知它在圆轨道Ⅰ上运行的加速度为g，地球半径为R，卫星在变轨过程中质量不变，则A. 卫星在轨道Ⅲ上运行的加速度大小为B. 卫星在轨道Ⅲ上运行的线速度大小为C. 卫星在轨道Ⅲ上的动能大于在轨道Ⅰ上的动能D. 卫星在轨道Ⅲ上的机械能小于在轨道Ⅰ上的机械能4.利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯．目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的倍．假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为A. B. C. D.5.关于第一宇宙速度，下列说法不正确的是A. 它是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最小运行速度B. 它是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度C. 它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度D. 它是发射卫星时的最小发射速度6.地球赤道上的山丘e，近地资源卫星p、同步通信卫星q和月球m，均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动设e、p、q、m的圆周运动速率分别为、、、，向心加速度分别为、、、，则A. B.C. D.7.2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星同步卫星，该卫星A. 入轨后可以位于北京正上方B. 入轨后的速度大于第一宇宙速度C. 发射速度大于第二宇宙速度D. 若发射到近地圆轨道所需能量较少8.北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。

第5节宇宙航行(教案)

(1)轨道平面：与赤道共面
(2)周期T＝24h
(3)轨道半径：r＝4.22×104Km
(4)运行速度：3.1km/s
(5)所有同步卫星的绕行方向相同，与地球自转方向一致
一、宇宙速度
1、第一宇宙速度
设地球和绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量分别为M、m,飞行器到地心的距离是r，飞行器的速度为v：
从上式可以看出：卫星距地心越远，它的运行速度越小。（必须说明的是：虽然距地面高的卫星运行速度比靠近地球表面的卫星运行速度小，由于向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难,以后可用能量观点分析）
展望21世纪，人类将插上科技的翅膀，在更加广阔的宇宙空间纵横驰骋！
例题1：某人造地球卫星距地面高h，绕地球做匀速圆周运动。地球质量为M，地球半径为R，引力常量为G。
(1)用h、R、G、M表示卫星的周期、线速度V、角速度ω、向心加速度an
(2)离地面越高的卫星，T、V、ω、an如何变化？
(3)若已知地球半径为6400km，地球表面的重力加速度为9.8m/s2,求最小周期。
对靠近地面的人造卫星，可以认为它的轨道半径r近似等于地球的半径R，在上式中把r用R代入，可算出：
这就是物体Leabharlann 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。
2、第二宇宙速度
在地面附近发射飞行器，如果发射速度满足7.9km/s<V<11.2km/s，它将以椭圆轨道绕地球运行，当V>11.2km/s时，卫星就会克服地球引力，永远离开地球。把11.2km/s叫做第二宇宙速度。
教学过程
教学内容
二次备课
通过设计的问题情境，导入新课
牛顿在思考万有引力定律时就曾思考过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次离山脚远。如果速度足够大，物体就不会落到地面上来，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。可以想象，这个速度是很大的，现在来计算一下，这个速度究竟有多大？

§6.5宇宙航行

基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供
近地面的卫星的速度的得出：
对于靠近地面的卫星，可以认为此时的 r 近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出：
v1
Gm R
6.6710115.891024 6.37106
m
/
s
7.9km/
s
这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最低发射速度，
轨道是椭圆（环绕地球）
脱离地球（环绕太阳）脱离太阳
第二宇宙速度第三宇宙速度
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越
小
（2）离地面越高，线速度越
小
（3）离地面越高，周期越
大
（4）离地面越高，角速度越
小
（5）离地面越高，向心加速度越小
各种各样的卫星……
返回
北
F2
西
赤道平面
叫做第一宇宙速度。
描述卫星运动的量：
线速度、角速度、周期与半径的关系？
(1)由
GM
得:ｖ＝ r
(2)由Ｇ＝ｍω２ｒ得：ω＝
GM r3
(3)由G＝４π２
mR T2
得：Ｔ＝２π
R3 GM
可见：V 、W 、T 与 r 为一一对应关系
• 运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动
的线速度
• 发射速度指被发射物体离开地面时的水平初
F1
F3
东
南
西昌卫星发射中心
酒泉卫星发射基地
太原卫星发射中
心
小结
1、宇宙速度 7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s 第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，

6.5宇宙航行.ppt

答案 A
题型一：天体运动规律的理解及应用
变式训练：如图是发射地球同步卫星的简化轨道示意图，先将卫星发射至距地面高度为h1的近地轨道Ⅰ上.在卫星经过 A 点时点火实施变轨，进入远地点为 B 的椭圆轨道Ⅱ，最后在B点再次点火，将卫星送入同步轨道Ⅲ. 已知地球表面重力加速度为g，地球自转周期为T，地球的半径为R，求： (1)近地轨道Ⅰ上的速度大小； (2)远地点B距地面的高度．
题型三：
卫星、飞船的发射和变轨问题
变式训练：．宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是( ) A．飞船加速直到追上空间站，完成对接 B．飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接 C．飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接 D．无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接
答案 B
题型二：“赤道物体”与“同步卫星”以及“近地卫星”的区别
• 变式训练:
• 设同步卫星离地心距离为r，运行速率为v1，加速度为a1,地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为a2,第一宇宙速度为v2，地球半径为R，则( AD ) 2 a1 r a1 R 2 r • A． a 2 R B． a 2
h≈0 r=6.4×106m v=7.9km/s T=85分钟
比较赤道上的某一点、近地卫星、同步卫星的T、ω、v、a
题型一：天体运动规律的理解及应用
1.如图所示，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动.下列说法正确的是 ( ) A.甲的向心加速度比乙的小 B.甲的运行周期比乙的小 C.甲的角速度比乙的大 D.甲的线速度比乙的大
例题分析
1、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，加速度越小 C、加速度越小,周期越大 D、角速度越小,加速度越大

课件6：6.5 宇宙航行

C.它运行的线速度一定小于第一宇宙速度
D.它运行的线速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
【解析】地球同步卫星一定位于赤道上空,故选项A正确;根
据万有引力提供向心力可知,地球同步卫星的轨道是确定的,故
选项B正确;稳定运行时v=

,故同步卫星的速度小于第一宇

宙速度,选项C正确、选项D错误。
4.下列关于三种宇宙速度的说法正确的是( CD )。
第三宇宙速度,选项B错误;第二宇宙速度是物体挣脱地球束缚,而
成为一颗绕太阳运行的人造行星的最小发射速度,选项C正确。
拓展一:对卫星运动问题的分析
1.如图所示,a、b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造
地球卫星,a、b质量相同且小于c的质量,下列说法中正确的是
( C )。
A.b、c的线速度大小相等,且大于a的线速度

-R=3.59×107

m

又G
=m
(+) +
得v=

=3.08×103
+
m/s。
【答案】3.59×107 m
3.08×103 m/s
谢谢
大家

所以v=

∝

,与卫星质量无关,由图知rb=rc>ra,则

vb=vc<va,A选项错误

∝
,与卫星质量无关,由rb=rc>ra,得ab=ac<aa,B选项错

a=
T=

∝

,与卫星质量无关,由rb=rc>ra,得Tb=Tc>Ta,C选项

正确;F=G ∝ ,与质量m和半径r有关,由ma=mb<mc,rb=rc>ra,

第五节宇宙航行探索

03年10月29日，美国阿拉斯加州安克雷奇的东北部山脉上空出现美丽的极光。近日，太阳风暴光临地球，引起地球两极出现极光。
小档案· “智能１号”
欧洲首个月球探测器“智能１号”的英文名叫“ＳＭＡＲＴ－１”。探测器全部由低成本、小型化的尖端技术部件构成，造价约１．１亿欧元（约合１．４亿美元）。一、体貌
白羊座（3月21日~4月19日出生者）白羊座是位于从晚秋到初秋，稍微偏南的天空上的一个星座。符号用羊的角来表示。白羊座的守护星为【火星】，守护神为【战神】。
金牛座（4月20日~5月20日出生者），金牛座是在冬天夜晚出现于南侧的星座。金牛座的符号，象徽牛的头部，其守护星为【金星】，守护神为爱与美的女神—【维纳斯】。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆；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。
二、宇宙速度
3、第三宇宙速度
大小：v=16.7km/s 意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外，也叫逃逸速度。
二、宇宙速度 1、第一宇宙速度
计算地球半径R=6400km，地球质量M=5.98×1024kg
v GM 7.9km / s R
1、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——第一宇宙速度 2、要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s
3、最小发射速度最大环绕速度（半径最小时）
二、宇宙速度 1、第一宇宙速度计算人造卫星在地球表面做圆周运动的周期
Mm G R2
mg
或：T
4π2 m T2 R
Mm G R2

课件3：6.5 宇宙航行

力近似等于万有引力．在地球表面，m0g＝GMR2m0；在月球表面，m0g′＝Gmr2m0. 由以上两式得 g′＝1861g. 由于地球表面第一宇宙速度 v1＝ gR＝7.9 km/s. 则月球表面 v′＝ g′r＝ 8116g×14R＝29 gR≈ 1.8 km/s.
答案：B
名师归纳：处理天体运动问题，就要明确天体表面重力加速度、第一宇宙速度及天体质量与半径的关系，熟练运用这些关系去解决问题．
v＝ GrM，由题图可以看出卫星的轨道半径 rC>rB>rA，故
可以判断出 vA>vB>vC，选项 A 错误．
因不知三颗人造地球卫星的质量关系，故无法根据 F＝
GMr2m判断它们与地球间的万有引力的大小关系，选项 B 错误．
由 GMr2m＝mω2r 得 ω＝
GM r3
，又
rC>rB>rA，所以
ωA>ωB>ωC，选项 C 正确．
卫星的绕行速度v≤7.9 km/s，即7.9 km/s是卫星绕地球做圆周运动的最大速度，即卫星紧“贴”地面的环绕速度．
尝试应用
2．关于第一宇宙速度，下列说法中正确的是( ) A．它是人造地球卫星绕地球运转的最小速度 B．它是人造卫星在近地圆形轨道上的远行速度 C．它是能使卫星进入近地轨道的最小发射速度 D．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度解析：第一宇宙速度是发射卫星的最小速度，也是卫星环绕地球做圆周运动的最大速度，离地越远，速度越小．卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点做离心运动，说明在近地点的速度大于环绕速度．答的半径约为地球半径的 1 ，地
81
4
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( )

人教版高中物理必修二第六章第五节宇宙航行+测试题+Word版含答案.pptx

上圆形轨道 r 距离地球的高度约为 36 000 km，所以两个人都在赤道
上，两卫星到地球中心的距离一定相等．故选C. 答案：C 6．(多选)如图，近地人造卫星和月球绕地球的运行轨道可视为
圆．设卫星、月球绕地球公转周期分别为 T 卫、T 月，地球自转周期为 T地，则 ()
学无止境
A．T 卫＜T 月 C．T 卫＜T 地
v2 mR 可得，选项
C
错误．由
F＝34GπRmρ，F＝mR4Tπ22可知，周期之比
为 1∶1，故 D 错误．
答案：A 8．“北斗”卫星导航定位系统由地球静止轨道卫星(同步卫星)、中轨道卫星和倾斜同步卫星组成．地球静止轨道卫星和中轨道卫星都
在圆轨道上运行，它们距地面的高度分别约为地球半径的 6 倍和 3.4 倍．下列说法正确的是( )
（R＋h静）3
ω静
≈2，＝
（R＋h中）3
ω中
R＋h中3 R＋h静 ≈
21，
v静＝
v中
R＋h中
a静 R＋h中2
≈0.79，＝
≈0.395，故只有A 正确．
R＋h静
a中 R＋h静
答案：A 9．如图所示，在同一轨道平面上的几个人造地球卫星 A、B、C 绕地球做匀速圆周运动，某一时刻它们恰好在同一直线上，下列说法
律可得 Mm0＝m0g， G R2
ρ＝34MπR，3
ρ地 g地R月
ρ月＝
＝1.5. g月R地
答案：(1)2 6 (2)1.5
A. 一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离一定相等 B. 一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍
C. 两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等 D. 两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍

高中物理_宇宙航行双星问题教学设计学情分析教材分析课后反思

高中物理必修二第六章万有引力与航天第5 节宇宙航行一、教学目标确立的依据（一）课标分析1.课标要求：会计算人造卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。

体会科学研究方法对人们认识自然的作用。

举例说明物理学的进展对自然科学的促进作用。

2.课标分析：课程标准第一个行为动词是“计算”，属于知识技能目标里的“理解”的层次，通过对万有引力定律的认识，让学生自己动手推导得出双星运动的特点。

第二个行为动词是“知道”，属于知识技能目标里“了解”的层次，通过阅读课本及课下搜集资料，让学生知道第二宇宙速度和第三宇宙速度的数值及物理意义。

第三个行为动词是“体会”，通过对双星问题的分析和总结，让学生感受科学对人类认识自然的巨大推动作用，提高科学学习的兴趣。

（二）教材分析1.教材地位和作用：“双星问题”属于人教版—普通高中《物理》教材·必修2—第六章“万有引力与航天”的第五节“宇宙航行”中的一个补充内容。

本节课是以学生之前中已掌握的平抛运动、圆周运动和向心力等知识以及万有引力定律为基础，主要复习了了万有引力定律的成就，分析了双方法。

因此，本节课是“万有引力与航天”中的重点内容，是学生进重点：双星运动过程中各个物理量的比较及计算难点：对双星系统问题的分析思路的灵活运用，培养学生的建模星的特点和相关运算。

双星问题的分析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。

本节课不但介绍了双星问题中一些基本知识，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理一步学习研究天体物理问题的理论基础。

2.本节课属于航天部分的重要知识，主要通过学生对双星问题的分析，进一步熟练万有引力定律解决问题的思路，提高建立物理模型的能力，并通过课堂例题及目标检测掌握学生的学习情况，由“三星问题”引发学生的思考，进一步加深对本节课的认识。

3.在思维方法上，主要让学生学会知识点的类比，双星问题和之前所学圆周运动中的某些题目具有较大的相似性，通过知识的迁移，将不同章节的知识建立联系，提高学生构建知识脉络的能力。

高中物理课件-6.5宇宙航行

第5节宇宙航行
丰城九中熊文杰
地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里
航天科学的三位先驱
齐奥尔科夫斯基罗伯特•戈达德韦纳·冯·布劳恩
中国航天事业
1992年载人航天工程正式启动
2003年10月15日9时，神州5号宇宙飞船在酒泉卫星中心成功发射，将第一位航天员杨利伟送入太空绕行 14圈，10月16日6时23分降落在内蒙古主着陆场
同，即24h
可求得 T=85min
此处的万有引力与重力之差
m(2π)2R G Mm m g
T
R2
在赤道上与地球保持相
对静止
此处的万有引
力
m
(
2π) 2 T
R
G
M R
m 2
离地高度近似为0，与地面有相对
运动
同步卫星
可求得距
地面高度与地球自 h≈36000 周期相同， km，约为即24h
第一宇宙速度（环绕速度）：v =7.9千米/秒
（地球卫星的最小发射速度）
G
Mm R2
v2 m
R
mg
v GM R
v gR
一、宇宙速度
2、第二宇宙速度： (脱离速度)
v2 11.2km / s →人造行星
3、第三宇宙速度：（逃逸速度）
v3 16.7km / s →人造恒星
二、运行速度
(a、v 、ω 、T )
从当前的椭圆轨道进入大圆轨道。
以发射同步卫星为例，先进
入一个近地的圆轨道，然后
在v2点火加速，进入椭圆形转移轨道（该椭圆轨道的近
v4
地点在近地圆轨道上，远地
点在同步轨道上），到达远
地点时再次自动点火加速，

【人教版】高中物理必修二全册优秀教案：第六章万有引力与航天第5节宇宙航行

5．宇宙航行三维目标知识与技能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。

《宇宙航行》说课稿

《宇宙航行》说课稿尊敬的各位评委老师：大家好！今天我说课的题目是《宇宙航行》。

下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程、板书设计这几个方面来展开我的说课。

一、教材分析《宇宙航行》是人教版高中物理必修 2 第六章第五节的内容。

本节课主要讲述了人造卫星的发射原理、宇宙速度以及卫星的运动规律等知识。

它是在学生学习了圆周运动、万有引力定律等知识的基础上进行的，是对这些知识的综合应用和拓展。

同时，本节课的学习也为学生今后学习天体物理等相关知识奠定了基础。

本节课的教材内容具有以下特点：1、注重知识的逻辑性和系统性。

教材从万有引力定律出发，通过推导得出第一宇宙速度，进而引出第二宇宙速度和第三宇宙速度，使学生能够逐步深入地理解宇宙航行的相关知识。

2、联系实际，体现了物理知识的应用价值。

教材中介绍了人造卫星在通信、气象、导航等方面的应用，让学生感受到物理知识与生活的紧密联系。

3、培养学生的科学思维和创新能力。

通过对宇宙航行问题的探讨，激发学生的好奇心和求知欲，培养学生的科学思维和创新能力。

二、学情分析1、学生已经掌握了圆周运动、万有引力定律等相关知识，具备了一定的理论基础，但对于这些知识的综合应用能力还有待提高。

2、学生对宇宙航行充满了好奇和向往，但对于其中的物理原理可能理解不够深入，需要教师通过引导和启发，帮助学生突破难点。

3、学生在数学计算和逻辑推理方面还存在一定的困难，在教学过程中要注重培养学生的这些能力。

三、教学目标基于以上对教材和学情的分析，我制定了以下教学目标：1、知识与技能目标（1）理解人造卫星的发射原理，知道三个宇宙速度的含义和数值。

（2）掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

（3）了解人造卫星在航天领域的应用。

2、过程与方法目标（1）通过对宇宙速度的推导，培养学生的逻辑推理和数学计算能力。

（2）通过对人造卫星运动规律的探究，培养学生的科学探究能力和分析问题、解决问题的能力。

第五节：宇宙航行

1969年7月20日，阿姆斯特朗踏上了月球，在另一个星球上留下了人类的足迹。（第一次登月）
旅行者一号1977年9月5日发射，截止到2020年6月仍然正常运作。它曾到访过木星及土星，是提供了其卫星高解像清晰照片的第一艘航天器。它的主要任务在1979年经过木星系统、1980年经过土星系统之后，结束于1980年11月20日。它也是第一个提供了木星、土星以及其卫星详细照片的探测器。距今离地球最远的人造卫星。截至2019年10月23日止，旅行者1号正处于离太阳211亿公里的距离。
其他卫星
极地卫星
其他卫星
赤道卫星
赤道卫星
人造地球卫星
从卫星的受力角度分析：卫星的轨道有什么特点
• 轨道特点：万有引力提供向心力.所以轨道平面一定经过地球中心
• 对于圆轨道：地心位于其圆心；
• 对于椭圆轨道：地心位于一个焦点上。
近地卫星
轨道半径近似地可认为等于地球半径，速率
v=7.9km/s，周期T=85min。在所有绕地球
毕节二中授课教师：高安庭
嫦娥奔月
万户飞天
设想在高山上把物体水平抛出，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，物体将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。
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万有引力提供。
牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在
3、计算同步卫星高度
G
Mm (R h)2
m
4 2
T2
(R h)
h3
GMT 2
4 2
R 3.6 107 m
4、同步卫星的线速度
解：由万有引力提供向心力

6.5宇宙航行课件

（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）
第5节宇宙航行
作业：
1、阅读课本的P46-47《科学漫步》 2、课本P48《问题与练习》1-3题
三、学以致用巩固提高 [例1]如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星， a 、 b 质量相同，且小于 c 的质量，则（ BD） A.b所需向心力最大 B.b、c周期相等，且大于a周期 C.b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度 D.b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
脱离速度
3、第三宇宙速度
当物体的发射速度等于或大于16.7km/s时，物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度。
逃逸速度
三、梦想成真
三、梦想成真
第一颗人造卫星
1957年10月4日
苏联
第一艘载人飞船
1961年4月12日
苏联
加加林东方一号载人飞船
二、自主合作探究规律
牛顿对人造卫星原理的描绘
第5节宇宙航行
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。思考2：第一宇宙速度应该有多大？如何计算？
2
Mm v 方法一： GV=7.9km/s m r
2
v 方法二： mg m R
2
r
二、自主合作探究规律
6.5
宇宙航行
古人的梦想
嫦娥奔月
5
宇宙航行
一、创境激情初步感知
v0
思考1：若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?
第5节宇宙航行
一、牛顿的设想
英国科学家牛顿 (1643-1727) 在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想抛出速度足够大时，物体就不会落回地面。