高中物理必修2《宇宙航行》教案
高中物理必修2《宇宙航行》教案
  教学目标
  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.
  过程与方法
  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.
  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.
  教学重难点
  教学重点
  1.第一宇宙速度的意义和求法.
  2.人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.
  教学难点
  1.康熙八子近地卫星、同步卫星的区别.
  2.卫星的变轨问题.
  教学工具怨天尤人造句
  多媒体、板书
  教学过程
  一、宇宙航行
  1.基本知识
  (1)牛顿的“卫星设想”
  如图所示，当物体的初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的人造卫星.
  (2)原理
  一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力提供，
  (3)宇宙速度
  (4)梦想成真
  1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造卫星;
  1969年7月，美国“11号”登上月球;
  2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空.
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  2.思考判断
  (1)绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.(×)
  (2)在地面上发射人造卫星的最小速度是美国红枫种植技术7.9 km/s.(√)
  (3)要发射一颗月球人造卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s.(×)
  探究交流
  我国于2011年10月发射的火星探测器“萤火一号”.试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上发射
  【提示】　火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有挣脱太阳的束缚，因此它的发射速度应在第二宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s
  二、第一宇宙速度的理解与计算
  【问题导思】
  1.第一宇宙速度有哪些意义?
  2.如何计算第一宇宙速度?
  3.第一宇宙速度与环绕速度、发射速度有什幺联系?
  1.第一宇宙速度的定义
  又叫环绕速度，是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度，v=7.9 km/s.
  2.第一宇宙速度的计算
  设地球的质量为M写人的四字词语，卫星的质量为m，卫星到地心的距离为r，卫星做匀速圆周运动的线速度为v：
  3.第一宇宙速度的推广
  由第一宇宙速度的两种表达式可以看出，第一宇宙速度之值由中心星体决定，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应以
  式中G为万有引力常量，M为中心星球的质量，g为中心星球表面的重力加速度，r为中心星球的半径.
  误区警示
  第一宇宙速度是最小的发射速度.卫星离地面越高，卫星的发射速度越大，贴近地球表面的卫星(近地卫星)的发射速度最小，其运行速度即第一宇宙速度.
  例：某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t物体以速率v落回手中，已知该星球的半径为R，求这个星球上的第一宇宙速度.
  方法总结：天体环绕速度的计算方法
  对于任何天体，计算其环绕速度时，都是根据万有引力提供向心力的思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿第二定律列式计算.
  1.如果知道天体的质量和半径，可直接列式计算.
  2.如果不知道天体的质量和半径的具体大小，但知道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球环绕速度的表达式，用比例法进行计算.
  三、卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系
  【问题导思】
  1.卫星绕地球的运动通常认为是什幺运动?
  2.如何求v、ω、T、a与r的关系?
  3.卫星的线速度与卫星的发射速度相同吗?
  为了研究问题的方便，通常认为卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由万有引力提供.
  卫星的线速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系与推导如下：
  由上表可以看出：卫星离地面高度越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小.
  误区警示
  1.在处理卫星的v、ω、T与半径r的关系问题时，常用公式“gR2=GM”来替换出地球的质量M会使问题解决起来更方便.
  2.人造地球卫星发射得越高，需要的发射速度越大，但卫星最后稳定在绕地球运动的圆形轨道上时的速度越小.
  例：如图所示为在同一轨道平面上的几颗人造地球卫星A、B、C，下列说法正确的是(  )
  A.根据v=，可知三颗卫星的线速度vA
  技艺高超的成语B.根据万有引力定律，可知三颗卫星受到的万有引力FA>FB>FC
  C.三颗卫星的向心加速度aA>aB>aC
  D.三颗卫星运行的角速度ωA  【答案】　C
  四、卫星轨道与同步卫星
  【问题导思】
  1.人造地球卫星的轨道有什幺特点?
  2.人造地球卫星的轨道圆心一定是地心吗?
  3.地球同步卫星有哪些特点?
  1.人造地球卫星的轨道
  人造卫星的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道.
  (1)椭圆轨道：地心位于椭圆的一个焦点上.
  (2)圆轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所需的向心力由万有引力提供，由于万有引力指向地心，所以卫星的轨道圆心必然是地心，即卫星在以地心为圆心的轨道平面内绕地球做匀速圆周运动.
  总之，地球卫星的轨道平面可以与赤道平面成任意角度，但轨道平面一定过地心.当轨道平面与赤道平面重合时，称为赤道轨道;当轨道平面与赤道平面垂直时，即通过极点，称为极地轨道，如图所示.
  2.地球同步卫星
  (1)定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星.
  (2)六个“一定”.
  ①同步卫星的运行方向与地球自转方向一致.
  ②同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，T=24 h.

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