宇宙航行Word文件下载.docx
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4.了解地球同步卫星以及几种卫星的轨道
(二)过程与方法目标
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、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论,培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。
(三)情感态度与价值观目标
1.通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就,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。
四、教学重点
1.第一宇宙速度的推导。
2.卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
五、教学难点
卫星的发射速度与运行速度的关系。
六、教学准备:
多媒体
七、教学过程
(一):
引入新课
通过前面的学习我们知道了,人类通过站在地球上的观测,认识到了天体做什么样的运动,并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。
然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。
本节课,我们就来学习人类是如何走出地球,飞向宇宙,进行宇宙航行的。
首先来开一组图片,这是金字塔和巨石阵,据考证它们都是古人进行天文观测的场所。
很早以前,人类都是靠肉眼来进行天文观测的。
直到伽利略的出现,他将望远镜指向了天空。
有了望远镜这个工具,人类就能更好的进行天文学研究。
现在在世界各地有很多大型的天文观测站。
除了进行天文观测,人类还渴望走出地球,探索宇宙。
1957年10月4日,苏联发射了第一颗人造地球卫星。
这一事件具有划时代的意义,它宣告人类已经进入空间时代。
第一颗人造地球卫星呈球形,直径58厘米,重83.6公斤。
它沿着椭圆轨道飞行,每96分钟环绕地球一圈。
(二):
推进新课
牛顿的思考
探究:
怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动?
先让学生思考、讨论,教师可根据学生情况引导学生思考。
设疑:
我们知道,在地面上将一个物体水平抛出,若抛出时速度越大,则落地点距抛出点的水平距离越大。
如果抛出速度很大时,我们还能将地面看作平面吗?
(不能)
早在16世纪道的牛顿就曾思考过这个问题。
从地球上最高的山峰上将物体水平抛出,速度越大,落地点就越远。
如果抛出的速度足够大,物体就不在落回地面,它将绕地球运动,成为一颗人造地球卫星。
(一)宇宙速度
以多大的速度发射这个物体,物体就刚好不落回地面,成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢?
1.第一宇宙速度
设地球的质量为M,绕地球做匀速圆周运动的飞行器的质量为m,飞行器的速度为v,它到地心的距离为r。
飞行器运动所需的向心力是由万有引力提供的,所以
由此解出
引导学生思考讨论v与r的关系
当r小到地球半径时,v是最大的了
即r=R时飞行器的速度v是最大值
引导学生将R=6400kmM=5.98
10
kgG=6.67
代入计算得
这就是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度,叫做第一宇宙速度。
思考:
能否利用黄金替换式求解呢
将GM=gR
代入
与
相吻合
拓展:
(播放嫦娥一号发射的模拟视频,让学生了解卫星发射的全过程,学生也将对发射速度和运行速度有一个了解。
)
a.发射速度
发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度,一旦发射后再无能量补充,要发射一颗人造地球卫星,发射速度不能小于第一宇宙速度。
b.运行速度
运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。
当卫星“贴着”地面飞行时,运行速度等于第一宇宙速度,当卫星的轨道半径大于地球半径时,运行速度小于第一宇宙速度。
师生总结:
第一宇宙速度是最小的发射速度最大的运行速度
设疑:
如果发射速度大于第一宇宙速度,结果会怎样呢?
2.第二宇宙速度
当抛出物体的速度继续增大,地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力,物体将会脱离地球引力,离开地球。
这个速度为v=11.2km/s。
我们把v=11.2km/s叫做第二宇宙速度。
如果发射速度大于第一宇宙速度,而小于第二宇宙速度,它绕地球运行的轨迹就不是圆,而是椭圆。
3.第三宇宙速度
物体脱离地球引力的束缚后,还会受到太阳引力的束缚。
若抛出的速度足够大,物体还将脱离太阳引力的束缚,飞向太阳系之外的宇宙空间。
这个速度v=16.7km/s。
这个速度叫做第三宇宙速度。
(二)
卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
目前为止,人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了,这些卫星运行的快慢不同,那么卫星运行的快慢与什么因素有关呢?
学生可能的答案:
质量、轨道半径……
我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动,则有
可得:
师生总结:
线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关,仅由轨道半径决定。
当卫星环绕地球表面运行时,轨道半径最小为地球半径(r=R),此时线速度最大,角速度最大,周期最小。
则
(三)地球同步卫星以及几种卫星的轨道
(借助于多媒体,一边向学生展示,一边介绍,注意知识与技能的实现。
1.同步卫星
同步卫星就是与地球同步运转,相对地球静止的卫星,因此可用来作为通讯卫星,同步卫星有以下几个特点:
(1)周期一定:
同步卫星在赤道正上方相对地球静止,它绕地球的运动与地球自转同步,它的运动周期就等于地球自转的周期,T=24h.
(2)角速度一定:
同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度。
(3)轨道一定:
①因提供向心力的万有引力指向圆心,所有同步卫星的轨道必在赤道平面内。
②由于所有同步卫星的周期相同,由
知,所有同步卫星的轨道半径都相同,即在同一轨道上运动,其确定的高度约为3.6
104km.
(4)环绕速度大小一定:
所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的,都是3.08km/s,环绕方向与地球自转相同。
同步卫星具有“四定”的特点即定周期、定角速度、定速度、定轨道。
2.几种卫星的轨道
(1)赤道轨道:
卫星的轨道在赤道平面内,同步卫星就是其中的一种。
(2)极地轨道:
卫星的轨道过南北两极,即在垂直于赤道的平面内,如定位卫星系统中的卫星轨道。
(3)其他轨道:
除以上两种轨道外的卫星轨道。
一切卫星的轨道的圆心,与地心重合。
(四)梦想成真
学生先阅读,然后教师简述补充。
(借助于多媒体,一边向学生展示,一边介绍,注意情感态度与价值观目标的实现。
其实早在六百多年前的明朝,一个名叫万户的人就曾有“飞天”的壮举,但最终未能成功,并为之付出了生命。
万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。
他的努力虽然失败了,但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个,因此他被世界公认为“真正的航天始祖”,为了纪念这位世界航天始祖,世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。
19世纪中叶,俄罗斯学者,齐奥尔科夫斯基,提出利用喷气推进的多级火箭,运载发射卫星。
1957年10月4日,世界上第一颗人造卫星成功在苏联发射成功。
1961年4月12日,世界上第一次载人飞行,苏联。
1969年7月16日,人类第一次登上月球,美国。
1970年,中国第一颗人造卫星发射成功。
2003年10月15日,中国第一次载人飞行。
2007年,嫦娥一号成功发射。
然而人类对宇宙的探索并不是一帆风顺的,无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。
1986年1月28日,美国,挑战者号航天飞机升空后爆炸,七名宇航员遇难。
2003年2月1日,美国,哥伦比亚号航天飞机返航时爆炸,七名宇航员遇难。
八、课堂小结及练习
1.小结
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?
这些都是留给大家待以解决的问题。
2.练习
①同步卫星离地心距离r,运行速度为v1,加速度为a1,地球赤道上的物体随地球自转的加速度为a2,第一宇宙速度为v2,地球半径为R,则以下正确的是(多选)
A.a1/a2=r/RB.a1/a2=(r/R)2
C.v1/v2=r/RD.v1/v2=(r/R)-1/2
②一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行,认为行星是密度均匀的球体。
要确定该行星的密度,只需测量(单选)
A.飞船的轨道半径B.飞船的运行速度
C.飞船的运行周期D.行星的质量
③若取地球的第一宇宙速度为8km/s,某行星的质量是地球质量的6倍,半径是地球半径的1.5倍,则这一行星的第一宇宙速度为__________。
九、布置作业P
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十、板书设计(略)
十一、教学反思
本接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----导出这样的一条主线,激发学生积极参与讨论的热情,从而构建物理生命之课堂。
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