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视频课题：高中物理人教版必修二的第六章第五节《宇宙航行》山东省优课
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高中物理人教版必修二的第六章第五节《宇宙航行》山东省优课
教学设计
第五节 宇宙航行
学习目标：
1、了解人造地球卫星的有关知识。
2、知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。 3、应用万有引力定律等知识解决人造地球卫星运动的问题。
知识回顾：
解决天体问题的基本思路是什么?
飞天之梦：
“嫦娥奔月”“万户飞天”“飞天扫帚”
梦想成真:
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?同学们自行阅读教材“梦想成真”部分了解相关内容。
课堂探究：
一、牛顿的设想
【思考】：地面上的物体怎样才能离开地球？
1．牛顿对人造卫星原理是怎样描绘的？
(1)平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如何变化？
(2)速度达到一定值后，物体能否落回地面？
(3)若不能，此速度必须满足什么条件？
(4)若此速度再增大，又会出现什么现象？
2．人造卫星绕地球运行的动力学原因是什么？
人造地球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。 二、宇宙速度 1、第一宇宙速度
【合作探究一】：要成为一颗人造卫星的初速度须达到多大？ ⑴讨论1：已知地球的质量M ,地球的半径R,引力常量G,如何求？
讨论2：若地球质量不知，而已知地球表面的重力加速度为g，地球半径为R，则如何求？
若取g=9.8m/s2
，R=6400km，则v=
【思考】：如果发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s，它运动的轨迹如何？
⑵区分两个速度
①运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球运动的线速度。 ②发射速度：指被发射物体在地面附近离开发射装置时的速度。
⑶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。
【归纳总结】：求解第一宇宙速度的方法 方法（一）由万有引力提供向心力。
方法（二）在地球表面附近物体的重力等于万有引力
【归纳总结】：
第一宇宙速度是卫星发射的最 速度，也是卫星围绕地球运动的最 速度。 2、第二宇宙速度 大小： 。
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。3、第三宇宙速度
大小： 。
意义：使卫星挣脱 束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
典型例题1.A星球的第一宇宙速度为9km/s，已知B星球的质量是A星球质量的1/81，A星球半径是B星球半径的4倍，则在B星球上发射“近地卫星”的环绕速度约为 km/s。 典型例题2. 关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是（ ） A．它是人造卫星绕地球运行的最小速度 B．它是人造卫星绕地球运行的最大速度 C．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度 D．它是能使卫星进人近地圆形轨道的最小发射速度 三、人造地球卫星的运行规律
【思考】：人造地球卫星的运行轨道不可能是右图中哪条？为什么？
【总结】：三类人造地球卫星轨道：
①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方。 ②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空。 ③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。
【合作探究二】：人造地球卫星的周期、线速度、角速度、向心加速度与轨道半径的关系 已知地球质量M，地球半径R，卫星距地面高度h，引力常量G .请你利用已学的知识， 探究卫星绕地球的运行线速度v、角速度ω、周期T、向心加速度a与半径r的关系.
【归纳总结】：人造地球卫星的周期、线速度、角速度、向心加速度与轨道半径的关系
1.由G2rMm=mr
v2
得v= ,随着轨道半径的增大，卫星线速度 ；
【特别提醒】：
近地卫星：轨道半径等于地球的半径，它的运行速度是______,也是卫星的 环绕速度。 2.由G
2r
Mm=mω2
r 得ω= 随着轨道半径的增大，卫星的角速度 ； 3.由G2rMm=mrT
22
4 得T= 随着轨道半径的增大，卫星绕地球运行的周期 ，
【思考】：近地卫星的周期表达式？其他卫星的周期都比这个数值是大还是小？
4.由G
2
rMm
=ma 得a= 随着轨道半径增大，卫星的向心加速度减小，向心力减小。 典型例题3.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r1：r2＝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。
变式训练：地球半径为6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为7.9×103
m/s，则周期为多大？
【思考】：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
四、地球同步卫星
所谓地球同步卫星，是相对________________跟地球自转同步的卫星。 【思考】：分析同步卫星的轨道在哪儿？
练：关于地球同步卫星，下列说法正确的是（ ） A.它的运行速度小于7.9km/s B.它的运行速度大于7.9km/s
C.它的周期是24h，且轨道平面与赤道平面重合 D.每一个地球同步卫星离开地面的高度是一样的
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