安圖一中物理教案時間：2023年月日課題§宇宙航行課型新授課（2課時）教學目標知識與技能1．了解人造衛星的有關知識．2．知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度．過程與方法通過用萬有引力定律推導第一宇宙速度．培養學生運用知識解決問題的能力．情感、態度與價值觀1．通過介紹我國在衛星發射方面的情況．激發學生的愛國熱情．2．感知人類探索宇宙的夢想．促使學生樹立獻身科學的人生價值觀．教學重點、難點教學重點第一宇宙速度的推導．教學難點運行速率與軌道半徑之間的關系．教學方法探究、講授、討論、練習教學手段教具準備錄像資料、多媒體課件教學活動（一）引入新課1957年前蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，開創了人類航天時代的新紀元。我國在70年代發射第一顆衛星以來，相繼發射了多顆不同種類的衛星，掌握了衛星回收技術和“一箭多星”技術，99年發射了“神舟”號試驗飛船。這節課，我們要學習有關人造地球衛星的知識。（二）進行新課1、牛頓的設想（1）牛頓對人造衛星原理的描繪。設想在高山上有一門大炮，水平發射炮彈，初速度越大，水平射程就越大，可以想象當初速度足夠大時，這顆炮彈將不會落到地面，將和月球一樣成為地球的一顆衛星。（2）人造衛星繞地球運行的動力學原因。人造衛星在繞地球運行時，只受到地球對它的萬有引力作用，人造衛星作圓周運動的向心力由萬有引力提供。（3）人造衛星的運行速度。設地球質量為M，衛星質量為m，軌道半徑為r，由于萬有引力提供向心力，則，∴，可見：高軌道上運行的衛星，線速度小。提出問題：角速度和周期與軌道半徑的關系呢？，可見：高軌道上運行的衛星，角速度小，周期長。引入：高軌道上運行的衛星速度小，是否發射也容易呢？這就需要看衛星的發射速度，而不是運行速度2、宇宙速度（1）第一宇宙速度⑴推導：問題：牛頓實驗中，炮彈至少要以多大的速度發射，才能在地面附近繞地球做勻速圓周運動？地球半徑為6370km。分析：在地面附近繞地球運行，軌道半徑即為地球半徑。由萬有引力提供向心力：，得：又∵∴結論：如果發射速度小于7.9km/s，炮彈將落到地面，而不能成為一顆衛星；發射速度等于7.9km/s，它將在地面附近作勻速圓周運動；要發射一顆半徑大于地球半徑的人造衛星，發射速度必須大于7.9km/s。可見，向高軌道發射衛星比向低軌道發射衛星要困難。⑵意義：第一宇宙速度是人造衛星在地面附近環繞地球作勻速圓周運動所必須具有的速度，所以也稱為環繞速度。（2）第二宇宙速度大小。意義：使衛星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發射速度，也稱為脫離速度。注意：發射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛星繞地球運動的軌跡為橢圓；等于或大于11.2km/s時，衛星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行。（3）第三宇宙速度。大小：。意義：使衛星掙脫太陽引力束縛的最小發射速度，也稱為逃逸速度。注意：發射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，衛星繞太陽作橢圓運動，成為一顆人造行星。如果發射速度大于等于16.7km/s，衛星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。3、人造衛星的發射速度與運行速度（1）發射速度：發射速度是指衛星在地面附近離開發射裝置的初速度，一旦發射后再無能量補充，要發射一顆人造地球衛星，發射速度不能小于第一宇宙速度。（2）運行速度：運行速度指衛星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛星“貼著”地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛星的軌道半徑大于地球半徑時，運行速度小于第一宇宙速度。3．同步衛星所謂同步衛星，是相對于地面靜止的，和地球具有相同周期的衛星，T=24h，同步衛星必須位于赤道上方距地面高h處，并且h是一定的。同步衛星也叫通訊衛星。由得：h=（T為地球自轉周期，M、R分別為地球的質量，半徑）。代入數值得h=。例題分析【例題1】有兩顆人造衛星，都繞地球做勻速圓周運行，已知它們的軌道半徑之比r1：r2＝4：1，求這顆衛星的：⑴線速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。解：⑴由得所以⑵由得所以⑶由得⑷由得【例題2】地球半徑為6400km，在貼近地表附近環繞地球做勻速圓周運動的衛星速度為×103解：⑴；⑵由得：思考：能否發射一顆周期為80min的人造地球衛星？（三）.夢想成真(展示問題)師：探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠的太空，是人類自古以來的夢想，那么夢想成真了嗎?請同學們閱讀教材“夢想成真”部分．生：1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛星發射成功．1961年4月12日，蘇聯空軍少校加加林進入了“東方一號”載人飛船．火箭點火起飛繞地球飛行一圈，歷時108min，然后重返大氣層，安全降落在地面上，鑄就了人類進入太空的豐碑．1969年7月16日9時32分，“阿波羅11號”成功登臨月球，蛾人航天技術迅速發展．1992年，中國載人航天工程正式啟動．2003年10月15日9時，我國“神舟”五號宇宙飛船在酒泉衛星發射中心成功發射，把中國第一位航天員楊利偉送人太空．飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時23分伴隨著“神舟’五號的發射成功，中國已正式啟動“嫦娥工程”，開始了宇宙探索的新征程．（四）課堂小結人造地球衛星的動力學原因。宇宙速度。發射速度與運行速度。例題分析【例題1】有兩顆人造衛星，都繞地球做勻速圓周運行，已知它們的軌道半徑之比r1：r2＝4：1，求這顆衛星的：⑴線速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。解：⑴由得所以⑵由得所以⑶由得⑷由得【例題2】地球半徑為6400km，在貼近地表附近環繞地球做勻速圓周運動的衛星速度為×103解：⑴；⑵由得：思考：能否發射一顆周期為80min的人造地球衛星？學生活動作業教材78頁1、2、3板書設計1、宇宙速度 7.9km/s11.2km/s16.7km/s第一宇宙速度是衛星發射的最小速度，是在軌道上運行的最大速度2、人造地球衛星3、同步衛星 定點在赤道上空，周期T、高度h、線速度v一定。T=24hh=36000kmv=3.1km/s4、夢想成真（1）世界的成就（2）中國的成就教學后記課后習題1．關于人造衛星，下列說法中可能的是A．人造衛星環繞地球運行的速率是7．9km／sB．人造衛星環繞地球運行的速率是5．0km／sC．人造衛星環繞地球運行的周期是80minD．人造衛星環繞地球運行的周期是200min2．觀察到某一行星有顆衛星以半徑R、周期T環繞此行星做圓周環繞運動，衛星的質量為m．(1)求行星的質量；(2)求衛星的向心加速度；(3)若行星的半徑是衛星運行軌道半徑的1／l0，那么該行星表面的重力加速度有多大?練習鞏固3．繞地球做勻速圓周運動的人造地球衛星衛星離地面越高，其線速度越，角速度越，旋轉周期越。4，繞地球做圓周運動的人造衛星中，有一與內壁相接觸的物體，這個物體（）A．受到地球的吸引力和衛星內壁的支持力的作用B．受到地球的吸引力和向心力的作用C．物體處于失重狀態，不受任何力的作用D．只受地球吸引力的作用5．當人造衛星已進入預定運行軌道后，下列敘述中正確的是（）A．衛星及衛星內一切物體均不受重力作用B．仍受重力作用，并可用彈簧秤直接稱出物體所受重力的大小C．如果在衛星內有—物體自由釋放，則衛星內觀察者將可以看到物體做自由落體運動D．如果衛星自然破裂成質量不等的兩塊，則該兩塊仍按原來的軌道和周期運行6．地球的半徑為R0，地面的重力加速度為g，一個質量為m的人造衛星，在離地面高度為h＝R0的圓形軌道上繞地球運行，則（）A．人造衛星的角速度為B．人造衛星的周期C．人造衛星受到地球的引力為D．人造衛星的速度7．已知地球的質量為M，月球的質量為m，月球繞地球的軌道半徑為r，周期為T，引力常量為G，則月球繞地球運行軌道處的重力加速度大小等于()A．B．C．D．8．兩顆人造衛星A、B繞地球做圓周運動的周期之比為TA∶TB＝l∶8，則兩顆衛星的軌道半徑之比和速率之比分別為()A．4∶1，1∶2B．4∶1，2∶1C．1∶4，2∶1D．1∶4，1∶29．“吳健雄”星的直徑約為32km，密度與地球相近．若在此小行星上發射一顆衛星環繞其表面運行，它的環繞速率約為()A．10m／sB．20m／sC．30m／sD．40m／s10．人造衛星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑為R，線速度為v，周期為T，若要使衛星的周期變為2T，可能的方法是()A．R不變，使線速度變為v／2B．v不變。使軌道半徑變為2RC．軌道半徑變為D．無法實現11．已知地球質量約為月球質量的81倍，地球半徑約為月球半徑的4倍，在地球上發射近地衛星的環繞速度為7，9km／