人教版 (新课标)必修25.宇宙航行教学设计

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五、宇宙航行 六、经典力学的局限性本节课主要知道三个宇宙速度的意义，了解人造地球卫星的有关知识，能用万有引力定律计算有关的人造地球卫星问题。由于同步卫星是一种特殊的卫星，应用很广泛，所以应理解其原理。了解经典力学的局限性，知道牛顿定律的适用范围。[关注课标]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．3．通过介绍我国在卫星发射方面的情况，发学生的爱国热情．4．感知人类探索宇宙的梦想，使学生树立献身科学的人生价值观．5．了解经典力学的局限性。[自主学习]1。第一宇宙速度又叫 v = 2．第二宇宙速度 如果物体发射的速度更大，达到或超过 时，物体将能够摆脱地球引力的束缚, 成为绕太阳运动的行星或飞到其他行星上去。 使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度。又叫 速度。3．第三宇宙速度如果物体的发射速度再大，达到或超过 时，物体将能够摆脱太阳引力的束缚, 飞到太阳系外。 使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。又叫 4．同步通讯卫星：绕地球运动的角速度与地球自转的角速度 , 所以从地面上看, 它总在某地的正上方，因此叫地球同步卫星。这种卫星一般用于通讯, 又叫地球通讯卫星。故运行周期和地球自转周期相同T= 5．第一宇宙速度是发射一个物体，使其成为地球卫星的 。若以第一宇宙速度发射一个物体，物体将在贴着地球表面的轨道上做 .若发射速度大于第一宇宙速度，物体将在离地面远些的轨道上做 。6．牛顿定律适用于 、 领域。在高速运动（和光速可比时）要用 ；在微观领域，要用 。[内容精讲]1．人造卫星绕地球运行的动力学原因。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。2．人造卫星的运行速度。设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则，得：，可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？，可见：高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长。2、宇宙速度（1）第一宇宙速度在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力： ， 得：又因为所以⑵意义：第一宇宙速度是人造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，所以也称为环绕速度。2．第二宇宙速度大小。意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。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为椭圆；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。（3）第三宇宙速度。大小：。意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。3、人造卫星的发射速度与运行速度（1）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。（2）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。3．同步卫星所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高h处，并且h是一定的。同步卫星也叫通讯卫星。由得：h= （T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。代入数值得h=[典型例题]考点1：人造地球卫星的基本计算例1：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。针对训练1：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7.9×103m/s，则周期为多大？估算地球的平均密度。考点2：同步卫星例2：关于地球同步卫星，下列说法错误的是 ( ) A. 它一定在赤道上空运行 B．它的高度和运动速率各是一个确定值 C．它的线速度大于第一宇宙速度 D．它的向心加速度小于9．8m／s2针对训练2:设月球绕地球运动的周期为27天,则地球的同步卫星到地球中心的距离r与月球中心到地球中心的距离R之比r/R为_________[课堂测评]1.于公式R3 ／ T2=k,下列说法中正确的是（ ）A.围绕同一星球运行的行星或卫星，k值不相等B.不同星球的行星或卫星，k值均相等C.公式只适用于围绕太阳运行的行星D.以上说法均错2. 一探空火箭未打中目标而进入绕太阳的近乎圆形的轨道运行，轨道半径是地球绕太阳公转半径的16倍，则探空火箭绕太阳公转周期为_________3. 两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，周期之比为TA : TB = 1: 27，则轨道半径之比是多少？[作业超市]轻松做1．关于第一宇宙速度下列说法中错误的是（ ） A 它是人造卫星绕地球飞行的最小速度； B 它是人造卫星在近地圆形轨道上的运行速度； C 它是使人造卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度； D 它是人造卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度。2．关于绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，以下说法正确的是（ ） A 同一轨道上，质量大的卫星线速度大； B 同一轨道上，质量大的卫星向心加速度大； C 离地面越近的卫星线速度越大；D 离地面越远的卫星线速度越大； 我能行3.已知月球中心到地球中心的距离大约是地球半径的60倍，则月球绕地球运行的向心加速度与地球表面的重力加速度的之比为_______4.地球质量大约是月球质量的81倍,在登月飞船通过月、地之间的某一位置时，月球和地球对它的引力大小相等，该位置到月球中心和地球中心的距离之比为______试试看5.在天体运动中，把两颗相距较近的恒星称为双星，已知A、B两恒星质量分别为m1和m2，两恒星相距为L，两恒星分别绕共同的圆心做圆周运动，如图，求两恒星的轨道半径和角速度大小。 [学后思考] [课外拓展]1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功． 1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了“东方一号”载人飞船．火箭点火起飞绕地球飞行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑．1969年7月16日9时32分，美国“阿波罗11号”成功登临月球，载人航天技术迅速发展． 1970年4月24日，中国成功发射第一颗人造地球卫星“东方红号”。1992年，中国载人航天工程正式启动．2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空．飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础． 伴随着“神舟”五号、六号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙深空探索。