宇宙航行教材分析宇宙航行不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重點內(nèi)容，是學生進一步學習研究天體物理問題的理論基礎(chǔ)。另外，學生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對航天科學的熱愛，增強民族自信心和自豪感。學情分析學生已學過平拋運動、勻速圓周運動、萬有引力定律等基本理論，具備了解決問題的基本工具。設(shè)計思想本節(jié)重點講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導了第一宇宙速度，并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學上應用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現(xiàn)了知識的力量，是學生學習了解現(xiàn)代科技知識的一個極好素材。本節(jié)課的難點在于對人造衛(wèi)星原理的理解，因此教學設(shè)計上采用理論探究法，在設(shè)計中突出發(fā)揮學生的主體作用，課堂中通過設(shè)疑思考啟發(fā)引導這樣一條主線，激發(fā)鼓勵學生的大膽思考、積極參與，讓學生通過自己的分析研究來掌握獲取相關(guān)的知識和方法。 （1）宇宙速度教學中需要說明的是，第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度，發(fā)射速度低于它，衛(wèi)星將不能環(huán)繞地球做圓周運動而落回地面，但是，在環(huán)繞地球做勻速圓周運動的所有可能的速度中，第一宇宙速度是最大的環(huán)繞速度，因為，r越大，v越小，軌道半徑的最小值為地球半徑，對應的環(huán)繞速度為最大值，即第一宇宙速度。關(guān)于第二宇宙速度和第三宇宙速度，讓學生了解它們的物理含義，不作定量的計算，以此拓展學生想像和思考的空間，問題留給學生，對此有興趣的同學可以在課余時間研究。另外，結(jié)合前面學過的勻速圓周運動的知識，還可以適當補充對于人造地球衛(wèi)星運行周期T、向心加速度、線速度、角速度等的討論，并強調(diào)跟軌道的一一對應關(guān)系。（2）夢想成真教材簡述了人類航天事業(yè)的發(fā)展史，特別例舉了成功發(fā)射的人造地球衛(wèi)星的幾個實例，在這部分內(nèi)容里，建議教師結(jié)合前面的理論分析，帶領(lǐng)學生對于實例中的衛(wèi)星進行一些定量的計算，比如：“1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星在蘇聯(lián)發(fā)射成功。衛(wèi)星重83.6kg，每96min繞地球飛行一圈。”可以問學生：這顆衛(wèi)星的軌道半徑是多少？衛(wèi)星距地面的高度是多少？衛(wèi)星運行的角速度多大？既鞏固了勻速圓周運動運動學和動力學知識在人造衛(wèi)星問題方面的實際運用，還增加學生對于這類問題的興趣。在“問題與練習”中，就2003年我國成功發(fā)射的神舟5號宇宙飛船有類似的計算。這節(jié)內(nèi)容，既介紹了航天成就，又談到人類為此付出的代價。全文最后說：“一個人最完美和最強烈的情感來自面對不解之謎”。以激勵 1地球同步衛(wèi)星的特點 【例題】已知地球半徑R6400km，運轉(zhuǎn)周期T24h243600s，地球質(zhì)量M5.981024kg，求同步衛(wèi)星的軌道高度h？解析：同步衛(wèi)星作勻速圓周運動所需的向心力同萬有引力提供，根據(jù)向心力公式有：代入數(shù)值解得：h3.6107m。（說明：可以用GMR2g來計算）【鞏固練習】所有地球同步衛(wèi)星的線速度v、軌道半徑r（距地面高度h）、周期T、角速度等是否相同？用m表示同步衛(wèi)星的質(zhì)量，h表示它離地面的高度，R0表示地球半徑，g0表示地球表面的重力加速度，0表示地球自轉(zhuǎn)角速度，則同步衛(wèi)星所受地球?qū)λ娜f有引力大小是Am0R0 BmR20g0/(R0h)2C Dm20(R0h) 答案：BCD（用多媒體放映“航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行”的錄像資料，使學生了解我國在航天技術(shù)上所取得的巨大成就）2地球同步衛(wèi)星的“五定”定周期（運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同）；定軌道平面（軌道平面與赤道平面重合）；定高度（離地高度為36000km），定速度（線速度均為3.1103m/s）；定點（每顆同步衛(wèi)星都定點在世界衛(wèi)星組織規(guī)定的位置上）。四、夢想成真探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠的太空，是人類自古以來的夢想。 地球是人類的搖籃，但是人類不會永遠生活在搖籃里。齊奧爾科夫斯基1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星在蘇聯(lián)發(fā)射成功。衛(wèi)星重83.6 kg，每96min繞地球飛行一圈。幾年之后，1961年4月12日，蘇聯(lián)空軍少校加加林進入了東方一號載人飛船?；鸺c火起飛，飛船繞地球飛行一圈，歷時108 min，然后重返大氣層，安全降落在地面，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號飛船在美國卡納維拉爾角點火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。7月19日，飛船進入月球軌道。7月20日，指揮長阿姆斯特朗和駕駛員奧爾德林進入登月艙，與母船分離后于下午4時17分在月面著陸。10時56分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并說出了那句載入史冊的名言：“對個人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言，卻是巨大的飛躍?！比藗冏ＹR說：“由于你們的成功，天空已成為人類世界的一部分?！?992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(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場。這次成功的發(fā)射實現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢想，標志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載入航天活動的國家，為進一步的空間科學研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。盡管人類已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙之宏大，地球和月亮不過是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對于宇宙之久長，人類歷史不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕宇宙留給人們的思考和疑問深邃而廣闊。宇宙有沒有邊界？有沒有起始和終結(jié)？地外文明在哪里？愛因斯坦曾經(jīng)說過：“一個人最完美和最強烈的情感來自面對不解之謎。”你想加入破解它的行列嗎？【課堂練習】關(guān)于第一宇宙速度，下面說法正確的是（BC）A它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度B它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的運行速度C它是使衛(wèi)星進入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度D它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時在近地點的速度在環(huán)繞地球運行的飛船實驗艙內(nèi)，下面幾項實驗中可以正常進行的是（CD）A用天平稱物體的質(zhì)量B同彈簧秤稱物體的重力C上緊鬧鐘上的發(fā)條D用體溫表測宇航員的體溫關(guān)于人造地球衛(wèi)星與宇宙飛船的下列說法中，正確的是（AB）A如果知道人造地球衛(wèi)星的軌道半徑和它的周期，再利用萬有引力恒量，就可算出地球質(zhì)量B兩顆人造地球衛(wèi)星，只要它們的繞行速率相等，不管它們的質(zhì)量、形狀差別有多大，它們的繞行半徑和繞行周期就一定是相同的C原來在同一軌道上沿同一方向繞行的人造衛(wèi)星一前一后，若要后一衛(wèi)星追上前一衛(wèi)星并發(fā)生碰撞，只要將后者速率增大一些即可ABrRABABD一只繞火星飛行的宇宙飛船，宇航員從艙內(nèi)慢慢走出，并離開飛船，飛船因質(zhì)量減小，所受萬有引力減小，故飛行速度減小飛船沿半徑為r的圓周繞地球運動，其周期為T，如果飛船要返回地面，可在軌道某一點A將速率降低適當數(shù)值，從而使飛船沿經(jīng)地心焦點的橢圓軌道運行，橢圓與地球表面在B點相切，如圖所示，已知地球半徑為R。試求：飛船由A點到B點所需的時間。在天體運動中，把兩顆相距較近的恒星稱為雙星，已知A、B兩恒星質(zhì)量分別為M1和M2，兩恒星相距為L，兩恒星分別繞共同的圓心做圓周運動，如圖，求兩恒星的軌道半徑和角速度大小。如圖所示，A、B兩顆行星繞同一顆恒星作勻速圓周運動，運轉(zhuǎn)方向相同，A的周期為T1，B的周期為T2，在某一時刻，兩行星相遇（即兩行星相距最近），則： A經(jīng)過一段時間tT1T2兩行星再次相遇B經(jīng)過一段時間兩行星再次相遇C經(jīng)過一段時間兩行星再次相遇D經(jīng)過一段時間兩行星相距最遠有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運行，已知它們的軌道半徑之比r1r241，求：（1）這顆衛(wèi)星的線速度之比；（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比？小結(jié)通過本節(jié)課的學習，我們學習了繞地球飛行的衛(wèi)星情況，了解了描述衛(wèi)星的物理量的特點。知道了第一宇宙速度（環(huán)繞速度）v17.9km/s；第二宇宙速度（脫離速度）v211.2km/s；第三宇宙速度（逃逸速度）v316.7km/s。要區(qū)分衛(wèi)星的發(fā)射速度與衛(wèi)星進入軌道后的環(huán)繞速度。布置作業(yè)教材第44頁“問題與練習”。板書設(shè)計5宇宙航行一、人造地球衛(wèi)星1牛頓的設(shè)想2人造地球衛(wèi)星（1）人造地球衛(wèi)星從地面拋出的物體，在地球引力的作用下繞地球旋轉(zhuǎn)，就成為繞地球運動的人造衛(wèi)星。（2）人造地球衛(wèi)星必須滿足的條件地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力恰好提供衛(wèi)星作勻速圓周運動所需的向心力。（3）描述衛(wèi)星運動的物理量rMmFv衛(wèi)星的向心加速度，ra。衛(wèi)星運動的角速度，r。衛(wèi)星運動的線速度，rv。衛(wèi)星運動的周期，rT。二、宇宙速度1第一宇宙速度物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度，叫做第一宇宙速度（first cosmetic velocity），也叫做地面附近的環(huán)繞速度。 對于靠近地面運行的人造衛(wèi)星，可以認為此時的r近似等于地球的半徑R，則7.9km/s （諧音“吃點酒”）2第二宇宙速度從地面上發(fā)射人造天體，要使它脫離地球的引力，不再繞地球運行，所需要的最小發(fā)射速度，叫第二宇宙速度。也叫做地面附近的脫離速度。11.2 km/s3第三宇宙速度從地面上發(fā)射人造天體，使它不僅能脫離地球的引力，而且還能脫離太陽系的引力束縛，這時所需要的最小發(fā)射速度，叫第三宇宙速度，也稱為逃逸速度。v316.7km/s三、同步衛(wèi)星簡介1地球同步衛(wèi)星的特點（1）衛(wèi)星的軌道平面與地球赤道平面重合，衛(wèi)星位于地球赤道的正上方，運動方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致。（2）衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)的周期相同，或角速度與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同。2地球同步衛(wèi)星的“五定”定周期（運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同）；定軌道平面（軌道平面與赤道平面重合）；定高度（離地高度為36000km），定速度（線速度均為3.1103m/s）；定點（每顆同步衛(wèi)星都定點在世界衛(wèi)星組織規(guī)定的位置上）。四、夢想成真教學反思