高中物理 專題6.5 宇宙航行教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版必修2.doc
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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(shí)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(diǎn)內(nèi)容,是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究天體物理問題的理論基礎(chǔ)。另外,學(xué)生通過對(duì)人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解,也將潛移默化地產(chǎn)生對(duì)航天科學(xué)的熱愛,增強(qiáng)民族自信心和自豪感。學(xué)情分析學(xué)生已學(xué)過平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、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(jì)思想本節(jié)重點(diǎn)講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理,推導(dǎo)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(xué)上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例,是人類征服自然的見證,體現(xiàn)了知識(shí)的力量,是學(xué)生學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識(shí)的一個(gè)極好素材。本節(jié)課的難點(diǎn)在于對(duì)人造衛(wèi)星原理的理解,因此教學(xué)設(shè)計(jì)上采用理論探究法,在設(shè)計(jì)中突出發(fā)揮學(xué)生的主體作用,課堂中通過設(shè)疑思考啟發(fā)引導(dǎo)這樣一條主線,激發(fā)鼓勵(lì)學(xué)生的大膽思考、積極參與,讓學(xué)生通過自己的分析研究來掌握獲取相關(guān)的知識(shí)和方法。 (1)宇宙速度教學(xué)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(yùn)動(dòng)而落回地面,但是,在環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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?yàn)?,r越大,v越小,軌道半徑的最小值為地球半徑,對(duì)應(yīng)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(xué)生了解它們的物理含義,不作定量的計(jì)算,以此拓展學(xué)生想像和思考的空間,問題留給學(xué)生,對(duì)此有興趣的同學(xué)可以在課余時(shí)間研究。另外,結(jié)合前面學(xué)過的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí),還可以適當(dāng)補(bǔ)充對(duì)于人造地球衛(wèi)星運(yùn)行周期T、向心加速度、線速度、角速度等的討論,并強(qiáng)調(diào)跟軌道的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。(2)夢(mèng)想成真教材簡(jiǎn)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(gè)實(shí)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(xué)生對(duì)于實(shí)例中的衛(wèi)星進(jìn)行一些定量的計(jì)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?!笨梢詥枌W(xué)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(yùn)行的角速度多大?既鞏固了勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)在人造衛(wèi)星問題方面的實(shí)際運(yùn)用,還增加學(xué)生對(duì)于這類問題的興趣。在“問題與練習(xí)”中,就2003年我國成功發(fā)射的神舟5號(hào)宇宙飛船有類似的計(jì)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(jià)。全文最后說:“一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來自面對(duì)不解之謎”。以激勵(lì) 1地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn) 【例題】已知地球半徑R6400km,運(yùn)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(yùn)動(dòng)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(jì)算)【鞏固練習(xí)】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(xué)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(yùn)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(diǎn)(每顆同步衛(wèi)星都定點(diǎn)在世界衛(wèi)星組織規(guī)定的位置上)。四、夢(mèng)想成真探索宇宙的奧秘,奔向廣闊而遙遠(yuǎn)的太空,是人類自古以來的夢(mèng)想。 地球是人類的搖籃,但是人類不會(huì)永遠(yuǎn)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(jìn)入了東方一號(hào)載人飛船。火箭點(diǎn)火起飛,飛船繞地球飛行一圈,歷時(shí)108 min,然后重返大氣層,安全降落在地面,鑄就了人類進(jìn)入太空的豐碑。1969年7月16日9時(shí)32分,阿波羅11號(hào)飛船在美國卡納維拉爾角點(diǎn)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(jìn)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(jìn)入登月艙,與母船分離后于下午4時(shí)17分在月面著陸。10時(shí)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(cè)的名言:“對(duì)個(gè)人來說,這不過是小小的一步,但對(duì)人類而言,卻是巨大的飛躍。”人們祝賀說:“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(dòng)。2003年10月15日9時(shí),我國神舟五號(hào)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(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)。這次成功的發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢(mèng)想,標(biāo)志著中國成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開展載入航天活動(dòng)的國家,為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。盡管人類已經(jīng)跨入太空,登上月球,但是,相對(duì)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(duì)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(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來自面對(duì)不解之謎?!蹦阆爰尤肫平馑男辛袉??【課堂練習(xí)】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(yùn)行速度C它是使衛(wèi)星進(jìn)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(yùn)行時(shí)在近地點(diǎn)的速度在環(huán)繞地球運(yùn)行的飛船實(shí)驗(yàn)艙內(nèi),下面幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中可以正常進(jìn)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(cè)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(yùn)動(dòng),其周期為T,如果飛船要返回地面,可在軌道某一點(diǎn)A將速率降低適當(dāng)數(shù)值,從而使飛船沿經(jīng)地心焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)行,橢圓與地球表面在B點(diǎn)相切,如圖所示,已知地球半徑為R。試求:飛船由A點(diǎn)到B點(diǎn)所需的時(shí)間。在天體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng),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(yùn)動(dòng),運(yùn)轉(zhuǎn)方向相同,A的周期為T1,B的周期為T2,在某一時(shí)刻,兩行星相遇(即兩行星相距最近),則: A經(jīng)過一段時(shí)間tT1T2兩行星再次相遇B經(jīng)過一段時(shí)間兩行星再次相遇C經(jīng)過一段時(shí)間兩行星再次相遇D經(jīng)過一段時(shí)間兩行星相距最遠(yuǎn)有兩顆人造衛(wèi)星,都繞地球做勻速圓周運(yùn)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(xué)習(xí),我們學(xué)習(xí)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(diǎn)。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(jìn)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(xí)”。板書設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)所需的向心力。(3)描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的物理量rMmFv衛(wèi)星的向心加速度,ra。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的角速度,r。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的線速度,rv。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)于靠近地面運(yùn)行的人造衛(wèi)星,可以認(rèn)為此時(shí)的r近似等于地球的半徑R,則7.9km/s (諧音“吃點(diǎn)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(yùn)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(shí)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(jiǎn)介1地球同步衛(wèi)星的特點(diǎn)(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(yùn)動(dòng)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(yùn)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(diǎn)(每顆同步衛(wèi)星都定點(diǎn)在世界衛(wèi)星組織規(guī)定的位置上)。四、夢(mèng)想成真教學(xué)反思- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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