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课题

7.4 宇宙航行

教学内容分析

本节介绍了万有引力定律的实践性成就，要求学生知道万有引力理论使人类实现了“飞天”梦想。重点理解第一宇宙速度。通过人类对太空探索和我国在载人航天和宇宙探索方面的成就与进展的介绍，增强学生的民族自豪感，落实“科斗学态度与责任”这一核心素养。

学情分析

通过学习，大部分学生已经掌握如何计算万有引力，并知道物体做匀速圆周运动的受力特征，熟悉了用线速度、角速度、周期表示的向心力表达式，知道忽略地球自转时重力与万有引力的关系，且对卫星发射、同步卫星、探索宇宙奥秘有浓厚兴趣。但是学生建立运动模型，动脑分析深层次问题还不够积极主动，表述时还缺少逻辑性和严谨性，对于讨论物理量之间的联系还不能准确无误，认识问题容易表面化。

教学目标

1.知道三个宇宙速度及含义，了解卫星的分类。

2.会推导第一宇宙速度，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

教学

重难点

1.理解第一宇宙速度，并且计算不同星球的第一宇宙速度。（重点）

2.掌握人造卫星线速度、角速度、周期等物理量的关系。（重点难点）

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

导入新课

复习与回顾：

(1)在楼顶上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？

(2)如果被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？

牛顿的猜想：

牛顿曾设想，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，则落点一次比一次远，如果速度足够大， 物体就不再落到地面上来，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。

物体初速度达到多大时就可以发射成为一颗人造卫星呢?

复习与回顾：如果把拱桥半径增大到6400km，此时汽车以多大速度才能脱离桥面？

学生复习回顾

学生分析讨论

学生复习回顾并计算

为牛顿猜想图做铺垫

为第一宇宙速度的学习做铺垫

从拱形桥角度推导，第一宇宙速度计算的初步推导，进一步铺垫

讲授新课

一、宇宙速度

1.建立模型与基本思路

(1)建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动

(2)基本思路：向心力由地球对卫星的万有引力提供

请计算：

(1)已知地球半径R = 6400 km，地球质量M = 6.0×10²⁴ kg，卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？

(2)如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度v？

2.第一宇宙速度

(1)定义：是人造卫星(或航天器)近地环绕地球做匀速圆周运动的速度。

(2)公式：(M为地球质量；R为地球球体半径)

        (g为地球表面重力加速度；R为地球球体半径)

地球的第一宇宙速度大小为7.9km/s。

（3）“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。

(4)“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道半径最小，由            可得，轨道半径越小，线速度越大，所以在这些卫星中，第一宇宙速度是所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星的最大环绕速度。

3.第二宇宙速度

理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9 km/s，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2 km/s叫作第二宇宙速度。

4.第三宇宙速度

达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s， 这个速度叫作第三宇宙速度。

二、人造地球卫星

1.我国的发射的卫星

(1)1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功，开创了中国航天史的新纪元。

(2)墨子号量子卫星和北斗导航卫星。

2.不同轨道的地球卫星

3.卫星绕地球的运动、受力特点和动力学方程

(1)卫星绕地球的运动和受力特点：

卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力：F_引= F_向   

(2)卫星的动力学方程：

4.地球静止同步卫星

(1)定义：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星。

(2)特点：六个“一定”

①转动方向一定：和地球自转方向一致；

②周期一定：和地球自转周期相同，即T＝24 h；

③角速度一定：等于地球自转的角速度；

④轨道平面一定：所有的同步卫星都在赤道的正上方，其轨道平面必须与赤道平面重合；

⑤高度一定：离地面高度固定不变(约3.6×10⁴ km)；

⑥速率一定：线速度大小一定(约3.1×10³ m/s)。

三、载人航天与太空探索

1.世界其他国家的太空探索历史

2.我国的载人航天和太空探索

（1）2003年10月15日9时，我国神州五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空，标志着我国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。

（2）我国的其他航天太空探索成就

四、课堂练习

学生计算推导

学生记录识记第一宇宙速度的定义、公式

学生学习最小发射速度含义

学生学习最小发射速度含义

学生识记记录

学生识记记录

学生学习不同轨道卫星

学生推导卫星运动动力学方程

学生识记记录同步卫星的定义和特点

学生自学课本内容

学生练习

让学生明确计算地球第一宇宙速度的两种方法

明确第一宇宙速度的定义和公式

让学生明确两种速度的准确含义

明确第二宇宙速度

明确第三宇宙速度

明确不同轨道卫星的特点

明确不同轨道卫星的受力特点和动力学方程

明确同步卫星的特点

让学生感受到人类探索太空的艰辛和成就。同时，也要为我国的航天成就感到自豪。

强化巩固

课堂总结

板书设计

7.4 宇宙航行

一、宇宙速度

1.定义：是人造卫星(或航天器)近地环绕地球做匀速圆周运动的速度。

2.公式：(1)(2)

二、人造地球卫星

1.卫星的动力学方程：

2.地球静止同步卫星

(1)定义：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星。

(2)特点：六个“一定”

①转动方向一定

②周期一定

③角速度一定

④轨道平面一定

⑤高度一定

⑥速率一定

作业设计

教学反思与评价