6.5宇宙航行教案.doc
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1、6.5宇宙航行【教材分析】本节在圆周运动及万有引力的基础上重点讲述了人造卫星的发射原理,推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度,是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。【学情分析】学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论,具备了解决问题的基本工具。【教学目标】1. 了解牛顿对于人造卫星的猜想2. 会分析人造地球卫星的受力、运动情况3. 知道三个宇宙速度的含义和数值,掌握从近地卫星推算得到第一宇宙速度的过程【重点、难点】重点:人造地球卫星的受力、运动情况分析难点:卫星发射速度及环绕速度的辨别【教学过程】师:同学们好,前面几节课中我们学习了万有引力的相关知识,今天我们要
2、学习的这一节内容就是要运用它来解决匀速圆周运动的一些问题。宇宙航行,从很早之前人类就有探索宇宙的欲望,我们的先辈们也在不断地努力尝试。而真正的太空时代开启于1957年苏联发射第一颗人造卫星斯普特尼克1号。这个是1970年我们中国发射的东方红一号。我们说这些人造卫星开启了我们的太空时代,迈出了宇宙航行的第一步,那人造卫星的构想从何而来呢?/从人类探索宇宙的具体事例进行新课导入(2min)师:最早提出人造卫星这一构想的是我们伟大的科学家牛顿。他在思考万有引力定律的时候就有这样一个猜想。从高山上水平抛出一个物体,速度一次比一次大,根据平抛运动的知识可以知道落点会一次比一次远。如果速度足够大,物体就应
3、该不再落回地面,而绕地球做圆周运动。大家来分析一下这里物体做圆周运动的时候受力情况。生:仅受到一个万有引力师:方向呢?生:地心及物体的连线上师:人造地球卫星在绕地球做匀速圆周运动的时候仅受到一个指向地心的万有引力,这种情况下对于卫星的轨道有什么要求?我们请同学来判断一下下面这几种轨道能否成为人造地球卫星的轨道(PPT展示)生:(判断)师:(追问为什么轨道D不行)请你总结一下人造地球卫星的轨道特点。生:过地心师:总结的很好。这边是几种卫星的轨道大家可以看一下。(PPT展示)/介绍牛顿对于人造地球卫星的猜想,引导学生分析人造卫星受力、轨道情况(3min)师:人造卫星的轨道有那么多种不同的情况,而从
4、1957年至今已经有将近60年的时间了,人造卫星也成为发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。那么研究这些人造地球卫星的运行情况就变成了探索宇宙必不可少的一部分。这里,我们先来看一个特殊的例子近地卫星。近地卫星,顾名思义就是离地表很近的一种卫星,它的轨道半径r可以近似等于R(板书)我们就一起来分析一下它的运动情况。首先是线速度v(板书)我们说人造卫星由万有引力提供向心力,那我们把万有引力以及圆周运动中关于线速度的公式连列,就得到带入我们上节课求得的地球质量以及引力常数、地球半径就可以求得 (副板书)相同的可以得到 =1.210-3rad/s周期 =5093.7s/分析近地卫星的运动情况(10
5、min)师:大家掌握运用万有引力提供向心力分析近地卫星的运动情况的方法了么?生:掌握了师:很好,那现在我们就让大家自己动手来求解一个类似的问题。是关于地球的同步卫星。(PPT展示题目)生:(动笔计算)师:算好了么?(请同学回答计算结果)我们一起分析了两种比较特殊的例子,从这里我们似乎可以得到轨道半径越大卫星的绕行速度越小,那么这种猜测是否正确呢?我们说物理是严谨的,需要进一步分析一下一般的卫星来验证一下这一猜想吧。设地球质量为M,半径为R。人造地球卫星在圆轨道上运行,质量为m,轨道半径为r。那么,在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v的表达式从这个表达式我们可以得到及刚刚猜想一致的结论:轨道半
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