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第七章《万有引力与宇宙航行》学习活动设计六：我国的航天发展取得了哪些成就？
　　【任务情景】
　　我们现在出行到一个陌生的地方，一般都需要导航系统的帮助，它可以对我们进行精准的、可靠的定位和测速。那么导航系统是由哪些卫星组成的呢？
　　中国北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统。2020年3月，我国成功发射了第54颗北斗导航卫星，它是北斗三号卫星导航系统中的第二颗地球同步轨道卫星，按照计划，我国将在2020年5月再发射一颗北斗三号地球同步卫星，这将是北斗导航系统的收官之战，标志着北斗导航系统组网任务的全面完成。
　　由此我们发现，利用卫星通信离不开地球同步卫星。
　　【学习任务一】掌握同步卫星的特点
　　提问1：同步卫星绕地球转动要与地球上某一点同步，它的周期及转动方向有什么特点？
　　学生回答：卫星绕地球转动周期与地球自转周期相同，并且也是自西向东转动的。
　　提问2：在北京的上空，可能有一颗同步卫星存在吗？请同学们画图分析，并说明判断依据。
　　学生回答：不可能。如果这颗卫星在北京的上空与地球同步转动，那么卫星做圆周运动的平面就不过地心了。
　　提问3：万有引力提供某颗同步卫星做匀速圆周运动所需的向心力，而万有引力的方向是指向地心的，那么这颗同步卫星相对于地球的哪点能够实现相对静止呢？
　　学生回答：相对于赤道上某一点静止不动。
　　教师总结提升：同步卫星运行轨道与赤道是同心圆。
　　教师追问：那么请同学们推导同步卫星距地表的高度？
　　已知：Nm2/kg2，地球半径km，地球质量kg，周期T=24h=86400s。
　　学生活动：推导同步卫星距地表的高度。
　　推导过程：m。
　　教师总结提升：所有同步卫星都在赤道上方距地表m的圆轨道上做匀速圆周运动，运行的周期都是24h。
　　提问4：不同的同步卫星除了轨道半径、周期相同外，描述它们运动的物理量还有哪些是相同的？判断的依据是什么？
　　学生思考、交流讨论。
　　学生回答：根据《学习活动设计五》中得出的结论，因为所有的同步卫星轨道半径相同，所以所有同步卫星运行的线速度、角速度、向心加速度大小也是相等的。
　　教师总结提升：经过分析我们发现，所有的地球同步卫星都在赤道上方同一轨道上以等大的速度绕地球做匀速圆周运动。
　　【学习任务二】了解中国航天的发展
　　教师：截止到目前，我国卫星通讯事业的发展状况如何以及在航天发展中取得了哪些辉煌的成就？请同学们将分组查阅的相关资料进行分享。
　　学生分享查阅的航天事业发展的相关资料。
　　第一小组：了解我国北斗卫星导航系统建设情况。
　　学生分享：我国北斗卫星导航系统建设发展的总体思路是“先区域” 再“全球”，坚持“三步走”的发展战略。 第一步，2000年我国初步建成了北斗导航试验系统，使我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。第二步，2004年我国启动北斗二号系统工程建设，并于2012年年底完成了14颗卫星发射组网。第三步，预计在2020年5月，完成北斗三号系统的组网任务。系统建成后可在全球范围内提供高精度、全天候、全天时的导航、定位、授时服务，并兼具短报文通信能力。
　　第二小组：了解世界及中国航天发展史。
　　学生分享1：世界航天发展史。
　　人类在探索宇宙的道路上经历了艰难的跋涉，已经取得了巨大的成就。
　　1957年10月4日，前苏联发射了第一颗人造地球卫星，标志着人类对太空的探索进入了航天时代。
　　1961年4月12日，前苏联将航天员加加林送入太空，第一次实现了人类踏入太空的梦想。
　　1969年7月16日，美国发射了载人登月飞船“阿波罗11号”。 航天员阿姆斯特朗踏上了月面，他面对沉睡已久的月球，深情地说：“对一个人来说，这只不过是小小的一步，可对全人类来说，这却是一次巨大的飞跃。”

　　1971年4月9日，苏联发射了“礼炮1号”空间站。两年后，美国将“天空实验室”空间站送入太空，实现了人类无法在地面上进行的各种实验。
　　为了探索太阳系以外的广阔太空，人类先后发射了“先驱者”10号、11号和“旅行者”1号 、2号。随着它们的航行，人类的科学梦想和科学事业又掀开了新的篇章。
　　教师：我们中华民族是最早产生飞天梦想的民族，自古到今，我们探索太空的脚步也从未停止过。
　　学生分享2：中国航天发展的四大里程碑。
　　1．第一个想到利用火箭飞天的人——明朝的万户。
　　他最先开始设想利用火箭的推力，飞上天空，然后利用风筝平稳着陆。
　　2．“东方红一号”——中国第一颗人造卫星
　　1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“东方红一号”成功升空，中国成为了世界上第五个发射卫星的国家。为了纪念航天人的辛勤努力，我国把4月24日定为中国航天日。
　　3．载人航天技术的发展
　　2003年10月，我国的第一艘载人航天飞船“神舟五号”成功地把航天员杨利伟送入太空，实现了中华民族“飞天”的千年梦想。
　　4．深空探测——嫦娥奔月
　　2007年10月24日，随着“嫦娥一号”成功奔月，我国正式开启了探月工程。
　　第三小组：我国载人航天事业的发展。

　　学生分享：中国载人航天经历了“三步走”的发展战略。第一步是发射载人飞船，建成初步配套的实验性载人飞船工程，开展空间应用实验。2003年10月，我国的第一艘载人航天飞船“神舟五号”成功的把航天员杨利伟送入太空，成为了第三个有能力自行将人送入太空的国家。
　　第二步是突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术、推进剂补加技术，发射空间实验室和货运飞船，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题。“神舟七号”飞船是我国的第三艘载人飞船，宇航员翟志刚成功进行出舱活动。2013年“神舟十号”升空，成功与“天宫一号”对接，打造太空实验室，宇航员们成功进行了太空授课。2017年，货运飞船“天舟一号”成功发射后与“天宫二号”成功对接并完成首次推进剂在轨补加试验，标志着我国已经能够独立掌握这一关键技术。
　　第三步是建造空间站。截止到目前，我国载人航天“三步走”的前两步已圆满完成，正式迈入“空间站”时代。
　　第四小组：我国“嫦娥”探月计划取得的成就。
　　学生分享：上世纪90年代末，我国提出了“绕、落、回”三步走的无人月球探测规划。
　　2007年，“嫦娥1号”成功实现绕月探测。
　　2013年，“嫦娥3号”实现了月球着陆探测，在月球上同时开展“测月、巡天、观地”科学探测。
　　2018年，“嫦娥4号”实现了人类首次月球背面着陆探测。
　　“嫦娥5号”将实现月球采样返回。短短十几年，我国探月整体水平和能力已经在部分领域后来居上。
　　教师总结：虽然我们取得了一些骄人成绩，但是，宇宙还留给了我们许多深邃而广阔的问题，这些问题将留给大家去探索、去解决。
　　【学习小结】
　　1．掌握同步卫星的特点。
　　2．了解我国的航天发展历程。
　　【学习评价自测】
　　1．中国计划2020年左右建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。如图所示，北斗卫星导航系统由静止轨道卫星、中圆地球轨道卫星（离地面高度约21000km）及其他轨道卫星组成。则( )
　　A．静止轨道卫星指相对地表静止，其可定位在北京正上空
　　B．中圆地球轨道卫星比同步卫星速度更快
　　C．中圆地球轨道卫星周期大于24小时
　　D．静止轨道卫星的发射速度小于第一宇宙速度
　　答案 B
　　解析：静止轨道卫星即同步卫星，其离地面高度约36000km，周期为24h，它的轨道半径比中圆地球轨道卫星的大，故静止轨道卫星的线速度比中圆地球轨道卫星线速度小，周期比中圆地球轨道卫星大，B选项正确，C选项错误。静止轨道卫星只能定位在赤道上空，A选项错误。第一宇宙速度是近地卫星的发射速度，D选项错误。
　　2．“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，把中国航天员杨利伟送入太空。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。”根据以上消息，若不计发射与降落的时间，飞船看作绕地球做匀速圆周运动，试估算神舟五号绕地球飞行时距地面的高度。（已知地球质量kg，地球半径km）
　　解析：飞船飞行14圈所用时间为21小时23分钟，合76980秒，周期为s。
　　m。

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