资源简介

7.4宇宙航行的教案
【教学目标】
一、教学目标
1．通过阅读课本资料了解牛顿对人造卫星的猜想、外推的思路和思想，能写出第一宇宙速度的推导过程。
2．通过第一宇宙速度的推导总结，能说出人造地球卫星的原理及运行规律。
3．通过阅读教材第三部分，能够介绍世界和我国航天事业的发展历史，感知人类探索宇宙的梦想，激发爱国热情，增强民族自信心和自豪感。
二、核心素养
物理观念：能从物理学的视角正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，具备清晰的物理观念。
科学思维：能在熟悉的情境中运用物理模型，能对卫星发射原理进行分析和推理。
科学探究：能在对卫星发射原理的基础上做出假设，并制定合理的探究路线，从而分析数据发现规律。
科学态度与责任：卫星的发射原理是人类在万有引力定律基础上科学家们持续不断创造性发展的成果，是人类对宇宙奥秘探索的历程，增强民族自信心和自豪感。
【教学重难点】
教学重点：1. 对于宇宙速度的理解和应用；
2. 了解人造地球卫星和同步卫星。
教学难点：1.第一宇宙速度的计算和卫星运行的规律；
2. 同步卫星的规律、卫星变轨与对接以及双星模型
【新课导入】
通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行的。（利用幻灯片，向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。）
【新课讲解】
宇宙速度
（1）第一宇宙速度
问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km。
分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力：， 得：
结论：如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
⑵意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。
师生共同讨论：
在地面附近，物体的万有引力等于重力，此力天空卫星做圆周运动的向心力，能否从这一角度来推导第一宇宙速度呢？
mg= mv2/r v= ≈7.9km/s
提出问题：我们能否发射一颗周期为70min的人造地球卫星呢？（提示：算一算近地卫星其周期是多少？近地卫星由于半径最小，其运行周期最小。）
（2）第二宇宙速度：大小。
意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）第三宇宙速度：大小。
意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
人造地球卫星
牛顿虽然早就预言了人造地球卫星，但因发射需达到很大的速度，所以直到多级火箭的研制成功，才为人造地球卫星的发射创造了条件。
出示图片：第一颗人造地球卫星
1957年10月，苏联发射
第一颗人造地球卫星。开创了人类航天时代的新纪元。
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。
出示图片：东方红1号人造地球卫星
出示图片：科学家钱学森
科学家钱学森被誉为“中国航天之父”为我国航天事业作出特殊贡献。
出示图片：地球上卫星
目前在轨有效运行的卫星有上千颗，其中的通信、导航、气象等卫星已极大地改变了人类的生活。
1、地球同步卫星
地球同步卫星位于赤道上方高度约36000km处，因相对地面静止，也称静止卫星。
2、特点
周期一定：T=24h=86400s；角速度一定：相对于地面静止。
轨道一定：同步卫星轨道必须在赤道上空；高度一定：高度约36000km；速率一定；加速度一定。
注意：月球不是地球的同步卫星。
例题：关于地球同步通讯卫星，下列说法正确的是（ ）
A．若其质量加倍，则轨道半径也要加倍；
B．它以第一宇宙速度运行；
C．它以第二宇宙速度运行；
D．它绕地球运行时的角速度与地球自转角速度相同。
解：A、地球同步卫星距离地球的高度约为36000km，半径一样，所以各国发射的这种卫星轨道半径都一样，与质量无关，故A错误；
BC、地球同步卫星在轨道上的绕行速度约为3.1千米/秒，小于7.9km/s，即小于第一宇宙速度与第二宇宙速度，故BC错误；
D、同步卫星是指与地球相对静止的卫星。这种卫星绕地球转动的角速度与地球自转的角度速度相同，故D正确。
故选：D．
载人航天与太空探索
【教师引导】2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后安全降落。这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家。在载人航天方面，继神舟五号之后，截至2017年底，我国已经将11名(14人次)航天员送人太空，包括两名女航天员。
除了载人航天工程，我国还在许多方面进行着太空探索。2013年6月，神舟十号分别完成与天宫一号空间站的手动和自动交会对接；2016年10月19日，神舟十一号完成与天宫二号空间站的自动交会对接。2017年4月20日，我国又发射了货运飞船天舟一号，入轨后与天宫二号空间站进行自动交会对接、自主决速交会对接等3次交会对接及多项实验。
【板书】
7.4 宇宙航行
1、宇宙速度
7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s
第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度
2、人造地球卫星
3、同步卫星
定点在赤道上空，周期T、高度h、线速度v一定。
4、梦想成真
（1）世界的成就
（2）中国的成就

展开更多......

收起↑