高中物理《宇宙航行》教學設計

　　一、預習目標：

　　預習人造衛星的發射、第一宇宙速度的計算。

　　二、預習內容

　　1、發射人造地球衛星的最初構想是什麼？

　　2、第一宇宙速度的計算方法有幾種？

　　3、你對我國的航空航天知識瞭解多少？

　　課內探究學案

　　一、學習目標

　　（1）知道人造地球衛星的執行原理，會運用萬有引力定律和圓周運動公式分析解答有關衛星執行的原因；

　　（2）掌握三個宇宙速度，會推導第一宇宙速度；

　　（3）簡單瞭解航天發展史。

　　（4）能用所學知識求解衛星基本問題。

　　學習重難點：

　　（1）第一宇宙速度的推導；

　　（2）人造衛星運轉的環行速度與衛星發射速度的區別；

　　二、學習過程

　　1、拋物演示實驗：學生觀察落地點的變化，落地點為什麼會變化？

　　2、牛頓的思考與設想：

　　3、問題的提出：人造衛星為什麼不掉下來，人造衛星的線速度有多大。

　　三、方法步驟：

　　學生活動：分組討論，得出結論。

　　1、由於月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉，此時月球受到的地球的引力（即重力），用來充當繞地運轉的向心力，故而月球並不會落到地面上來。

　　2、由平拋物體的運動規律知：

　　x=v0t ①

　　h= ②

　　聯立①、②可得： x=v0

　　即物體飛行的水平距離和初速度v0及豎直高度h有關，在豎直高度相同的情況下，水平距離的大小隻與初速度v0有關，水平初速度越大，飛行的越遠。

　　3、當平拋的水平初速度足夠大時，物體飛行的距離也很大，由於地球是一圓球體，故物體將不能再落回地面，而成為一顆繞地球運轉的衛星。

　　學生活動：閱讀課文，找出相應答案。

　　1、衛星繞地球運轉時做勻速圓周運動，此時的動力學方程是：G

　　2、向高軌道發射衛星時，火箭須克服地球對它的引力而做更多的功，對火箭的要求更高一些，所以比較困難。

　　3、人造衛星在地面附近繞地球做勻速圓周運動時所必須具有的速度叫第一宇宙速度。

　　人造衛星繞地球做橢圓軌道運動時所具有的最大運轉速度叫第二宇宙速度。

　　人造衛星掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙中去時，所必須具有的速度叫第三宇宙速度。

　　［例題1］“2003年10月15日9時，我國神舟五號宇宙飛船在酒泉衛星發射中心成功發射，把我國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈後，於10月16日6時23分安全降落在內蒙古主著陸場。”根據以上訊息，近似地把飛船從發射到降落的全部運動看作繞地球的勻速圓周運動，試估算神舟五號繞地球飛行時距地面的高度（已知地球的質量為M =6.0×1024Kg，地球的半徑 R =6.4×103Km）

　　(6700Km)

　　［例題2］金星的半徑是地球的0.95倍，質量是地球的0.82倍，金星表面的自由落體加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？

　　(8.9m/s2;7.34Km/s)

　　4、當堂檢測

　　1、關於宇宙速度，下列說法正確的是（）

　　A.第一宇宙速度是能使人造地球衛星飛行的最小發射速度

　　B.第一宇宙速度使人造地球衛星繞地球飛行的最小速度

　　C.第二宇宙速度使衛星在橢圓軌道上執行時的最大速度

　　D.第三宇宙速度時發射人造地球衛星的最小速度

　　2、將衛星發射至近地圓軌道1（如圖所示），然後再次點火，將衛星送入同步軌道3。軌道1、2相切於Q點，2、3相切於P點，則當衛星分別在1、2、3軌道上正常執行時，以下說法正確的是：

　　A．衛星在軌道3上的速率大於軌道1上的速率。

　　B．衛星在軌道3上的角速度大於在軌道1上的角速度。

　　C．衛星在軌道1上經過Q點時的加速度大於它在軌道2上經過Q點時的加速度。

　　D．衛星在軌道2上經過P點的加速度等於它在軌道3上經過P點時的加速度。

　　5、課後練習與提高

　　1．利用下列哪組資料，可以計算出地球質量：（）

　　A．已知地球半徑和地面重力加速度

　　B．已知衛星繞地球作勻速圓周運動的軌道半徑和週期

　　C．已知月球繞地球作勻速圓周運動的'週期和月球質量

　　D．已知同步衛星離地面高度和地球自轉週期

　　2．“探路者”號宇宙飛船在宇宙深處飛行過程中，發現A、B兩顆天體各有一顆靠近表面飛行的衛星，並測得兩顆衛星的週期相等，以下判斷錯誤的是

　　A．天體A、B表面的重力加速度與它們的半徑成正比

　　B．兩顆衛星的線速度一定相等

　　C．天體A、B的質量可能相等

　　D．天體A、B的密度一定相等

　　3．已知某天體的第一宇宙速度為8 km/s，則高度為該天體半徑的宇宙飛船的執行速度為

　　A．2 km/s B．4 km/s

　　C．4 km/s D．8 km/s

　　4．2002年12月30日凌晨，我國的“神舟”四號飛船在酒泉載人航天發射場發射升空，按預定計劃在太空飛行了6天零18個小時，環繞地球108圈後，在內蒙古中部地區準確著陸，圓滿完成了空間科學和技術試驗任務，為最終實現載人飛行奠定了堅實基礎.若地球的質量、半徑和引力常量G均已知，根據以上資料可估算出“神舟”四號飛船的

　　A.離地高度 B.環繞速度

　　C.發射速度 D.所受的向心力

　　5．（1998年全國卷）宇航員站在某一星球表面上的某高處，沿水平方向丟擲一小球。經過時間t，小球落到星球表面，測得丟擲點與落地點之間的距離為L。若丟擲時的初速度增大到2倍，則丟擲點與落地點之間的距離為 L。已知兩落地點在同一水平面上，該星球的半徑為R，萬有引力常數為G。求該星球的質量M。

　　6．（2004年全國理綜第23題，16分）在勇氣號火星探測器著陸的最後階段，著陸器降落到火星表面上，再經過多次彈跳才停下來。假設著陸器第一次落到火星表面彈起後，到達最高點時高度為h，速度方向是水平的，速度大小為v0，求它第二次落到火星表面時速度的大小，計算時不計火星大氣阻力。已知火星的一個衛星的圓軌道的半徑為r，週期為T。火星可視為半徑為r0的均勻球體。

　　參考答案：

　　1．A B 2．B 3．C 4．AB

　　5略

　　6略