《人教版(2019)高中物理必修二教案》7.4宇宙航行 教案

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7.4 宇宙航行
〖教材分析〗
本节主要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、第三宇宙速度和同步卫星的特点。介绍人们在应用万有引力定律研究天体
运动的基础上，实现了人类的航天梦想，是人类征服自然的见证体现的理论联
系实际，理论指导实际的唯物思想。还介绍了我国的航天事业，激发学的爱国
主义热情。让学生在学习物理的过程中感受到物理就在我们身边与生活时刻联
系在一起，能够培养学生学习物理的兴趣，激发学生献身科学的热情，对学生
科学价值观的形成将起到重要的作用。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立宇宙太空运动观念，知道三个宇宙速度的含义，会推导第
一字宙速度，了解人造卫星发射的过程和原理。
科学思维：体会在处理实际问题时，如何构建物理模型。
科学探究：通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养运用知识解决问
题的能力。
科学态度与责任：关心我国航天事业的发展趋势，有为社会服务的意识。
〖教学重点与难点〗
重点：会推导第一字宙速度，了解人造卫星发射的过程和原理。
难点：对第一宇宙速度是环绕地球运行的最大值与发射的最小值的理解。
〖教学准备〗
多媒体课件
〖教学过程〗
一、新课引入
如图所示，在 1687 年出版的《自然哲学的数学原
理》中，牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，速度一
次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够
大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。你知
道这个速度究竟有多大吗？
我们一起来设想一下，做平抛运动的物体初速度越大飞得越远，如果地面
时一个平面初射速度再大，飞行得再远但最终都会掉回地面。
我们要知道地球是圆的，这样物体就有可能不再落回地面，
并且地球对它的引力时刻指向地心，在这个力的作用下如果
1
发射速度合适，轨迹就有可能是一个圆。现在我们就来看一下，要想达到这种
效果这个速度应该有多大？
二、新课教学
（一）宇宙速度
设地球的质量为m地，物体的质量为m，速度为 v它到地心的距离为r。
环绕法：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
由此解岀
只要知道地球的质量m地和物体做圆周运动的轨道半径 r, 就可以求出物体
绕行速度的大小。已知地球质量为5.98×1024 kg,近地卫星在 100
〜
200 km 的高
度飞行，远小于地球半径(6400 km ),可以近似用地球半径 R代替卫星到地心的
距离 r。
把数据代入上式后算出v=7.9km/s。
思考与讨论
有人说，第一宇宙速度也可用 (式中g为重力加速度,R 为地球半
径)算出,你认为正确吗？
拱桥法：当支持力为 0时，重力提供物体作圆周运动的向心力。
指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
当力FN=0 时得：
由此解岀，把数据带进去 。两种计算方
法得出的数值是一样的。
物体在地面附近（刚好贴着地球表面）绕地球做匀速圆周运动的速度。我
们称为
1.第一宇宙速度（环绕）：v1=7.9km/s
注意这里是刚好贴着地面飞行，地面附近存在着大量的空
气，会有空气阻力等阻碍因素，所以卫星不可能只在这个高度
2
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