宇宙航行教案
一、教案背景：
１、面向学生:高中２、学科:物理3、课时:１课时
4、课前准备:提前两天布置学习任务
(1)通过网络查阅有关“牛顿对发射人造卫星的理论设想”。

(２)通过网络查阅有关“人类航天事业的发展史”。

（3)通过网络查阅有关“神州五号、六号、七号载人飞船”的发射和运行情况。

二、教材分析：
《宇宙航行》为高中物理人教版必修2第七章的第五节,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。

人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个重要实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量,是学生学习了解现代科学知识的一个极好素材。

教材不但介绍了人造卫星中的一些基本理论，更在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。

学生通过行星的运动一节已经知道了行星的运动规律，因此在分析人造卫星的运动学特点和动力学特点可采取类比的方法，从而进一步理解应用万有引力定律分析天体运动的方法。

因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容,是学生进一步学习、研究、探索天体物理问题的理论基础。

另外，学生通过对人类在宇宙航行领域中的伟大成就及我国在航天领域成就的了解,也将潜移默化地产生对航天科学的热爱,增强学生的民族自信心和自豪感。

三、教学目标
1、知识与技能
(1）能够用万有引力定律和圆周运动的知识推导第一宇宙速度,了解第二、第三宇宙速度及其意义。

(2)理解卫星的运行速度、周期与半径的关系，了解同步卫星的特点。

建立起关于各种卫星运行状况的正确图景。

２、过程与方法
（1)经历探究人造卫星由设想变成现实的过程,体会猜想、外推的科学方法,培养学生的科学思维。

(２）通过用万有引力定律和圆周运动的知识推导第一宇宙速度，提高学生运
的物体。

那么,最少以多大的速度将物体抛出,它才会绕地球运动不会落下来？
(提示:将卫星绕地球运动近似看成匀速圆周运动）
学生自主推导:
设地球和人造卫星的质量分别为M和ｍ，卫星到地心的距离为R，卫星的运行速度为V。

万有引力提供向心力,则:
代入数据得7.9
教师:这就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，叫第一宇宙速度。

它也是发射一个物体，使其成为地球卫星的最小发射速度。

若以第一宇宙发射一个物体，它将在贴着地球表面的轨道做匀速圆周运动。

那么,如何使物体的速度达到７.９㎞／s呢？
利用三级火箭为运载工具使卫星飞出地球是目前普遍采用的、有效的方法，但这种方法已经用了几十年了、危险性大、代价高，有没有更好的方法呢?希望大家今天努力学习，撑握好科学知识，将来发明更安全，更高性能的发射系统,为人类作出更大的贡献。

教师提出问题:如果卫星的发射速度比７.9大一点,卫星会怎样运动?
学生思考并回答：
如果卫星的发射速度比7．9大一点，地球的引力将不足以为其提供做圆周运动的向心力，开始做离心运动。

教师补充：同学们回答得不错！如果卫星的发射速度比7.9大一点,地球的引力将不足以为其提供做圆周运动的向心力,先做离心运动，最终绕地球运动的轨迹是椭圆而不是圆,至于轨道为什么是椭圆,将来可结合数学知识证明（介绍近地点、远地点）,且卫星做变速率运动,发射速度越大,椭圆越扁。

提出问题：如果物体的发射速度继续增大，将会怎样?
学生思考交流
教师:如果物体的发射速度再大，椭圆更扁，远地点离地球太远,以至地球对物体的引力太小,物体将摆脱地球引力的束缚，离开地球。

若物体的发射速度达到或超过11.2时,物体将摆脱地球引力的束缚,离开地球。

我们把1１.2这个速度称为第二宇宙速度。

物体脱离地球引力束缚后，还会受到太阳引力的束缚。

如果发射物体的速度更大,达到或超过1６.７时，物体还将脱离太阳引力的束缚,飞向太阳系之外宇宙空间，我们把16．7这个速度称为第三宇宙速度。

3、卫星运行规律
教师：刚才我们讨论了三个宇宙速度,知道如何把卫星送上天了。

现在天空中已有许多不同用途的人造卫星，实际上这些卫星并不是贴着地球表面运行的，而是用火箭把卫星送到一定高度的轨道后再绕地球运行的。

提出问题:
(1)将卫星送入低轨道和高轨道所需的速度哪一个更大?哪一个更容易？
为什么？
(2)卫星在不同轨道绕地球运动的速度又怎样算？它与卫星的发射速度是同
一个速度吗?
为简化问题，我们将不同轨道上运行的卫星看成匀速度圆周运动，请同学们用已学的知识探究卫星绕地球运行的速度、周期和轨道半径的关系。

学生探究:
可得：
学生总结，教师适当补充：
(1)发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，被发射物体仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运行轨道。

运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球运行的线速度。

（2）向高轨道发射卫星需要的速度大,将卫星送入轨道越不容易，因向高。