高中物理 第六章 万有引力与航天 5 宇宙航行课件 新人教版必修2.ppt

5宇宙航行 1 知道三个宇宙速度的数值 会推导第一宇宙速度 2 感受人类对客观世界不断探究的精神和情感 3 能处理类地行星问题 理解黑洞和双星问题 能处理其他天体运动问题 教学目标 重点 会推导第一宇宙速度 了解第二 第三宇宙速度 难点 运行速率与轨道半径之间的关系 重点难点 2003年10月15日 中国的 神州五号 载人飞船发射成功 将中国第一名航天员送上太空 它标志着中国进入了载人航天时代 为中华民族进一步进行太空资源的开发和利用奠定了坚实的基础 本节属于航天部分的重要知识 介绍万有引力的实践性成就 要求学生知道是万有引力理论使人类实现 飞天 梦想 这一节课不但要求学生深刻理解第一宇宙速度 定量地解决卫星运动的实际问题 还需要学生通过了解航天发展史充分地感受人类对客观世界不断探究的精神和情感 激发学生的爱国热情和民族自豪感 教学建议 导入一 2007年10月24日经火箭发射 嫦娥一号卫星 首先进入环绕地球的轨道 然后加速 脱离地球轨道后 惯性滑行 进入环绕月球的轨道 最后进行科学探测 结合登月航线讨论 为什么飞船能围绕地球旋转 飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚 导入二 1 问 在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体 不计空气阻力 它们的落地点相同吗 新课导入 学生 它们的落地点不同 速度越大 落地点离山脚越远 因为在同一座高山上抛出 它们在空中运动的时间相同 速度大的水平位移大 所以落地点也较远 教师 假设被抛出物体的速度足够大 物体的运动情形又如何呢 学生进行猜想 教师总结 并用多媒体模拟 新课导入 如果地面上空有一个相对于地面静止的物体 它只受重力的作用 那么它就做自由落体运动 如果物体在空中具有一定的初速度 且初速度的方向与重力的方向垂直 那么它将做平抛运动 牛顿曾设想过 从高山上用不同的水平速度抛出物体 速度一次比一次大 落地点也一次比一次离山脚远 如果没有空气阻力 当速度足够大时 物体就永远不会落到地面上来 它将围绕地球旋转 成为一颗绕地球运动的人造地球卫星 简称人造卫星 2 引入 那么人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢 本节课我们就来学习这个问题 新课导入 1 第一宇宙速度 1 大小 km s 2 意义 卫星环绕地球表面运行的速度 也是绕地球做 运动的最大速度 使卫星绕地球做匀速圆周运动的 地面发射速度 2 第二宇宙速度 1 大小 km s 2 意义 使卫星挣脱 引力束缚的最小地面发射速度 3 第三宇宙速度 1 大小 km s 2 意义 使卫星挣脱 引力束缚的最小地面发射速度 宇宙速度 知识必备 知识点 7 9 匀速圆周 最小 11 2 地球 16 7 太阳 学习互动 对三个宇宙速度的理解 考点一 重力 学习互动 例1若取地球的第一宇宙速度为8km s 某行星的质量是地球的6倍 半径是地球的1 5倍 这颗行星的第一宇宙速度约为 a 16km sb 32km sc 4km sd 2km s 答案 a 学习互动 学习互动 答案 a 学习互动 点评 注意本题研究的是太阳系外行星 所以必须以不低于16 7km s的速度从地球发射的探测器才可以到达该行星表面 所以本题c d选项考查的实质为第三宇宙速度 想一想 在其他星球上也能存在自由落体 平抛 竖直上抛运动等典型的运动形式吗 与地球上对应的运动规律有何区别 要点总结 1 与地球相关的任何地面运动形式和天体运动形式 如地球卫星等 及其所遵从的规律都可迁移类比应用到其他类地星球上 2 但要注意与地球的区别 1 是否有空气及空气阻力 2 当地 一般不同于地球 学习互动 类地行星问题 考点二 重力加速度 例3如图6 5 1所示 宇航员站在某质量分布均匀的星球表面一斜坡上p点沿水平方向以初速度v0抛出一个小球 测得小球经时间t落到斜坡上另一点q 斜坡的倾角为 已知该星球半径为r 引力常量为g 求 1 该星球表面的重力加速度g 2 该星球的密度 3 该星球的第一宇宙速度v 4 人造卫星绕该星球表面做匀速圆周运动的周期t 学习互动 图6 5 1 学习互动 学习互动 学习互动 点评 本题综合考查平抛运动规律的迁移应用 中心天体密度的计算 第一宇宙速度 绕星球表面运动的卫星周期的计算等 难度中等 解题时注意准确选用规律 想一想 浩渺的宇宙中可能存在由三颗等质量的星球构成的 三星系统 你能设计出三颗星球在空间可能的排列方式吗 要点总结 1 黑洞是客观存在的一种超高密度的天体 其引力场极强 连电磁波 光线 都不能逃出 因此黑洞无法直接观测 但可以借助间接方式得知其存在与质量 并且观测到它对其他事物的影响 例如黑洞可以和一颗可视天体构成双星系统 学习互动 n星系统和黑洞问题 考点三 2 宇宙中存在 n星系统 构成形式多种多样 下面为可能存在的构成形式 学习互动 学习互动 答案 b 学习互动 学习互动 点评 在天文学上 将两颗彼此相距较近 且在相互之间万有引力作用下绕两者连线上的某点做周期相同的匀速圆周运动的星体称为双星系统 双星系统运行时具有以下规律 双星系统的周期 角速度相同 轨道半径之比与质量之比互为倒数 双星系统的周期的二次方与双星间距离的三次方之比只与双星的总质量有关 而与双星个体的质量无关 备用习题 1 登上火星是人类的梦想 嫦娥之父 欧阳自远透露 中国计划于2020年登陆火星 地球和火星公转视为匀速圆周运动 忽略行星自转影响 根据下表 火星和地球相比 a 火星的公转周期较小b 火星做圆周运动的向心加速度较小c 火星表面的重力加速度较大d 火星的第一宇宙速度较大 答案 b 备用习题 备用习题 答案 d 自我检测 1 宇宙速度 关于宇宙速度 下列说法正确的是 a 第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度b 第一宇宙速度是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度c 第二宇宙速度是卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度d 第三宇宙速度是发射人造地球卫星的最小速度 答案 a 解析 第一宇宙速度是人造地球卫星的最小发射速度 也是地球卫星绕地球飞行的最大速度 a项对 b项错 第二宇宙速度是在地面上发射物体 使之成为绕太阳运动或绕其他行星运动的人造卫星所必需的最小发射速度 c项错 第三宇宙速度是在地面上发射物体 使之飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小发射速度 d项错 自我检测 2 类地行星问题 2011年12月24日 美国宇航局宣布 通过开普勒太空望远镜项目证实了太阳系外第一颗类似地球的 适合居住的行星 开普勒 22b kepler 22b 该行星距离地球约600光年 体积是地球的2 4倍 质量约是地球的18 5倍 它像地球绕太阳运行一样每290天环绕一颗恒星运行一周 由于恒星风的影响 该行星的大气不断被吸引到恒星上 据估计 这颗行星每秒丢失至少10000t物质 已