高中物理 7.2 万有引力定律应用宇宙航行经课件 苏教版必修2.ppt

人造卫星宇宙速度 一 教材分析 人造卫星宇宙速度 是人教版高一物理第六章 万有引力定律 最后一节的内容 本节是从前一节 万有引力定律在天文学上的应用 过渡下来的 因此该节是进一步熟悉和应用万有引力定律的重点章节 本节课要用到的预备知识主要是匀速圆周运动的规律及万有引力定律 在刚学习完这两个知识点并且有习题课的巩固 所以从难易程度上看 属于比较好理解掌握的内容 二 教学目标 1 知识与技能 了解人造卫星的有关知识会推导第一宇宙速度 知道三个宇宙速度的含义掌握同步卫星的概念 知道同步卫星的相关知识2 过程与方法 由牛顿设想的人造卫星原理图 结合万有引力定律和匀速圆周运动的知识 推算出第一宇宙速度引出第二宇宙速度和第三宇宙速度从人造卫星到同步卫星 了解同步卫星的各种知识 3 情感态度与价值观 进一步认识万有引力定律的重要意义体会科学定律对人类科技发展的作用引发思考宇宙万物规律的内在联系 重点 第一宇宙速度的推导卫星运行的速度 周期 加速度 难点1 卫星运动的环绕速度和发射速度的区别 三 教法 学法 由于学生刚学完匀速圆周运动的规律和万有引力定律 所以不难理解卫星运动所需的向心力是由万有引力提供的 另外在上节课中着重练习了利用万有引力定律和向心力求中心天体的质量 因此学生对公式的应用比较熟练 针对这一特点 本节课的讲授方法主要是逐步递进 慢慢启发的方式和学生一起探讨得出结论 另外由于本节课所涉及的内容比较抽象 学生对此也比较感兴趣 所以展示相应的图片帮助学生理解 四 教学过程 导入从嫦娥本月到阿波罗 人类对太空的不懈追求 远古人们就梦想飞出地球探索星空的奥秘 嫦娥奔月是广为留传的民间神话 体现了人类了解自然奥秘的渴望 人类对太空的不懈追求 1969年7月20日 美国航天员阿姆斯特朗和奥尔德林驾驶 阿波罗 11号飞船的登陆舱降落在月球赤道附近的静海区 首次实现了人类登上月球的梦想 人类对宇宙的探索迈出了一大步 提出问题 抛出的石头会落地 为什么卫星 月亮没有落下来 卫星 月亮没有落下来必须具备什么条件 300多年前 牛顿提出设想 从高山上用不同的水平速度抛出物体 物体的落地点不同 当物体速度足够大时 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 牛顿当时提出了这个设想 但是却没有给出以多大的速度抛出物体才能够像月球那样绕地球运动而不掉到地面上来 提出问题 你能算出这个速度吗 提出问题 启发学生利用向心力公式和万有引力定律推算结果 从上式可以看出 卫星离地心越远 它运行的速度越慢 物体做圆周运动的向心力由万有引力提供 m r m 线速度 角速度 周期与半径的关系 1 由 得 v 2 由 r得 3 由 4 得 2 可见 v t与r为一一对应关系 同理可得 卫星其他运动参量 提问 近地卫星的速度是多少呢 对于靠近地面的卫星 可以认为此时的r近似等于地球半径r 把r用地球半径r代入 可以求出 就此得出第一宇宙速度的概念及其推导法 当物体进入轨道的速度 11 2km s v 7 9km s时 卫星绕地球旋转 其轨道是椭圆 地球位于一个焦点上 当物体的速度大于或等于11 2km s时 卫星就会脱离地球的吸引 不再绕地球运行 2 第二宇宙速度 脱离速度 在地面上发射物体 使之能够脱离地球的引力作用 成为绕太阳运动的人造行星或飞到其他行星上去所必须的最小发射速度 称为第二宇宙速度 其大小为 v 11 2km s 上面是宇宙速度的内容 接下来介绍一种特殊的卫星 同步卫星 问题1 什么是 同步 定义 所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星 它与地球自转角速度相同或与地球自转的周期相同 即 t 24 问题1 符合上述的条件就能够做到同步吗 学生思考片刻后 给出如左图设置的问题 并让学生进行讨论 给学生一些提示 用手动画图分别讲解为什么同步卫星必须在赤道平面上 提出问题 同步卫星在赤道平面的高度是否一定 说明高度为什么一定让学生计算出高度的表达式让学生演示他们的答案给出准确的高度计算方法和计算的表达式 思考 对于绕地球运动的人造卫星 1 离地面越高 向心力越 2 离地面越高 线速度越 3 离地面越高 周期越 4 离地面越高 角速度越 5 离地面越高 向心加速度越 小 大 小 小 小 对地球 v1 7 9km s 环绕速度 7 9km s v 11 2km s时卫星轨道不是圆形而是椭圆 2 当v 11 2km s时 脱离地球 绕太阳 第二宇宙速度 绕太阳 也称脱离速度 3 当v 16