宇宙航行学案

7.4 宇宙航行学案【学习目标】1.理解人造地球卫星的最初构想；2.知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度，体会在处理实际问题时，如何构建物理模型；3.理解人造卫星做匀速圆周运动时,各物理量之间的关系。

【学习重点】1.第一宇宙速度的推导过程和方法；2.研究天体运动的基本思路与方法。

【学习难点】人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。

知识回顾1.天体运动近似看成匀速圆周运动，万有引力提供向心力，即=（已知r,T）,可得中心天体的质量M= .2.忽略地球自转影响，地表附近物体的重力等于万有引力，即= ，所以= 。

这是一个常用变换式。

新课导入在 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？问题: 1. 卫星在做什么运动？ 2. 谁提供向心力？3. 已知引力常量G、地球质量M、地球半径R、地球表面重力加速度g请用不同的方法求出这个速度的表达式，并说明原理。

合作探究、自主学习学习目标一、宇宙速度（地球）1. 第一宇宙速度（1）概念:是卫星在附近(h≪R)绕地球做的速度。

（2）推导：方法一：万有引力提供向心力，则有：。

（方程）解得：v= .1方法二:已知地面附近的重力加速度g和地球半径R，方程: ,解得：v1= .带入数据（地球半径R约为6400km，重力加速度g取9.8m/s2），得：v1= .(注：发射速度是指卫星在地面附近离开发射火箭的初速度)拓展:卫星在地面附近离开发射火箭时:(1). 发射速度等于第一宇宙速度时，卫星将做什么运动？(2). 发射速度小于第一宇宙速度时，卫星将做什么运动？(3). 发射速度大于第一宇宙速度时，卫星将做什么运动？(4). 卫星环绕地球做圆周运动的速度一定不小于第一宇宙速度吗？(5). 把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？结论：第一宇宙速度是最小的，是卫星环绕地球做圆周运动的最大.2.第二宇宙速度:使物体挣脱的束缚,成为绕太阳运行的人造行星的最发射速度,又叫 ,v2= .3.第三宇宙速度:使物体挣脱束缚的最发射速度,又叫 .v3= .例1、(多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是( )A．第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于或等于v1，小于v2B．美国发射的“凤凰号”火星探测卫星，其发射速度大于第三宇宙速度C．第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度D．第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度例2、若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星质量是地球的6倍，半径是地球的1.5倍，则该行星的第一宇宙速度约为( )A．16 km/s B．32 km/s C．4 km/s D．2 km/s学习目标二、人造地球卫星1.人造地球卫星的轨道（1）卫星的轨道平面可以在平面内(如同步轨道)，可以通过上空(极地轨道)，也可以和成任意角度；（2）因为地球对卫星的提供了卫星绕地球做圆周运动的向心力，所以必定是卫星圆轨道的圆心．2、人造地球卫星的运行规律人造地球卫星绕地球做圆周运动，其所受地球对它的______提供它做圆周运＝__________＝__________＝________＝________，由动的向心力，则有：G Mmr2此可得a＝______，v＝______，ω＝________，T＝________。

《7.4 宇宙航行》学案【学习目标】1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.2.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况，认识同步卫星的特点.3.了解人类对太空的探索历程.【课堂合作探究】从嫦娥奔月到万户飞天，再到嫦娥五号、天问一号，中国一直在为“飞天”梦想努力着。

实际上，早在1687 年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿就设想：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。

一、宇宙速度1.第一宇宙速度的分析与计算思考：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球质M=6×1024kg，地球半径R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）思考：有人说，第一宇宙速度也可用v=√gR（式中g为重力加速度，R为地球半径）算出，你认为正确吗？（1）第一宇宙速度的大小：（2）是航天器成为卫星的发射速度。

2.认识第二宇宙速度理论研究指出，在地面附近发射飞行器，如果速度大于，又小于，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。

当飞行器的速度等于或大于时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。

我们把叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。

3.认识第三宇宙速度达到第二宇宙速度的飞行器还无法脱离太阳对它的引力。

在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度（脱离速度）。

二、人造卫星1.人造卫星轨道的分类卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。

因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，其轨道可分为三类：(1)赤道轨道：卫星的轨道与赤道共面，卫星始终处于赤道正上方。

(2)极地轨道：卫星的轨道与赤道平面垂直，卫星经过两极上空。

(3)任意轨道：卫星的轨道与赤道平面成某一角度。

高中物理【宇宙航行】学案及练习题学习目标要求核心素养和关键能力1.知道三个宇宙速度及含义，了解卫星的分类。

2.会推导第一宇宙速度，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

3.了解人类在宇宙探索方面的重要成就，培养应用物理规律造福人类的意识。

1.物理观念：具有与万有引力定律相关的运动与相互作用的观念。

2.科学态度与责任：培养探索太空、了解太空的兴趣，为我国的航天事业的成就而自豪。

3.关键能力：分析推理、质疑论证能力。

一 宇宙速度 1．环绕速度一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球的质量为m 地，卫星的质量为m ，向心力由地球对它的万有引力提供，即G mm 地r 2＝m v 2r ，则卫星在轨道上运行的线速度v ＝Gm 地r。

2．第一宇宙速度(1)定义：物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫作第一宇宙速度。

(2)大小：v ＝7.9 km/s 。

3．第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9 km /s ，又小于11.2 km/s ，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。

当飞行器的速度等于或大于11.2 km /s 时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。

我们把11.2 km/s 叫作第二宇宙速度。

4．第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s ，这个速度叫作第三宇宙速度。

二 人造地球卫星 1．人造地球卫星发射1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。

1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功。

2．地球同步卫星(1)概念：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星，叫作地球同步卫星。

(2)地球同步卫星位于赤道上方高度约36 000 km 处，周期与地球自转周期相同。

其中一种的轨道平面与赤道平面成0度角，运动方向与地球自转方向相同。

因其相对地面静止，也称静止卫星。

导学案
1.课题名称：
人教版高一必修2物理第七章万有引力与宇宙航行——宇宙航行
2.学习任务：
（1）通过牛顿的设想了解人造卫星的发射原理，知道三个宇宙速度的含义，并能够推导第一宇宙速度。

（2）能正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，知道什么是同步卫星。

（3）了解人类探索宇宙的进程及我国的航天成就。

3.学习准备：
准备好教材（没有纸质版看电子版）及笔记本。

边观看边做记录。

4.学习方式和环节：
观看视频课学习，适时控制播放，按老师指令完成相应的课上学习任务。

学习环节主要有：
环节一：了解三种宇宙速度
➢思考与讨论1：高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？
注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念。

➢思考与讨论2：有人说第一宇宙速度也可用v =（式中g为地球表面处重力加速度，R为地球半径）算出，你认为正确吗？
注意：第一宇宙速度两种推导方式。

环节二：讨论人造卫星的运行规律
1.人造卫星的轨道。

2.做匀速圆周运动的人造卫星运行规律。

宇宙航行教案范文一、课程目标：1.通过学习宇宙航行教案，学会宇宙和太阳系的基本概念和知识。

2.了解人类的探索宇宙的历史和成就。

3.培养学生对宇宙探索的兴趣和好奇心，激发他们的科学探索欲望。

二、教学准备：1.课件、投影仪等多媒体设备。

2.世界地图、宇宙图表等教具。

3.多媒体资料、实物模型等辅助教材。

三、教学过程：活动一：前导活动（15分钟）1.学生观看一段有关宇宙航行的视频片段，引起他们的兴趣。

2.向学生展示一幅世界地图，并让他们标出各个国家的名称。

然后，引导学生思考，人类探索宇宙的过程中是否有学到了其他国家？活动二：知识讲授（30分钟）1.通过课件和投影仪，呈现宇宙和太阳系的相关知识，包括宇宙的起源、星系、行星等。

2.讲解人类对宇宙探索的历史，包括太空竞赛、阿波罗登月计划、国际空间站等。

3.介绍有关宇航员和宇宙飞船的知识，包括宇宙飞船的构造、宇航员的培训和任务等。

活动三：合作探索（30分钟）1.学生分为小组，给每个小组分发一幅宇宙图表。

2.学生根据宇宙图表中的信息，进行合作探索。

每个小组选择一个星球或行星，了解并介绍其特点和可探索性。

3.学生利用多媒体资料、实物模型等辅助教材，进行合作讨论和展示。

活动四：创造性任务（30分钟）1.要求学生以小组为单位，设计一艘宇宙飞船，并给它起一个名字。

要求飞船能够在宇宙中进行探索，并解决一些问题，例如如何保证飞船的稳定性、如何应对太空辐射等。

2.学生需要为飞船的设计和功能提供理论支持和解释，并利用物品进行模型展示。

3.每个小组展示他们设计的飞船，并介绍其特点和功能。

活动五：展示和总结（15分钟）1.每个小组展示他们的飞船设计，并回答其他小组提出的问题。

2.教师对学生的展示进行点评，并总结宇宙航行的重要性和挑战性。

3.以游戏、小测验等方式进行知识回顾和巩固。

四、教学延伸：1.鼓励学生阅读有关太空探索和宇宙航行的书籍或文章，增加他们对宇宙航行的知识和了解。

2.组织学生观看与宇宙航行有关的电影或纪录片，进一步激发他们的兴趣和好奇心。

《宇宙航行》学案【学习目标】知识与技能：1、了解人造卫星的最初构想。

2、会解决涉及人造卫星运动的较简单的问题。

3、知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。

4、感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。

过程与方法：学习科学的思维方法，培养分析推理能力和合理表达的能力。

情感态度与价值观：激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

【学习重点】对第一宇宙速度的推导过程和方法。

【学习过程】一、人造卫星问题1：什么是人造卫星？问题2：为什么卫星不会落到地面上来？卫星绕地球运行的动力学原因是什么？人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由提供。

合作探究1：设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，则人造卫星的运行速度是多少？问题3：卫星的绕行线速度v半径r有什么关系？合作探究2：如果1号卫星正好环绕地球表面做匀速圆周运动，环绕速度是多大？（设地球质量为M，轨道半径为R，万有引力常量为G）二、宇宙速度1、第一宇宙速度①大小：__________②意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近的速度，是的发射速度，也是人造卫星中的环绕速度.合作探究3：若地球质量数值M 不告诉你,能否计算求得第一宇宙速度?（已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2,地球半径R=6400km）小结：③推导第一宇宙速度的两种方法方法一：万有引力提供物体做圆周运动的向心力可得出：方法二：重力提供物体做圆周运动的向心力可得出：合作探究4：已知月球质量是地球质量的1/81，半径约为地球半径的1/4倍，地球的第一宇宙速度为7.9km/s,则月球的第一宇宙速度是多少？2、第二宇宙速度①大小：__________②意义：使卫星挣脱__________的束缚，成为绕_________运行的人造行星的最小发射速度，也称为速度。

注意：发射速度大于，而小于，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。

6.5宇宙航行【学习目标】（1）了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。

知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

（2）通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。

（3）激情投入，展示自我，享受合作学习的快乐。

【情景导入】通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。

然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。

本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行……【自主学习构建知识】一、再次循着牛顿的足迹1.我们知道，在地面上将一个物体水平抛出，若抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。

如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？2. 早在16世纪牛顿就曾思考过这样一个问题：从地球的高山上将物体水平抛出，速度越大，落地点就。

如果抛出的速度足够大，物体就不再落回地面，它将运动，成为一颗。

3. 以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？请你用万有引力的有关知识把它算出来，要求写出计算步骤和结果。

4. 拱桥问题回顾：①质量为m的汽车在拱形桥上以速度V行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力．②请同学们进一步考虑当汽车对桥的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大．当汽车的速度大于这个速度时，会发生什么现象? ③地球可看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径（约为6400Km），请在上一问中代入数据计算出结果，发现什么问题吗？二、宇宙速度1．第一宇宙速度大小：。

意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近的速度，所以也称为环绕速度。

注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹不是圆，而是椭圆。

2．第二宇宙速度大小：。

意义：使卫星挣脱的束缚，成为绕运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。

人教版高中物理宇宙航行教案第一章：宇宙的奥秘1.1 天体物理学简介学习目标：了解天体物理学的基本概念和研究方法。

教学内容：介绍天体物理学的研究对象、基本概念和方法。

教学活动：阅读教材，观看相关视频，进行小组讨论。

1.2 宇宙的大尺度结构学习目标：了解宇宙的层次结构和大尺度特征。

教学内容：介绍宇宙的星系、星系团和超星系团等结构。

教学活动：观察宇宙结构的天文图像，进行模拟构建。

第二章：黑洞与引力波2.1 黑洞的基础知识学习目标：了解黑洞的形成和基本特性。

教学内容：介绍黑洞的定义、形成机制和史瓦西半径。

教学活动：阅读教材，观看黑洞模拟动画。

2.2 引力波的探索学习目标：了解引力波的概念和探测方法。

教学内容：介绍引力波的定义、产生机制和LIGO引力波探测器。

教学活动：参观LIGO实验室视频，进行小组讨论。

第三章：航天技术的发展3.1 航天器的发射与轨道控制学习目标：了解航天器发射和轨道控制的基本原理。

教学内容：介绍航天器发射过程、火箭推进和轨道控制方法。

教学活动：参观航天发射场视频，进行模拟发射活动。

3.2 航天器的任务与应用学习目标：了解航天器的任务和应用领域。

教学内容：介绍航天器的任务类型、应用领域和实例。

教学活动：参观航天器实验室，了解航天器应用的实际情况。

第四章：探索宇宙的历程4.1 地月系与行星探测学习目标：了解地球和月球的关系以及行星探测的历程。

教学内容：介绍地月系结构、行星探测器和探测任务。

教学活动：观察地月系和行星探测器的图像，进行小组讨论。

4.2 恒星与星系的研究学习目标：了解恒星和星系的研究方法和技术。

教学内容：介绍恒星观测方法、星系分类和红移概念。

教学活动：观察恒星和星系的图像，进行模拟观测活动。

第五章：宇宙的未来5.1 宇宙膨胀与暗能量学习目标：了解宇宙膨胀的证据和暗能量的概念。

教学内容：介绍宇宙膨胀的观测数据和暗能量的性质。

教学活动：观察宇宙膨胀的图像，进行小组讨论。

5.2 宇宙终结的命运学习目标：了解宇宙终结的可能命运和人类的前景。

6.5人造卫星宇宙速度学习目标:1.了解人造卫星的最初构想。

2.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。

3.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。

4.感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。

学法指导：在处理有关卫星运动的问题时，可以按匀速圆周运动模型处理，进而结合向心力公式、向心加速度公式及圆周运动公式，推导出已知量与未知量的关系。

学习宇宙速度时，要对比记忆，明确其物理意义，应掌握推导出过程，体会推导第一宇宙速度的物理思想。

课前预习：一、人造卫星的运行原理和轨道1．运行原理：2．运行轨道：二、宇宙速度：1．第一宇宙速度(环绕速度)：2．第二宇宙速度(脱离速度)：3．第三宇宙速度(逃逸速度)：三、人造卫星的发射速度和运行速度人造卫星的发射速度：。

人造卫星的运行速度：。

四、人造卫星绕行线速度、角速度、周期与半径的关系1．线速度与半径的关系：2．角速度与半径的关系：3．周期与半径的关系：五、地球同步卫星所谓地球同步卫星，是相对地面静止的跟地球自转同步的卫星。

卫星要与地球自转同步，必须满足下列条件：1．卫星绕地球的运行方向与地球自转方向相同，且卫星的运行周期与地球自转周期相同(即等于24h)。

2．卫星运行的圆形轨道必须与地球的赤道平面重合。

3．卫星的的轨道高度一定(距地面3．6万公里)。

学能检测：1.关于第一宇宙速度，下面说法中正确的是：（）A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度C．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D．它是卫星在椭圆轨道上运动时在近地点的速度2.设地球半径为R，一颗人造卫星在离地面高度h=R的圆形轨道上运行，其运行速度是第一宇宙速度的多少倍?3.把一颗质量为2t的人造地球卫星送入环绕地球运行的圆形轨道，已知地球质量为6×1024kg，半径为6．4×103km。

这颗卫星运行的周期是多少小时？当堂训练：1．环绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，距地面高度越大，（）A．线速度和周期越大 B．线速度越小，周期越小C．线速度越大，周期越小 D．线速度越小，周期越大．2、关于第一宇宙速度，下面说法正确的是 ( )A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B．它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度C．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D．它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度3．已知地球半径约为6．4×106m，又知月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，则可估算出月球到地心的距离约为多少？(结果只保留一位有效数字)4．如果有一个行星质量是地球的l／8，半径是地球半释的1／2。

利辛高级中学高一物理学案撰写人：胡成刘云琨第六章第五节：宇宙航行（一）学习目标：1.了解人造卫星的有关知识；2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度；3.通过实例，了解人类对太空的探索历程。

本节重点：会推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度。

本节难点：运行速率与轨道半径之间的关系。

知识梳理：一、人造卫星（1）概念：当物体的足够大时，它将会围绕旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的人造卫星。

（2）运动规律：一般情况下可认为人造卫星绕地球做运动。

（3）向心力来源：人造地球卫星的向心力由提供。

知识拓展：（1）人造卫星的两个速度：①发射速度：将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度；②绕行速度：卫星在轨道上绕地球做匀速圆周运动所具有的速度。

由于发射过程中要克服地球的引力做功，所以发射速度越大，卫星离地面越高，实际绕地球运行的速度越小。

向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难得多。

（2）卫星的轨道：卫星绕地球运动的轨道可以是椭圆轨道也可以是圆轨道。

卫星绕地球沿椭圆轨道运行时，地心位于椭圆的一个焦点上，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律。

卫星沿地球绕圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心。

卫星轨道平面可以在赤道平面内（如同步卫星），也可以和赤道平面垂直（通过地球两极，如极地卫星），还可以和赤道平面成任意角度，如图所示。

二、宇宙速度（1）第一宇宙速度：=1v ，又称环绕速度。

物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，是人造地球卫星的最小发射速度，s km v 9.71=。

发射速度小于s km 9.7时，卫星将不能绕地球做圆周运动而落回地面。

推导过程：设地球质量为M ，卫星质量为m ，卫星到地心的距离为r ，卫星做匀速圆周运动的线速度为v ，根据万有引力定律和牛顿第二定律得：r v m r Mm G 22=，rGM v =。