最新人教版高中物理必修2第六章《宇宙航行》课堂互动

第六章万有引力与航天6.5 宇宙航行★教学目标(一) 知识与技能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。

(二) 过程与方法3. 通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。

4. 利用离心运动和向心运动的知识点理解卫星变轨时应该加速还是减速，及其它一些变轨问题。

(三) 情感态度与价值观5. 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。

6. 感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。

★教学重点1. 对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。

2. 人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。

3. 识记第二宇宙速度及第三宇宙速度，了解一些卫星变轨知识。

★教学难点1. 对第一宇宙速度的推导过程和方法2. 一些卫星变轨知识★教学过程一、天体运动的速度、角速度、周期及加速度师：前面学习中，我们研究分析了大量天体运动实例，现在我们来对天体运动的线速度、角速度、周期及加速度进行总结归纳，方便记忆理解。

师：设天体A 绕天体B 做匀速圆周运动，则天体A 的线速度、角速度、周期及加速度的大小分别由哪些量决定？生：由22r Mm G r mv =有r GM v =，利用公式r vω=有3r GM =ω，利用公式T πω2=有GM r T 32π=，据m F a =有2r GM a =。

师：对！总结起来就是【牢记】：rGM v = 3r GM =ω GM r T 32π= 2r GM a = 1234例1、如图所示，4321m m m m >=>，试比较四颗卫星的线速度、角速度、周期及加速度的大小关系。

【解析】：有上面公式即可，与卫星的质量无关，只与中心天体质量M 、轨道半径r 有关。

观看动画：不同轨道卫星；人造卫星（第三个片段）二、卫星的轨道平面【问题】：请大家看下面的几条卫星轨道，试判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的。

［自主学习互动］
1.研究天体运动时，它们做匀速圆周运动的向心力是 ，公式是 . 答案：它们受到的万有引力 G 2r Mm =m r v 2或G 2r
Mm =mr ω2=m 22π4T
r 2.把卫星的运动看成匀速圆周运动，通过测出 和 ，则可推算出天体的质量及密度.表达式是
及 .特别是若卫星在天体表面环绕时，只要测出 ，
就可以测出天体的密度.表达式是 . 答案：天体的卫星的环绕周期T 轨道半径r M =2
32π4GT r ρ=323π3R GT r 环绕周期T ρ=2
π3GT 3.在地球表面上，重力近似等于 ，表达式为 ，
由此可得地球表面的重力加速度为 .
答案：万有引力 mg =G
2R Mm g =2R GM 知识链接
万有引力定律的应用领
域，主要是自然天体和人造天体的运动，人造地球卫星
是万有引力定律具体应用的典型.根据卫星环绕运动时万有引力等于向心力，可以算出卫星的环绕速度、角速度、周期等.。

宇宙航行【三维目标】（一）知识与技能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．了解人类对太空的探索历程。

（二）过程与方法通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。

（三）情感态度与价值观1．通过对我国航天事业发展的了解，进行爱国主义的教育。

2．关心国内外航空航天事业的发展现状与趋势。

【教学重点】会推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度。

【教学难点】运行速率与轨道半径之间的关系。

【课时安排】1课时【教学过程】一、新课引入情景导入阿波罗飞船载人登月和返回地球的轨道示意图经火箭发射，“阿波罗11号”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，最后登月舱降落在月球。

当宇航员在月球上完成工作后，再发动引擎进入环月球的轨道，然后加速，脱离月球轨道，进入地球轨道，最后降落于地球。

万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运行问题，也为人们开辟了上天的理论之路。

现代火箭航天技术先驱、俄国科学家齐奥尔科夫斯基曾说过：“地球是人类的摇篮，人类绝不会永远躺在这个摇篮里，而会不断地探索新的天体和空间。

”1957年10月4日，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗人造地球卫星——“旅行者1号”，人类开始迈入航天时代。

火箭发射那么，多大的速度才能使物体不再落回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？牛顿在思考万有引力定律时就曾经想过，从高山上水平抛出的物体速度一次比一次大时，落点就一次比一次远。

如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，这就是人造地球卫星的雏形，那么这个速度需要多大呢？学习本节内容之后便可解决上述问题了。

二、新课讲解（一）宇宙速度片段一：人造地球卫星课件展示1．人造卫星发射及其在圆形轨道上的运动。

2．演示月球绕地球转动。

问题：1．抛出的石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？2．卫星、月球没有落下来必须具备什么条件？学生带着这两个问题阅读教材“宇宙速度”部分。

《宇宙航行》说课稿尊敬的各位领导，各位老师，大家好。

今天我说课的题目选自人教版高中物理必修二第六章第五节《宇宙航行》。

下面我将从教材分析、学情分析，教学目标、教学重难点、教学方法、教学程序、作业设计与板书设计几个的方面进行阐述。

一、教材分析《宇宙航行》是新课程人教版必修二第六章第五节的内容，本节课是以学生前面已掌握的平抛运动、圆周运动和向心力等知识以及万有引力定律为基础,重点推导了第一宇宙速度，介绍了第二、第三宇宙速度。

通过对人造卫星、宇宙速度的介绍，使学生对航天科学产生兴趣，增强民族自信心和自豪感。

是学生进一步学习研究天体物理问题的基础。

二、学情分析从学生年龄特征来看，大多是00后出生，他们已经对本节知识有一定的接受能力，但是对知识体系条理性掌握，对易混淆知识的辨别能力还欠缺。

从学生的知识基础来看，本节与第五章息息相关，不同水平的学生学起来认知程度不一样。

从认知特点及思维规律来看，学生容易接收表象、浅显的知识，不易接收推理性强、易混淆的知识。

因此在教学过程中教师要作合理的引导。

三、教学目标1、知识与技能（1）知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。

（2）会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。

（3）理解卫星的运行速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系。

2、过程与方法(1)在学习牛顿对卫星发射猜想的同时，培养学生科学探索能力；(2)培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。

3、情感态度与价值观（1）通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理知识的热情。

（2）通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。

（3）感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

四、教学重点依据课程标准要求和本节教材实际,并结合课后习题，确定本节的教学重点为：宇宙第一速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。

因为高一学生思维还不够敏捷，很难做到大跨度的思维跳跃，对于人造卫星、宇宙飞船等高科技产品，学生在学习时往往存在一定的心里障碍。

教学设计5宇宙航行文本式教学设计(二)浙江绍兴一中胡建国本教案获浙江省高中物理学科教学设计2级称号设计思想本节课设计的基本理念是：以学生为主体，以学生的发展为中心，发挥物理学科教育效应优势，促进学生知识、技能、品德三位一体的全面发展．本节课的难点在于对人造卫星发射原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法：在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法．本课设计特色在于在整个教学过程中，教师创设一个又一个教学情境，使学生处于探索、研究、思维的氛围中，在满怀期待中步入科学的殿堂，领略和感悟科学的和谐之美．教材分析本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非常重要的实例，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技知识的一个极好素材．教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法．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，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．学情分析学生已掌握了运动的合成与分解、牛顿运动定律、圆周运动、机械能等章节的理论．学生可以利用这些知识和对宇宙奥秘的好奇心来探索人造卫星的发射及宇宙速度．学生可以通过联想上一章所学的对平抛物体的运动的处理方法来探究牛顿的思考，以地心为参考系平抛出去的物体从空间运动效果上可分解为指向地心的自由落体运动和绕地心的匀速圆周运动．而这两个分运动都是变速度运动，它们都需要一个指向地心的力来维持它们各自的运动状态．当万有引力正好提供向心力时，这样平抛出去的物体就落不下来了，从而得到第一宇宙速度．再根据圆周运动和机械能部分的知识可知道速度再大一些会做椭圆运动或摆脱地球对它的约束．这样，人们就可以到更远的地方去探索宇宙的奥秘了……学生可能在区分人造卫星的环绕速度与发射速度时会遇到困难，必须作好分解难点的准备．教学目标知识与技能1．了解人造卫星的有关知识；2．掌握三个宇宙速度的物理意义；3．会推导第一宇宙速度；4．简单了解航天发展史；5．能用所学知识求解卫星基本问题．过程与方法1．通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生科学推理、探索能力；2．通过分析处理人造地球卫星的方法，将卫星围绕地球的运动简化为绕地球做匀速圆周运动，培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；3．通过学生总结课堂内容，比较黑板上的小结和自己的小结，学习科学的思维方法，构建他们自己的知识框架，培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力．情感态度与价值观1．介绍世界及我国航天事业的发展现状，激发学习科学、热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感；2．感受人类对客观事物不断探究的精神和情感．教学重点、难点1．第一宇宙速度的推导；2．人造卫星的环绕速度与发射速度的区别．教学策略与手段启发探究式教学法、问题式教学法、多媒体辅助教学；教具：多媒体课件、投影仪、计算机．课前准备1．学生预习本节内容，准备圆规等作图工具；2．多媒体课件；3．多媒体计算机；4．黑板作图工具．教学过程(一)引入新课教师活动：1.利用多媒体播放视频：人造卫星发射(“神六”或“神五”的发射过程)．2．演示人造卫星或月亮绕地球转动．提出问题：为什么抛出去的石头会落下来而发射出去的卫星却没有落下来呢？导入新课：这就是我们这节课要探讨的问题．点评：创设情境，激发情感，直接导入新课．(二)进行新课1．宇宙速度教师活动：请同学们阅读课文第一自然段，同时思考下列问题[投影出示]：(1)在地面抛出的物体为什么要落回地面？(2)什么叫人造地球卫星？学生活动：阅读课文，从课文中找出相应的答案．(1)在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终都要落回到地面．(2)如果在地面上抛出一个物体时的速度足够大，那么它将不再落回地面，而成为一个绕地球运转的卫星，这个物体此时就可认为是一颗人造地球卫星．点评：创设情景，引入探究，引出人造地球卫星的概念，体现学生的主体地位和老师的主导作用．教师活动：引导学生深入探究(1)月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？(2)物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系？(3)若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？学生活动：分组讨论，得出结论．(1)由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球的引力，用来充当绕地运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来．(2)由平抛物体的运动规律知：x ＝v 0t ①h ＝12gt 2② 联立①②可得：x ＝v 02h g即物体飞行的水平距离和初速度v 0及竖直高度h 有关，在竖直高度相同的情况下，水平距离的大小只与初速度v 0有关，水平初速度越大，飞行得越远．(3)当平抛的水平初速度足够大时，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星．点评：通过学生的自学和阅读，了解人造卫星发射的基本方法，通过师生共同的推导得出物体不落回地面的原因，培养学生自主学习能力和分析推导的能力．教师活动：课件演示牛顿的《人造卫星发射原理图》：平抛物体的速度逐渐增大，飞行距离也跟着增大，当速度足够大时，成为一颗绕地球运转的卫星．牛顿曾依据平抛现象猜想了卫星的发射原理，但他没有看到他的猜想得以实现．今天，我们的科学家们把牛顿的猜想变成了现实．教师活动：[过渡语]从上面学习可知，当平抛物体的初速度足够大时就可成为卫星．那么，大到什么程度就叫足够大了呢？下面我们来讨论这一个问题．请同学们阅读教材有关内容，同时考虑下面几个问题[投影出示]：(1)卫星环绕地球运转的动力学方程是什么？(2)什么叫第一宇宙速度？什么叫第二宇宙速度？什么叫第三宇宙速度？学生活动：阅读课文，找出相应答案．(1)卫星绕地球运转时做匀速圆周运动，此时的动力学方程是：G Mm r 2＝m v 2r. (2)人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速度叫第一宇宙速度． 人造卫星绕地球做椭圆轨道运动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度．人造卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙中去时，所必须具有的速度叫第三宇宙速度．点评：通过阅读了解三个宇宙速度的概念，通过引导启发，暴露学生思维过程，构建物理模型．教师活动：引导学生深入探究：(1)卫星绕地球运转的最小半径是多少？(2)结合卫星运转的动力学方程，推导第一宇宙速度．(3)什么是发射速度？什么是环绕速度？学生活动：分组讨论，得出答案．(1)卫星运转的最小半径近似等于地球的半径，即在地球表面绕地运转．(2)由万有引力定律和牛顿第二定律，得：G Mm R 2＝m v 2R① 可得第一宇宙速度v ＝GM R ＝ 6.67×10－11×5.89×10246.40×106 m/s ≈7.9 km/s.第一宇宙速度是卫星的最大的轨道速度，我们习惯把这样的卫星叫近地卫星．当卫星的轨道半径r 增大时(r ＞R )，v 将减小．第一宇宙速度也可根据万有引力近似等于物体的重力，得：G Mm R2＝mg ② 由①②两式得v ＝gR代入数据得v ＝7.9 km/s.(3)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，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度．运行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度．当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度．教师活动：总结、点评．根据公式v＝GMr可得，当卫星的轨道半径越大时，卫星绕地球旋转时的速度越小，但由于克服重力做功，送入轨道需要消耗的能量越多，卫星发射越难，发射的速度必须越大．由此，我们可以得出要将人造卫星送入轨道的发射速度必须大于这个值．所以第一宇宙速度有两层含义：它既是人造地球卫星的最小发射速度，也是所有卫星的最大环绕速度．点评：通过严密的数学推导过程，得出第一宇宙速度的大小，并理解它的物理意义．以上这些结论都是由学生在学习小组中探究得到，学生的自信心得到极大的满足，更主要使他们从被动接受变为主动索取，使学生乐学、好学．教师活动：引导学生深入探究(1)当速度大到某一值时，卫星就会脱离地球的引力，卫星将如何运动？(2)第二宇宙速度、第三宇宙速度的大小是多少？物理意义是什么？学生活动：阅读课文，找出相应答案．发射速度越大，人造卫星就进入更高的轨道，当速度大到某一值时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运动，我们把这个速度叫第二宇宙速度，它的大小为v2＝11.2 km/s.若在地面附近以大于7.9 km/s而小于11.2 km/s的速度水平发射飞行物时，它将绕地球做椭圆运动．因此发射高轨道卫星的另一方案是：先将卫星送入椭圆轨道，然后在椭圆轨道的远地点将速度加速到等于环绕速度．飞行物若以超过11.2 km/s但小于16.7 km/s的速度发射虽然可以摆脱地球对它的吸引，但它还是离不开太阳系对它的约束．要使物体挣脱太阳对它的束缚，其速度必须等于或大于16.7 km/s，这个速度叫第三宇宙速度．教师活动：引导学生深入探究让学生猜想：若以大于11.2 km/s而小于16.7 km/s的速度发射飞行物时，飞行物最终将在哪里运动呢？学生活动：飞行物可能围绕太阳或其他行星运行，也可能掉落到太阳或其他行星上坠毁．点评：再设情景，激起学生的好奇心，使学生对天体运动大胆猜测、推理．教师活动：总结、点评．课件动态展示：在第一宇宙速度及在此基础上卫星发射速度不断增大的过程中，运动轨迹由围绕地球运动的圆周→椭圆→偏心率逐渐变小的椭圆→挣脱地球引力围绕太阳运动→飞出太阳系的变化过程．2．梦想成真教师活动：引导学生阅读有关内容，让学生了解人类在探索宇宙的奥秘中已经取得的辉煌成就，体会我国在征服宇宙太空的过程中所取得的伟大成就，培养学生的爱国热情和愿为科学献身的精神．视频展示：我国载人飞船“神舟五号”升空实况．图片展示：国际航空成就及中国航空成就．学生活动：阅读课本，发表感想．让同学感想到：我们是祖国未来的希望，现在需要努力学习科学文化知识，将来为祖国的航天事业作贡献．要培养学生坚韧不拔、勇于探索、协力合作的科学精神以及严谨求实、谦虚谨慎、勇于质疑的科学态度；也要培养学习者热爱科学、热爱祖国的情感；努力学习、振兴中华的责任感．点评：使新课程知识和技能、过程和方法、情感态度和价值观三位一体的目标得到全面发展．(三)课堂总结、点评教师活动：让学生概括总结本节的内容．请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学们评价黑板上的小结内容．学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方．点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力．教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架．(四)实例探究例题关于第一宇宙速度，下列说法正确的是()．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在近地点的速度参考答案：BC.1．教师点拨引导学生通过联想得出解题的两种方法，将计算结果与正确结果进行比较．2．拓展：将天体运动的椭圆轨道近似为圆．所有环绕中心天体做圆周运动所需向心力，均由中心天体的万有引力提供．点评：通过两道实例探究，检验学生学习情况，巩固学生课堂所学知识，培养学生处理实际问题的技能和方法．板书设计5字宙航行一、人造卫星二、三、梦想成真小结与作业布置1．小结：我们这节课主要学的内容是第一宇宙速度的推导过程、对第一宇宙速度的两层含义的理解及对第二、三宇宙速度的理解．2．作业：a.阅读教材P46的课后资料——“黑洞”和“航天事业改变着人类生活”b．上网查阅：(1)人造卫星的种类(2)同步卫星的含义及特点问题研讨[问题1]某小报登载了这样一则消息：“×年×月×日，×国发射了一颗人造环月球卫星．……卫星的周期为72 min……”．有一位同学对这则新闻将信将疑，但一时无法查找有关资料．只凭记忆，记起了月球的半径约为地球半径的1/4，月球表面的重力加速度约为地球的1/6，且R地＝6.4×106 m，g地＝9.8 m/s2.请依上述数据写出论证过程及结论．[问题2]我们可以怎样在地面上发射火星人造卫星，发射速度至少要多大？[问题3]如何实现地球人造卫星的回收？。

人教版必修2《宇宙航行》教案及教学反思一、课程概述本课程为人教版必修2课程中的《宇宙航行》一课。

本课程主要介绍了人类对宇宙航行的探索和应用，包括宇宙的基本概念、太阳系的组成和特点、宇宙探索及应用等方面。

本课程将帮助学生进一步了解宇宙和太阳系的相关知识，并引导学生探索宇宙和太阳系的奥秘。

二、教学目标本课程的主要教学目标如下：1.了解地球在宇宙中的位置，进而认识太阳系和其他恒星系统的基本概念和组成；2.了解宇宙中的运动规律，掌握环绕地球和绕太阳的运动方式与规律；3.了解宇宙探索的基本方法和应用，掌握宇宙探索的发展历程和最新进展。

三、教学内容1. 宇宙与太阳系的概念•宇宙的基本概念•太阳系的组成和特点•地球的运动方式和规律2. 太空探索与应用•宇宙探索的基本方法和最新进展•太空技术的发展及应用3. 宇宙时空的奥秘•黑洞和暗物质•宇宙大爆炸理论四、教学方法本课程采用以下教学方法：1.讲授法：通过PPT和黑板，向学生讲解主要理论和知识点；2.互动探究法：在讲授内容中，通过“回答”“提问”等互动方式，引导学生探究、思考，达到知识点深入理解的目的；3.实验演示法：对于部分实验应用型的知识点，通过实验和演示的方式，使学生更好地理解和掌握知识。

五、教学重点1.太阳系的组成和地球的运动方式和规律；2.宇宙探索的基本方法和最新进展；3.黑洞和宇宙大爆炸理论。

六、教学难点1.宇宙探索的发展历程和最新进展；2.黑洞和宇宙大爆炸理论的概念及其特点和影响。

七、教学反思本课程教学过程中，针对学生的认知基础和掌握情况，我采用了讲授法、互动探究法和实验演示法等多种方式，帮助学生理解和掌握了宇宙航行相关的概念和知识。

在教学中，我注重了知识点的串联和深入，帮助学生形成知识点之间的联系，从而更好地理解知识。

同时，在教学中，我也提倡学生主动思考和探究，通过提问、回答、分组讨论等方式，引导学生思考和探究，使得学生能够更加深入地理解和掌握知识点。

高中物理 第六章 万有引力与航天 6.5宇宙航行教学案 新人教版必修2班级________姓名________学号_____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、通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力4、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。

5、感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。

学习重点:第一宇宙速度的推导学习难点:运行速率与轨道半径之间的关系主要内容:（一）引入新课教师活动：上节课我们学习了万有引力的成就。

现在请同学们回忆下列问题：1、万有引力定律在天文学上有何应用？2、如何应用万有引力定律计算天体的质量？能否计算环绕天体的质量？学生活动：经过思考，回答上述问题：1、应用万有引力定律可以估算天体的质量；可以来发现未知天体。

2、应用万有引力定律求解天体质量时，万有引力充当向心力，结合圆周运动向心加速度的三种表述方式可得三种形式的方程，即 G rv m r Mm 22= ① G 2rMm =m ω2·r ② G 2r Mm =m 224T r π ③教师活动：点评、总结导入：这节课我们再来学习有关宇宙航行的知识。

（二）进行新课1、宇宙速度教师活动：请同学们阅读课文第一自然段，同时思考下列问题［投影出示］：1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？2、什么叫人造地球卫星？学生活动：阅读课文，从课文中找出相应的答案。

1、在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终都要落回到地面。

2、如果在地面上抛出一个物体时的速度足够大，那么它将不再落回地面，而成为一个绕地球运转的卫星，这个物体此时就可认为是一颗人造地球卫星。

教师活动：引导学生深入探究1、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？2、物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系?3、若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？学生活动：分组讨论，得出结论。

互动课堂疏导引导一、宇宙速度本节描述的宇宙速度都是在地球上满足不同要求的发射速度，不能理解成卫星的运行速度.（1）第一宇宙速度（环绕速度）：指人造卫星近地环绕速度，它是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造地球卫星的最小发射速度，v=7.9 km/s. 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 GM v r v m rMm G ==,22. 应用近地条件r≈R （R 为地球半径），取R=6 400 km,M=6×1024 kg ，则： v=RGM =7.9 km/s. 第一宇宙速度的另一种推导：在地面附近，万有引力近似等于重力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力.（地球半径R 、地面重力加速度g 已知）由mg=Rv m 2得 v=8.91064003⨯⨯=gR km/s=7.9 km/s说明：在地面上的物体及地面附近的物体（包含近地卫星），在通常情况下都认为mg=2RMm G . （2）第二宇宙速度（脱离速度）：在地面上（r=R ）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需的最小发射速度，称为第二宇宙速度.其大小为v=11.2 km/s.（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度，称为第三宇宙速度.其大小为v=16.7 km/s. 案例 第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，也叫环绕速度.根据公式：v=r GM /，卫星离地面越高，卫星做匀速圆周运动的速度越小，即第一宇宙速度是卫星做匀速圆周运动的最大环绕速度.但是我们又知道人造卫星又可以以介于第一宇宙速度和第二宇宙速度的速度绕地球运行，显然这个速度是要大于第一宇宙速度的.这两点似乎有矛盾.请同学们根据所学过的知识展开讨论.【剖析】这两点的确看起来有矛盾，也是困扰同学们的一个疑点.但是只要清醒地认识到前个结论是有前提条件的．同学们要看到前一个结论是利用了理想化模型，即把人造卫星绕地球运动的轨迹近似成圆形轨道.如在利用公式v=r GM /推导第一宇宙速度时，作了两点近似：一是把卫星运行的轨迹近似成圆形；二是把卫星运行的轨道半径近似成地球的半径，从而得到第一宇宙速度的数值为7.9 km/s ；而实际上所有的星体都不可能绕中心天体做圆形轨道的运动，速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度绕地球运行的卫星，它们的运行轨道都是椭圆轨道，卫星在运行过程中速度大小会发生变化.二、有关卫星运行的线速度、角速度、周期、加速度和半径的四个关系卫星都是在万有引力作用下运动，把卫星的运动看作匀速圆周运动其所需的向心力由万有引力提供. 则有2r GMm =rv m 2=mω2r=r T a m 2)2(=mg. 在解地球卫星的问题时，由于GM 一定，m 对于一个确定的卫星来说也是一定的，如果卫星的轨道半径已知，即可求出卫星运行的速度v 、角速度ω、周期T 及卫星所处的重力加速度. 由2r GMm =r v m 2得v=rGM . 由2r GMm =mω2r 得ω=3rGM . 由r T m r GMm 22)2(π=得v=GMr 32π. 由2r GMm =mg 得g=2r GM . 因此，已知卫星运行的速度v 、角速度ω、周期T 及卫星所处的重力加速度g 中任意物理量，即可求出卫星的轨道半径r ，进而求得其他物理量.三、同步卫星同步卫星指在赤道平面内，以和地球自转角速度相同的角速度绕地球运动的卫星，同步卫星又叫通讯卫星.同步卫星有以下几个特点：1.周期一定：同步卫星在赤道上空相对地球静止，它绕地球的运动与地球自转同步，它的运动周期就等于地球自转的周期，即T=24 h.2.角速度一定：同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度.3.轨道一定：由于同步卫星绕地球的运动与地球的自转同步，这就决定了同步卫星的轨道平面应与赤道平面平行.又由于同步卫星绕地球运动的向心力是地球对卫星的万有引力，这又决定了同步卫星做圆周运动的圆心为地心.所以，所有同步卫星的轨道必在赤道平面内.由于所有同步卫星的周期都相同，由r=3224πGMT 知，所有同步卫星的轨道半径都相同，即同步卫星都在同一轨道上绕地球做匀速圆周运动，其轨道离地面的高度约为3.59×104 km.4.环绕速度大小一定：所有同步卫星绕地球运动的线速度的大小是一定的，都是3.08 km/s.5.向心加速度大小一定：所有同步卫星由于到地心距离相同，所以，它们绕地球运动的向心加速度大小都相同，约为0.23 m/s 2.四、梦想成真（人类探索太空的旅程）俄罗斯的学者齐奥尔科夫斯基最早系统地提出了航空理论，提出利用喷气推进的多级火箭，是实现太空飞行最有效的工具.1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造卫星.1961年4月12日，苏联发射了第一艘载人飞船.1969年7月20日，美国的宇宙飞船“阿波罗”11号第一次实现人类登月.2003年10月15日，中国第一艘载人飞船“神舟”五号发射成功.活学巧用1.某人在一星球上以速率v 竖直上抛一物体，经时间t 物体以速率v 落回手中.已知该星球的半径为R ，求这星球上的第一宇宙速度.思路解析：根据匀变速运动的规律可得，该星球表面的重力加速度为g=tv 2 该星球的第一宇宙速度，即为卫星在其表面附近绕它做匀速圆周运动的线速度，该星球对卫星的引力（重力）提供卫星做圆周运动的向心力，则mg=Rm v 21 该星球表面的第一宇宙速度为v 1=tvR gR 2= 答案：tvR 2 2.金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍.那么，（1）金星表面的自由落体加速度是多大？（2）金星的第一宇宙速度是多大？思路解析：(1）由于万有引力产生重力，设金星和地球的半径、质量及星球表面的自由落体的加速度分别为r 1、m 1、g 1，r 2、m 2、g 2.分别对金星和地球列两个方程：211r GMm =m 1g 1 ① 221r GMm =m 2g 2 ② ①÷②式得：g 1=212221r r m m ⨯×g 2=8.9 m/s 2. (2）重力提供星体做圆周运动的向心力.设金星和地球的半径、质量及星球做圆周运动的速度分别为r 1、m 1、v 1,r 2、m 2、v 2.分别对金星和地球列两个方程：m 1g 1=m 1v 12/r 1m 2g 2=m 2v 22/r 2①÷②式得：v 1=2211r g r g v 2=7.3 km/s. 答案：①8.9 m/s 2 ②7.3 km/s3.1999年11月21日,我国“神舟”号宇宙飞船成功发射并收回,这是我国航天史上重要的里程碑.新型“长征”运载火箭,将重达8.4 t 的飞船向上送至近地轨道1,如图7-5-1所示.飞船与火箭分离后,在轨道1上以速度7.2 km/s 绕地球做匀速圆周运动,则( )图7-5-1A.飞船在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.飞船在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C.飞船在轨道1上经过Q 点的加速度大于它在轨道2上经过Q 点的加速度D.飞船在轨道2上经过P 点的加速度等于它在轨道3上经过P 点的加速度思路解析：讨论卫星的运行问题,必须从万有引力入手.由r v m r GMm 22=得v ∝r1,故r 越大,v 越小,所以飞船在轨道3上的速率小于在轨道1上的速率,故A 错.由2rGMm =mrω2得r 越大,ω越小,故飞船在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度,故B 错.由于加速度取决于力,而此处卫星的加速度是由万有引力提供的,由2rGMm =ma 可知,不论飞船在哪个轨道上,只要在同一位置,其加速度都相同,故C 错D 对.答案：D4.如图7-5-2所示a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a 和b 质量相等且小于c 的质量，则（ ）图7-5-2A.b 所需向心力最小B.b 、c 的周期相同且大于a 的周期C.b 、c 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度D.b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度思路解析：因卫星运动的向心力就是它们所受的万有引力，而b 所受的引力最小，故A 对. 由2r GMm =ma 得a=2r GM ，即卫星的向心加速度与轨道半径的平方成反比，所以b 、c 的向心加速度大小相等且小于a 的向心加速度，C 错. 由2r GMm =224Tmr π得 T=)(23GM r π, 即人造地球卫星运行的周期与其轨道半径三次方的平方根成正比，所以b 、c 的周期相等且大于a 的周期，B 对. 由2r GMm =r m v 2得v=rGM ，即地球卫星的线速度与其轨道半径的平方根成反比，所以b 、c 线速度大小相等且小于a 的线速度，D 对.答案：ABD5.用m 表示地球同步通讯卫星的质量，h 表示它距地面的高度，R 0表示地球的半径，g 0表示地球表面处的重力加速度，ω0表示地球自转的角速度，则卫星所受地球对它的万有引力（ ）A.等于零B.等于mg 0R 20/(R 0+h)2C.等于340020ωg R mD.以上结果都不对思路解析：地球表面的重力加速度为g 0=20R GM 则卫星所受的地球对它的万有引力为F=GMm/(R 0+h ）2=mω20（R 0+h ）得R 0+h=320200320ωωR g GM =，由F=mω20(R 0+h ）得卫星所受的万有引力为 F=34020032020020ωωωR g m R g m =∙. 答案：BC6.请查阅有关资料，请探究我国发射的“神舟”五号飞船有哪些特点？思路解析：“神舟”五号飞船是我国独立设计和研制的具有完全知识产权的产品.与其他国家相比,我们的飞船有我们自己的特点：第一,从设计上看,我国飞船功能一步到位,不像美国和俄罗斯在初期把功能分成几块,一步一步地进行;第二,我国飞船的直径是根据我们的需要设计的,为 2.5 m,比俄罗斯的要大.这样,航天员在里面比较舒适,也留有发展的余地和空间；第三,我国飞船在设计思想上也与俄罗斯不一样：除把它作为天地往返运输工具之外,我们还把飞船作为科学实验的工具,飞船返回之后有一个留轨舱在太空继续做科学实验;第四,我们的飞船是在这几年设计的,比其他国家的晚一些.因此,我们的设备技术含量,比如电子技术和控制技术比那时候要进步得多.答案：见解析.。