石泉中学物理必修二导学案 第五章 万有引力与航天
- 1 - vgR§5.4 飞出地球去
1. 了解人造卫星发射与运行原理。
2. 知道三个宇宙速度的含义。
3. 会推导第一宇宙速度。
任务一：阅读教材第96-98页“三个宇宙速度”，回答下列问题。
1．设地球和卫星的质量分别为M和m,卫星到地心的距离为r，求卫星运动的线速度v
2．什么叫第一宇宙速度？
如果地球质量为5.986.371024千克，地球半径为6.37106m，引力常量为6.6710-11 m3/（kg.s2）,试计算第一宇宙速度的大小。
3. 根据以上推导和分析，思考以下：
（1）线速度与轨道半径的关系？ 半径越小，线速度越
（2）角速度与轨道半径的关系？ 半径越小，角速度越
（3）周期与轨道半径的关系？ 半径越小，周期越
4．为什么向高轨道发射卫星比向低轨道发射要困难？
5.第一宇宙速度是最 的环绕速度，是最 的发射速度。（填“大”或“小” ）
任务二：回答下列问题。
1. 利用已学内容，推导第一宇宙速度的另一种表达式
2. 什么叫第二宇宙速度？ 什么叫第三宇宙速度？
1．两颗人造地球卫星，都在圆形轨道上运动，轨道半径之比r1:r2＝2:1，则它们的速度之比为（ ）
A．2:1 B．1:4 C．1:2 D．4:1
2. 假设人造卫星绕地球做匀速圆周运动，当卫星绕地球运动的轨道半径增大到原来的2倍时，（ ） 石泉中学物理必修二导学案 第五章 万有引力与航天
1 5.4 飞出地球去
教研中心
教学指导
一、课标要求
1.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.
2.理解卫星的运行速度与轨道半径的关系.
3.通过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.
二、教学建议
1.人造地球卫星的速度 人造卫星的速度计算的主要依据是万有引力提供向心力，即G2rMm=rmv2，由此得出卫星的速度v=rGM，常用于高空运行的人造卫星，其中r=h+R（h为卫星的高度、R为地球的半径）.而根据mg=mv2/R得出的v=Rg 是沿地面附近做匀速圆周运动的人造卫星的速度，即第一宇宙速度.
2.人造卫星的能量 由公式v=rGM可以得出结论：卫星发射高度越大，其运动速度越小，动能也越小.但不要误解为“高度越大的卫星，总能量越小，因而发射也越容易”.因为高度越大的卫星，重力势能越大，动能虽小但总能量（动能与势能之和）越大，发射越困难.
3.人造卫星的超重、失重问题 人造卫星在发射升空时有一段加速运动，在返回地球时有一段减速运动，这两个过程加速度方向均向上，因而都是超重状态；人造卫星在沿圆轨道运动行时处于失重状态，可联系学过的知识让学生进行分析.
4.注意渗透思想教育内容 介绍我国在空间技术方面的成就是很生动的爱国主义教育内容，可结合看《阅读材料》、看电影、录像、参观地面卫星站等方式进行形象化的教育.
资源参考
静止卫星为何要多次点火
1997年5月12日0时，我国新一代通信卫星“东方红三号”由“长征三号甲”火箭发射升空.
“东方红三号”卫星升空后首先进入了近地点高209 km、远地点高36 194 km、倾角28.3°的地球同步转移轨道.当日下午4时，卫星上490 N推力的远地总发动机第一次点火，50分钟后，卫星变轨成功，其近地点提高到6 488 km，倾角减小到12.3°（远地点高度为36 194 km不变）.5月13日、14日，在西安卫星测控中心控制下，卫星上远地点发动机又先后两次点火，卫星顺利进入地球准同步轨道.此后，用卫星上10 N推力器进行位置捕获，使卫星于5月20日定点在东经125°的赤道上空.
—————————— 新学期 新成绩 新目标 新方向 ——————————
桑 水
5.4 飞出地球去
[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.认识同步卫星的特点.3.了解人造卫星的相关知识和我国卫星发射的情况以及人类对太空的探索历程.
一、宇宙速度
1.牛顿的设想：如图1所示，把物体水平抛出，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星.
图1
2.三个宇宙速度
数值 意义
第一宇宙速度 7.9 km/s 人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度
第二宇宙速度 11.2
km/s 使航天器脱离地球引力束缚，永远离开地球的最小地面发射速度
第三宇宙速度 16.7
km/s 使航天器脱离太阳引力束缚飞到太阳系外的最小地面发射速度
二、为了和平与进步
1.1957年10月4日前苏联成功发射了第一颗人造地球卫星.
2.1961年4月12日，前苏联空军少校加加林进入“东方一号”载人飞船，铸就了人类进入太空的丰碑.
3.1969年7月，美国“阿波罗11号”飞船登上月球.
4.2003年10月15日，我国“神舟五号”宇宙飞船发射成功，把中国第一位航天员杨利伟送入太空.
[即学即用]
1.判断下列说法的正误. —————————— 新学期 新成绩 新目标 新方向 ——————————
桑 水 (1)第一宇宙速度是发射卫星的最小速度.(√)
(2)人造地球卫星的最小绕行速度是7.9 km/s.(×)
(3)要发射一颗人造地球卫星，发射速度必须大于16.7 km/s.(×)
2.已知月球半径为R，月球质量为M，引力常量为G，则月球的第一宇宙速度v＝______.
答案
GMR
一、第一宇宙速度的理解与计算
[导学探究] (1)不同天体的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的决定因素是什么？
(2)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？
《飞出地球去》教学设计
江西金太阳新课标资源网 行云流水
教材学目标
知识与技能：理解并记住第一、第二、第三宇宙速度的意义和数值，会熟练推导第一宇宙速度，了解人类飞出地球的历史和现状。
过程与方法：通过对第一宇宙速度的推导过程，进一步熟悉运用万有引力定律及牛顿第二定律分析和求解天体问题的思路和方法。
情感态度价值观：通过对人类“飞出地球去”的历程的了解，感受人类认识自然，征服自然美好愿望的实现离不开物理学的突破与发展，体会物理理论的发展对科学技术的推进自用，体会科学技术是第一生产力的科学论断
教学重点
第一宇宙速度的推导
教学难点
对三个宇宙速度的理解
教学过程
情境创设
1.展示课件——从嫦娥奔月到万户升天，阿姆斯特朗的脚印
2.教师讲述：从嫦娥奔月的神话到万户升天的行动，反映了我国古代老大人民渴望飞出地球，探索往往宇宙的美好向往，说明了认识自然、征服自然，做自然的主人，是人类的天性。阿姆斯特朗的脚印则使嫦娥的愿望成为了现实。神六的太空漫步，预示着嫦娥很快就会见到娘嫁人了。本节课我们就来探究一下，我们人类怎样才能飞出地球去。
新课教学
一、三个宇宙速度
1.第一宇宙速度
探究——卫星要有多大的速度，才能环绕地球运动？
设地球及卫星的质量分别为M、m，地球半径为R，卫星距地面高度为h；设卫星绕地球匀速圆周运动的线速度为v。对卫星绕地球的运动运用万有引力定律及牛顿第二定律有：)()(22hRvmrhRMmG，解此式可得卫星的环绕速度为：)(hRGMv。
由此式可以看出，人造地球卫星绕地球匀速圆周运动的线速速（环绕速度）由万有引力常数G、地球质量M、轨道半径（R+h）决定，与卫星的质量没有关系。
对于一般的人造地球卫星，h<
设地球表面的重力加速度为g，有黄金代换有：2RGMg，这样人造地球卫星的环绕速度还可表示为：gRv，将g=9.8m/s2、R=6.4×106m代入可算得：v=7.9km/s。
