第6节宇宙航行 教学目标：（1）理解三个宇宙速度的含义；（2）激发学生对人类探索宇宙的兴趣。 一、回顾圆周运动的动力学条件 物体运动的轨道情况，主要取决于向心力大小与径向合力大小的关系。 二、宇宙速度 教师：牛顿的思考，站在高山上，如果以较小的速度水平抛出一个物体，那么该物体很快就会落地，为什么？（教师随手演示上述实验） 教师：如果速度变大呢？ 教师：如果速度再大呢？ 过渡：这个抛出的速度得有多大呢？我们一起来算一算。 （一）第一宇宙速度 1、建构模型： 2、理论推导：牛顿惊世一扔的初速度要多大呢？请同学推导。 地球附近的卫星因为离地轨道只有100-200Km,相对地球半径可以忽略，因此， , ,引导学生计算该线速度的值：v=7.9Km/s. 3、第一宇宙速度（人类尝试离开地球的第一步）：物体保持在近地轨道上稳定运行必须具备的最小发射速度。（即最大环绕速度。——讲完下面的例题再补充） 过渡：如果牛顿在高山上抛出的那个物体的速度超过了第一宇宙速度，物体的轨迹会怎样呢？为什么？ 组织学生讨论： 教师：请学生上黑板画出物体的轨迹，并尝试分析物体上升过程中的运动。 教师：如果物体开始发射的速度再大呢？物体在远地点的时候就有可能被谁拉走？ 学生：太阳。 教师：很好。这个速度就称为第二宇宙速度（即挣脱地球束缚的发射速度） 教师：如果再大呢？ 学生：物体就可能挣脱太阳的束缚。 请学生根据轨道形状，辨识三种宇宙速度的具体情况。 过渡：大家发现没有，发射速度大不大？随着社会的发展，牛顿的上述设想经过众人的努力慢慢变成现实。 二、人类探索宇宙的历程 1、近地卫星 播放视频1：我国嫦娥三号的发射的第一阶段过程。 过渡：上面的几种卫星其离地高度都很低，只有几百公里，基本都是贴近地面的都可以称为近地卫星，那还有其他类型的卫星吗？ 2、同步卫星 （1）同步卫星的“同步”是指什么？ 教师：要想与塔台实现同样的效果，相对地面固定，它的运动究竟和地球的运动有何关系呢？（展示模型，让学生直接能够看到。） （2）探究同步卫星的轨道究竟在哪一个平面呢？（常州上空会有同步卫星吗？） 结论：转动圆心必须与地心重合，即同步卫星的轨道必须在赤道平面上空。 （3）探究同步卫星的轨道高度有要求吗？ 教师：既然轨道在赤道上空，并且与地球自转周期相同，那么，它的轨道离地面多高呢？ 学生：自己在下面思考计算，然后，展示，分析解答过程： 同理它的线速度大小也是确定的:V=3.1Km/s 结论：所有国家同步卫星都具有相同高度，相同的周期、角速度、相等的线速度（但不同）、相等的加速度、质量（因为卫星的质量计算的时候约去了） （4）同步卫星的完整架构： 教师：同步卫星的模型是怎样的？具有怎样的特点？ 学生结论：因为要与地球自转同步，且周期T=24h,所以它必须挂在赤道上空固定高度处。 过渡：观察上述数据，同步卫星离地面既然那么高，那它是如何进入轨道的呢？ 3、卫星的变轨 我国登月+阿波罗11号的登月 嫦娥三号：观看整个历程的视频。 由于燃料限制，将火箭将卫星一直送到轨道上非常不经济和技术受限，所以发射同步卫星常常采取别的方式：展示图片，应用网上的变轨视频。 学生讨论：分组讨论，然后学生汇报，教师补充。 案例：尝试比较不同轨道上的速度、加速度的大小关系！ 播放视频： 勇气号与好奇号火星探测器着陆火星 教学反思 首先必须突破学生思维的难点：重新构建准确的高度理解，即离心越远即越高，地面上的任何一个物体到地心距离都一样，高度则一样。 其次，利用牛顿站在山上的抛抛体运动突破学生对轨道形状的理解难度：受到地球引力束缚，开始平抛、后来是更远的平抛、再后来就是匀速圆周运动、再后来就是椭圆运动、挣脱地球的束缚、挣脱太阳的束缚。 再次，要能够尝试拓宽学生的视野，让学生在宇宙航行中不断寻求新的突破。