2019-2020年高一物理人造衛(wèi)星宇宙速度1.doc

《2019-2020年高一物理人造衛(wèi)星宇宙速度1.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020年高一物理人造衛(wèi)星宇宙速度1.doc（6頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

2019-2020年高一物理人造衛(wèi)星宇宙速度1 　　一、素質(zhì)教育目標(biāo) 　?。ㄒ唬┲R(shí)教學(xué)點(diǎn) 　　1．了解人造衛(wèi)星的有關(guān)發(fā)射、運(yùn)行的知識(shí) 　　2．知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度 　　（二）能力訓(xùn)練點(diǎn) 　　培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的轉(zhuǎn)化能力 　?。ㄈ┑掠凉B透點(diǎn) 　　通過介紹我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展水平，激發(fā)他們學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的熱情，培養(yǎng)他們的民族自豪感． 　　（四）美育滲透點(diǎn) 　　通過對(duì)天體運(yùn)動(dòng)軌跡的描繪展示了物理圖像的形式美． 　　二、學(xué)法引導(dǎo) 　　通過教師的講解和分析，使學(xué)生了解人造衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)原理及規(guī)律． 　　三、重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)及解決辦法 　　1．重點(diǎn) 　　衛(wèi)星運(yùn)行的速度、周期、加速度 　　2．難點(diǎn) 　　衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度和衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別 　　3．疑點(diǎn) 　　同步通訊衛(wèi)星為什么要定點(diǎn)在赤道正上方的確定軌道上？如何發(fā)射同步衛(wèi)星？ 　　4．解決辦法 　　理解萬有引力是人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)行的向心力，從而求得衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度，周期，加速度就是由它離地心距離r惟一因素決定的． 　　四、課時(shí)安排 　　1課時(shí) 　　五、教具學(xué)具準(zhǔn)備 　　自制同步衛(wèi)星模型 　　六、師生互動(dòng)活動(dòng)設(shè)計(jì) 　　1．教師通過講解、分析、介紹人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及相關(guān)的航天知識(shí)． 　　2．學(xué)生通過討論，閱讀相關(guān)的材料擴(kuò)大知識(shí)面，通過例題的分析鞏固知識(shí)． 　　七、教學(xué)步驟 　?。ㄒ唬┟鞔_目標(biāo) 　?。裕? 　?。ǘ┲攸c(diǎn)、難點(diǎn)的學(xué)習(xí)與目標(biāo)的完成過程 　　1．衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度，周期，加速度． 　　衛(wèi)星脫離助推火箭后，獲得了一定的速度v，設(shè)衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)行半徑為r，根據(jù)萬有引力等于向心力可得： 　　G 　　等式兩邊都有m，可以約去，說明衛(wèi)星的速度與其質(zhì)量無關(guān)，我們得到： 　　 （1） 　　由r得： 　　T＝ （2） 　　由G＝ma得： 　　a＝G （3） 　　從公式（1）、（2）、（3）式中可以看出，地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)情況（速度、周期、加速度）是由r惟一決定的．軌道半徑越大，衛(wèi)星運(yùn)行速度越小，周期越大，加速度越?。卉壍腊霃皆叫?，運(yùn)行速度越大，周期越小，加速度越大．當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的半徑等于地球半徑為R時(shí)，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度，周期和速度的大小分別為：v＝7.9m／s，T＝5100s，a＝9.8m／． 　　所以所有的人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度v＜7.9m／s，運(yùn)行周期T＞5100s，運(yùn)行的加速度a＜9.8m／． 　　2．同步通訊衛(wèi)星 　　同步通訊衛(wèi)星從地面上看，它總是某地的正上方，因而它的運(yùn)動(dòng)周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同；且它的軌道必然要和赤道平面處在同一個(gè)平面內(nèi)（讓學(xué)生討論同步衛(wèi)星為什么要滿足這兩個(gè)條件，并計(jì)算出同步衛(wèi)星距地面的高度h） 　　同步衛(wèi)星一般用于通訊，我們平時(shí)看電視，實(shí)況轉(zhuǎn)播等就是通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的，我國(guó)已成功地發(fā)射了多顆同步衛(wèi)星，豐富了我國(guó)人民的文化生活． 　　3．衛(wèi)星的發(fā)射速度 　　最早研究人造衛(wèi)星問題的是牛頓，他設(shè)想了這樣一個(gè)問題，在地面某處平拋一個(gè)物體，物體將沿一條拋物線落回地面，物體初速度越大，飛行距離越遠(yuǎn)．考慮到地球是圓形的，如果初速度很大，拋出的物體總也落不到地面就成了人造地球衛(wèi)星了． 　　從剛才的分析我們知道，要想使物體成為地球的衛(wèi)星，物體需要一個(gè)最小的發(fā)射速度，物體以這個(gè)速度發(fā)射時(shí)，能夠剛好貼著地面繞地球飛行，此時(shí)萬有引力F＝mg，提供了衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的向心力，即： 　　mg＝m 　　我們可以求出這個(gè)最小速度 　　v＝＝7.9m／s 　　這個(gè)速度稱為第一宇宙速度 　　第一宇宙速度是發(fā)射一個(gè)物體，使其成為地球衛(wèi)星的最小速度．若以第一宇宙速度發(fā)射一個(gè)物體，物體將貼著地球表面的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．若發(fā)射速度大于第一宇宙速度，物體將在橢圓軌道上離心運(yùn)動(dòng)．若物體發(fā)射的速度達(dá)到或超過11.2km／s時(shí)，物體將能夠擺脫地球引力的束縛，成為繞太陽運(yùn)動(dòng)的行星或飛到其他行星上．11.2km／s稱為第二宇宙速度，如果物體的發(fā)射速度再大，達(dá)到或超過16.7km／s時(shí)，物體將能夠擺脫太陽引力束縛，飛到太陽系外．16.7km／s稱為第三宇宙速度． 　?。ㄈ┛偨Y(jié)、擴(kuò)展 　　本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了衛(wèi)星發(fā)射和運(yùn)行的一些情況．知道了第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大速度，最后我們還了解了通訊衛(wèi)星的有關(guān)情況． 　　八、布置作業(yè) 　　1．（2） 　　2．（4） 　　3．（7） 　　九、板書設(shè)計(jì) 　　1．衛(wèi)星運(yùn)行的速度、周期、加速度 　　v＝ 　　T＝ 　　a＝G 　　2．衛(wèi)星的發(fā)射 　?。?）第一宇宙速度 　　mg＝m 　　v＝＝7.9km／s 　?。?）第二宇宙速度v＝11.2km／s 　?。?）第三宇宙速度V＝16.7km／s 　　3．同步衛(wèi)星 　　 　　 　　十、背景知識(shí)與課外閱讀 萬有引力定律的發(fā)現(xiàn) 　　萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)是近代經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果．科學(xué)史上普遍認(rèn)為，這一成果應(yīng)該歸功于偉大的牛頓．但是，其他杰出的科學(xué)家如胡克、哈雷等在這一方面也做出了非常重要的貢獻(xiàn)．但與牛頓相比，他們的觀點(diǎn)和研究方法總是存在著這樣或那樣的缺陷，最終與跨時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)失之交臂． 　　早在1661年，羅伯特胡克就已覺察到引力和地球上物體的重力有同樣的本質(zhì)．1662年和1666年，他曾在山頂上和礦井下用測(cè)定擺的周期的方法做實(shí)驗(yàn)，企圖找出物體的重量隨離地心距離而變化的關(guān)系，但沒有得出結(jié)果，在1674年的一次演講“證明地球周年運(yùn)動(dòng)的嘗試”中，他提出要在一致的力學(xué)原則的基礎(chǔ)上建立一個(gè)宇宙學(xué)說，為此提出了以下三個(gè)假設(shè)：“第一，據(jù)我們?cè)诘厍蛏系挠^察可知，一切天體都具有傾向其中心的吸引力，它不僅吸引其本身各部分，并且還吸引其作用范圍內(nèi)的其他天體．因此，不僅太陽和月亮對(duì)地球的形狀和運(yùn)動(dòng)發(fā)生影響，而且地球?qū)μ柡驮铝镣瑯右灿杏绊?，連水星、金星、火星和木星對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)都有影響．第二，凡是正在作簡(jiǎn)單直線運(yùn)動(dòng)的任何天體，在沒有受到其他作用力使其沿著橢圓軌道、圓周或復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)之前，它將繼續(xù)保持直線運(yùn)動(dòng)不變．第三，受到吸引力作用的物體，越靠近吸引中心，其吸引力也越大．至于此力在什么程度上依賴于距離的問題，在實(shí)驗(yàn)中我還未解決．一旦知道了這一關(guān)系，天文學(xué)家就很容易解決天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律了．”胡克首先使用了“萬有引力”這個(gè)詞．他在這里提出的這三條假設(shè)，實(shí)際上已包含了有關(guān)萬有引力的一切問題，所缺乏的只是定量的表述和論證．但是，胡克缺乏深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和敏捷的邏輯思維能力．他錯(cuò)誤的認(rèn)為，目前需要的是更加準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而沒有想到精確的測(cè)量結(jié)果已經(jīng)包含在了開普勒的實(shí)驗(yàn)記錄中． 　　1680年1月6日，胡克在給牛頓的一封信中，提出了引力反比于距離的平方的猜測(cè)，并問道，如果是這樣，行星的軌道將是什么形狀．1684年，在胡克和愛德蒙哈雷、克里斯多夫倫恩等人的一次聚會(huì)中，又提出了推動(dòng)這一研究的問題．倫恩提出了一筆獎(jiǎng)金，條件是要在兩個(gè)月內(nèi)完成這樣的證明：從平方反比關(guān)系得到橢圓軌道的結(jié)果．胡克聲言他已完成了這一證明，但他要等待別人的努力都失敗后才肯把自己的證明公布出來．哈雷經(jīng)過反復(fù)思考，最后于1684年8月專程到劍橋大學(xué)向當(dāng)時(shí)已有些名望的牛頓求教．牛頓說他早已完成了這一證明，但當(dāng)時(shí)沒有找到這份手稿；在1684年底牛頓將重新作出的證明寄給了哈雷．在哈雷的熱情勸告和資助下．1687年，牛頓出版了他的名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，公布了他的研究成果． 　　從《原理》中可以看出，牛頓首先是從猜測(cè)和直覺開始他關(guān)于引力的思考的．他看到，在地面上很高的地方，重力并沒有明顯的減弱，那么它是否也可以到達(dá)月球呢？如果月球也受到重力的作用，就可能是這個(gè)原因使它保持著球繞地球的軌道運(yùn)動(dòng)． 　　牛頓指出，月球可以由于重力或者其他力的作用，使它偏離直線運(yùn)動(dòng)而偏向地球，形成繞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，“如果沒有這樣一種力的作用，月球就不能保持在它的軌道上運(yùn)行．”但是，迫使月球作軌道運(yùn)動(dòng)的向心力與地面上物體所受的重力到底是否有同一本質(zhì)呢？在《原理》中，牛頓提出了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，設(shè)想有一個(gè)小月球很靠近地球，以至幾乎觸及到地球上最高的山頂那么使它保持軌道運(yùn)動(dòng)的向心力當(dāng)然就等于它在山處所受的重力．這時(shí)如果小月球突然失去了運(yùn)動(dòng)，它就如同山處的物體一樣以相同的速度下落．如果它所受的向心力并不是重力，那么它就將在這兩種力的作用下以更大的速度下落，這是于我們的經(jīng)驗(yàn)不符合的．可見重物的重力和月球的向心力，必然是出于同一個(gè)原因．因此使月球保持在它軌道的力就是我們通常為重力的那個(gè)力． 　　進(jìn)一步深入，牛頓根據(jù)惠更斯的向心力公式和開普勒的三個(gè)定律推導(dǎo)了平方反比關(guān)系．牛頓還反過來證明了，如果物體所受的力指向一點(diǎn)而且遵從平方反比關(guān)系，則物體的軌道是圓錐曲線——橢圓，拋物線或雙曲線，這就推廣了開普勒的結(jié)論．在原理中牛頓同磁力作用相類比，得出這些指向物體的力應(yīng)與這些物體的性質(zhì)和量有關(guān)，從而把質(zhì)量引進(jìn)了萬有引力定律． 　　牛頓把他在月球方面得到的結(jié)果推廣到行星的運(yùn)動(dòng)上去，并進(jìn)一步得出所有物體之間萬有引力都在起作用的結(jié)論．這個(gè)引力同相互吸引的物體質(zhì)量成正比，同它們之間的距離的平方成正比．牛頓根據(jù)這個(gè)定律建立了天體力學(xué)的嚴(yán)密的數(shù)學(xué)理論，從而把天體的運(yùn)動(dòng)納入到根據(jù)地面上的實(shí)驗(yàn)得出的力學(xué)原理之中，這是人類認(rèn)識(shí)史上的一個(gè)重大的飛躍． 　　十一、隨堂練習(xí) 　　1．（5） 　　2．（6） 　　3．設(shè)人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星離地面越高，則衛(wèi)星 （ ） 　　A．速度越大 B．角速度越小 　　C．向心加速度越大 D．周期越長(zhǎng) 　　4．宇航員在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天飛機(jī)里會(huì)處于完全失重狀態(tài)，下列說法中正確的是 （ ） 　　A．宇航員仍受重力作用 B．宇航員受平衡力作用 　　C．重力正好提供向心力 D．宇航員不受任何力作用 　　5．關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是 （ ） 　　A．已知它的質(zhì)量為m，若增為2m，同步軌道半徑將變?yōu)樵瓉淼?倍 　　B．它的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)為第一宇宙速度 　　C．它可以通過北京的正上方 　　D．地球同步衛(wèi)星的軌道是惟一的——赤道上方一定高度處 　　6．一對(duì)雙星，是由相距L、質(zhì)量分別為和的兩顆星體構(gòu)成，兩星間引力很大但又未吸引到一起，是因?yàn)樗鼈円赃B線上某點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，如圖6－3所示，試求它們各自運(yùn)轉(zhuǎn)半徑和角速度各是多少？ 圖6－3 　　答案：1．答：只有ω一定時(shí)，r增大到2倍，v才增大到2倍，實(shí)際上，隨著r的增大，ω在減小，而不能保持一定．因而速度不是與r成正比，而由v＝可知，軌道半徑增大時(shí)，線速度減小． 　　2．后一位同學(xué)說的對(duì)，前一位同學(xué)說的不對(duì)，由公式F＝m可知，只有v一定時(shí)，r增大到2倍，F(xiàn)才減小為，實(shí)際上，在人造衛(wèi)星的運(yùn)行問題中，r增大時(shí)，v是減小的，因而不能斷定F與r成反比． 　　3．BD 4．AC 5．D 　　6．＝ ＝