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1、2022年高一物理上册必修2教案：宇宙航行时间最不偏私，给任何人都是二十四小时；时间也是偏私，给任何人都不是二十四小时。下面是我为您举荐高一物理上册必修2教案：宇宙航行。教学目标学问与技能1.了解人造卫星的有关学问，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系.2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.过程与方法通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培育学生运用学问解决问题的实力.情感、看法与价值观1.通过介绍我国在卫星放射方面的状况，激发学生的爱国热忱.2.感知人类探究宇宙的幻想，促使学生树立献身科学的人生价值观.教学重难点教学重点1.第一宇宙速度的意义和求法.2.人造卫星的线速度
2、、角速度、周期与轨道半径的关系.教学难点1.近地卫星、同步卫星的区分.2.卫星的变轨问题.教学过程一、宇宙航行1.基本学问（1）牛顿的卫星设想如图所示，当物体的初速度足够大时，它将会围绕地球旋转而不再落回地面，成为一颗绕地球转动的人造卫星.（2）原理一般状况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它的万有引力供应，（3）宇宙速度（4）幻想成真1957年10月，苏联胜利放射了第一颗人造卫星；1969年7月，美国阿波罗11号登上月球；2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空.2.思索推断（1）绕地球做圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s.（×）（2）在地
3、面上放射人造卫星的最小速度是7.9 km/s.（√）（3）要放射一颗月球人造卫星，在地面的放射速度应大于16.7 km/s.（×）探究沟通我国于2022年10月放射的火星探测器萤火一号.试问这个探测器应大约以多大的速度从地球上放射【提示】火星探测器绕火星运动，脱离了地球的束缚，但没有摆脱太阳的束缚，因此它的放射速度应在其次宇宙速度与第三宇宙速度之间，即11.2 km/s二、第一宇宙速度的理解与计算【问题导思】1.第一宇宙速度有哪些意义?2.如何计算第一宇宙速度?3.第一宇宙速度与环绕速度、放射速度有什么联系?1.第一宇宙速度的定义又叫环绕速度，是人造卫星在地面旁边绕地球
4、做匀速圆周运动所具有的速度，是人造地球卫星的最小放射速度，v=7.9 km/s.2.第一宇宙速度的计算设地球的质量为M，卫星的质量为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：3.第一宇宙速度的推广由第一宇宙速度的两种表达式可以看出，第一宇宙速度之值由中心星体确定，可以说任何一颗行星都有自己的第一宇宙速度，都应以式中G为万有引力常量，M为中心星球的质量，g为中心星球表面的重力加速度，r为中心星球的半径.误区警示第一宇宙速度是最小的放射速度.卫星离地面越高，卫星的放射速度越大，贴近地球表面的卫星（近地卫星）的放射速度最小，其运行速度即第一宇宙速度.例：某人在一星球上以速率v竖直上抛
5、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，求这个星球上的第一宇宙速度.方法总结：天体环绕速度的计算方法对于任何天体，计算其环绕速度时，都是依据万有引力供应向心力的思路，卫星的轨道半径等于天体的半径，由牛顿其次定律列式计算.1.假如知道天体的质量和半径，可干脆列式计算.2.假如不知道天体的质量和半径的详细大小，但知道该天体与地球的质量、半径关系，可分别列出天体与地球环绕速度的表达式，用比例法进行计算.三、卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系【问题导思】1.卫星绕地球的运动通常认为是什么运动?2.如何求v、ω、T、a与r的关系?3.卫星的线速度与卫星的放射速度相
6、同吗?为了探讨问题的便利，通常认为卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由万有引力供应.卫星的线速度v、角速度ω、周期T与轨道半径r的关系与推导如下：由上表可以看出：卫星离地面高度越高，其线速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越小.误区警示1.在处理卫星的v、ω、T与半径r的关系问题时，常用公式gR2=GM来替换出地球的质量M会使问题解决起来更便利.2.人造地球卫星放射得越高，须要的放射速度越大，但卫星最终稳定在绕地球运动的圆形轨道上时的速度越小.例：如图所示为在同一轨道平面上的几颗人造地球卫星A、B、C，下列说法正确的是（）A.依据v=，可知三颗卫星的线速度vAB.依
7、据万有引力定律，可知三颗卫星受到的万有引力FA>FB>FCC.三颗卫星的向心加速度aA>aB>aCD.三颗卫星运行的角速度ωA<ωB<ω【答案】C四、卫星轨道与同步卫星【问题导思】1.人造地球卫星的轨道有什么特点?2.人造地球卫星的轨道圆心肯定是地心吗?3.地球同步卫星有哪些特点?1.人造地球卫星的轨道人造卫星的轨道可以是椭圆轨道，也可以是圆轨道.（1）椭圆轨道：地心位于椭圆的一个焦点上.（2）圆轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动，卫星所需的向心力由万有引力供应，由于万有引力指向地心，所以卫星的轨道圆心必定是地心，即卫星在以地
8、心为圆心的轨道平面内绕地球做匀速圆周运动.总之，地球卫星的轨道平面可以与赤道平面成随意角度，但轨道平面肯定过地心.当轨道平面与赤道平面重合时，称为赤道轨道；当轨道平面与赤道平面垂直时，即通过极点，称为极地轨道，如图所示.2.地球同步卫星（1）定义：相对于地面静止的卫星，又叫静止卫星.（2）六个肯定.同步卫星的运行方向与地球自转方向一样.同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，T=24 h.同步卫星的运行角速度等于地球自转的角速度.同步卫星的轨道平面均在赤道平面上，即全部的同步卫星都在赤道的正上方.同步卫星的高度固定不变.特殊提示由于卫星在轨道上运动时，它受到的万有引力全部供应给了向心力，产生了向
9、心加速度，因此卫星及卫星上的任何物体都处于完全失重状态.例：已知某行星的半径为R，以第一宇宙速度运行的卫星绕行星运动的周期为T，该行星上放射的同步卫星的运行速度为v，求同步卫星距行星表面高度为多少.规律总结：同步卫星、近地卫星和赤道上随地球自转物体的比较1.近地卫星是轨道半径近似等于地球半径的卫星，卫星做匀速圆周运动的向心力由万有引力供应.同步卫星是在赤道平面内，定点在某一特定高度的卫星，其做匀速圆周运动的向心力由万有引力供应.在赤道上随地球自转做匀速圆周运动的物体是地球的一部分，它不是地球的卫星，充当向心力的是物体所受的万有引力与重力之差.2.近地卫星与同步卫星的共同点是卫星做匀速圆周运动的
10、向心力由万有引力供应；同步卫星与赤道上随地球自转的物体的共同点是具有相同的角速度.当比较近地卫星和赤道上物体的运动规律时，往往借助同步卫星这一纽带，这样会使问题迎刃而解.五、卫星、飞船的变轨问题例：如图所示，某次放射同步卫星的过程如下：先将卫星放射至近地圆轨道1，然后再次点火进入椭圆形的过渡轨道2，最终将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（）A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D.卫星在
11、轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度【答案】D规律总结：卫星变轨问题的处理技巧1.当卫星绕天体做匀速圆周运动时，万有引力供应向心力，由此可见轨道半径r越大，线速度v越小.当由于某缘由速度v突然变更时，若速度v突然减小，卫星将做近心运动，轨迹为椭圆；若速度v突然增大，则卫星将做离心运动，轨迹变为椭圆，此时可用开普勒第三定律分析其运动.2.卫星到达椭圆轨道与圆轨道的切点时，卫星受到的万有引力相同，所以加速度也相同.第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页