第六章第五节人造卫星宇宙速度.doc

6.5人造卫星 宇宙速度
教学目标
知识目标：
　　1、通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力；
　　2、使学生对人造卫星的发射、运行等状况有初步了解，使多数学生在头脑中建立起较正确的图景；
能力目标
　　通过学习万有引力定律在天文学上的应用，通过解世界和中国的航天事业的发展，了解世界上第一颗人造卫星、第一个宇宙飞船、第一个宇航员的知识，了解中国的神州一号、神州二号、神州三号的发射与回收，增强学生的爱国主义热情．
情感目标
　　通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情．
教学重点：万有引力定律的应用
教学难点：人造地球卫星的发射
教学方法：讨论法
教学用具：多媒体和计算机
教学过程：
一、人造卫星的运动
问题：
　　1、地球绕太阳作什么运动？
　　回答：近似看成匀速圆周运动．
　　2、谁提供了向心力？
　　回答：地球与太阳间的万有引力．
　　3、人造卫星绕地球作什么运动？
　　回答：近似看成匀速圆周运动．
　　4、谁提供了向心力？
　　回答：卫星与地球间的万有引力．
请学生思考讨论下列问题：
　　例题1、根据观测，在土星外围有一个模糊不清的光环，试用力学方法判定土星的光环究竟是与土星相连的连续物，还是绕土星运转的小卫星群？
　　分别请学生提出自己的方案并加以解释：
　　1、如果是连续物则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径成正比，
　　2、如果是卫星则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比， 这个题可以让学生充分讨论．
二、人造卫星的发射
　　问题：1、卫星是用什么发射升空的？
　　回答：三级火箭
　　2、卫星是怎样用火箭发射升空的？
　　学生可以讨论并发表自己的观点．
　　下面我们来看一道题目：
　　例题2、1999年11月21日，我国“神州”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8.4t的飞船向上送至近地轨道1，飞船与火箭分离后，在轨道1上以速度7.2km/s绕地球作匀速圆周运动．试回答下列问题：
　　（1）根据课文内容结合例题（2）（3）（4）问画出图示．

　　（2）轨道1离地的高度约为：
　　A、8000km     B、1600km      C、6400km       D、42000km
　　解：由万有引力定律得：
　　解得： =1600km
　　故选（B）
　　（3）飞船在轨道1上运行几周后，在 点开启发动机短时间向外喷射高速气体使飞船加速，关闭发动机后飞船沿椭圆轨道2运行，到达 点开启发动机再次使飞船加速，使飞船速率符合圆轨道3的要求，进入轨道3后绕地球作圆周运动，利用同样的方法使飞船离地球越来越远，飞船在轨道2上从 点到 点过程中，速率将如何变化？
　　解：由万有引力定律得：
　　解得：
　　所以飞船在轨道2上从 点到 点过程中，速率将减小．
　　（4）飞船在轨道1、2、3上正常运行时：
　　①飞船在轨道1上的速率与轨道3上的速率哪个大？为什么？
　　回答：轨道1上的速率大．
　　②飞船在轨道1上经过 点的加速度与飞船在轨道2上经过 点的加速度哪个大？为什么？
　　回答：一样大
　　③飞船在轨道1上经过 点的加速度与飞船在轨道3上经过 点的加速度哪个大？为什么？
　　回答：轨道1上的加速度大．
课堂练习：
1、关于第一宇宙速度，下列说法哪些是正确的？（       ）
　　A、它是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最小运行速度
　　B、这是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大运行速度
　　C、它是人造卫星绕地球飞行所需的最小水平发射速度
　　D、它是人造卫星绕地球运动的最大运行速度
2、侦察卫星在通过地球两极上空的圆轨道上运行，它的运行轨道距地面高度为 ，要使卫星在一天的时间内将地面上赤道各处在日照条件下的情况全都拍摄下来，卫星在通过赤道上空时，卫星上的摄像机至少应拍摄地面上赤道圆周的弧长是多少？设地球的半径为 及地面处的重力加速度为 ，地球自转的周期为 。
31999年11月20日我国发射了“神舟”号载人航天试验飞船，飞船顺利升空，在绕地球飞行一段时间后，于11月21月安全降落在内蒙古中部地区．
　　航空航天是一个集物理、化学、生物、天文、地学、工程、气象等多学科的综合性工程．请解答：
　　(1)地球半径 ＝6400km，地球表面重力加速度 =9.8m／s2，若使航天飞航在无推动力作用的情祝下在离地 =140km的圆轨道上绕地球运行？则飞行速度应为___________。
　　(2)载人航天飞船的发射升空和降落时，如果宇航员保持直立姿态，则他的心血管系统会受到何种影响？你认为宇航员应采取什么姿态？
　　(3)在轨道上为了将燃料已烧完分开，采用引爆爆炸螺栓中的炸药，炸断螺栓，同时推进火箭和载人航天飞船分别向前和向后推，在此以后(     )
　　A、火箭和航天飞船仍在同一圆轨道上运行。
　　B、火箭将进人较低轨道，而航天飞船将进入较高轨道。
　　C、火箭将进入较高轨道，而航天飞船将进入较低轨道。
　　D、火箭将成为自由落体而坠落，航天飞船仍在原轨道运行。
　　(4)载人航天飞船的返回舱中有多种植物种子，为什么将这些植物种子携带上天再带回地面？
　　(5)飞船的轨道舱是宇航员在轨道上进行各种实验的场所，由于空间不大，所用仪器都要经过精选，下列哪些仪器一般不会被选中（        ）
　　A、水银气压计     B、天平       C、摆钟        D、多用电表
　　(6)宇航员所在轨道舱和返回舱都是密封的，宇航员吸人氧气，呼出二氧化碳；如果二氧化碳浓度过高，会使宇航员困乏、呼吸频率加快，严重的会引起窒息，为使二氧化碳浓度降低而保持舱内气氧的适当比例，可以在舱内放人(            )
　　A、Na2O2       B、NaOC3        C、NaOH        D、氧气瓶
　　(7)载人航天飞船返回大气层时，由于速度很大，和空气摩擦会产生高热，为了保护载人航天飞船，采用下列哪些措施是可行的 (     )
　　A、返回开始阶段利用反推力火箭使载人航天飞船调整到适当的返回角度并减速
　　B、使载人航天飞船钝圆部朝向前进方向
　　C、在朝向前进方向的部分安装一层易熔金属，高温时蒸发吸收热量
　　D、刚开始返回即张开降落伞
　　(8)吊在降落伞下的载人航天飞船返回舱下落速度仍达14m／s．为实现软着陆，在返回舱离地面约1.5m时启动5个反推力小火箭，若返回舱重8t，则每支火箭的平均推力约为多大？
参考答案：
1、BC；　2、
3、（1） =7.55×103m/s　　（2）平卧姿态　　（3）B
　　（4）生物问题　　（5）ABC　　（6）A　　（7）ABC
　　（8）1.2×105N。