4. 人造卫星 宇宙速度教学设计

《人造卫星

宇宙速度》教学设计

蜀光中学高2017级

毛晓春

一、课标分析

本节主要安排了宇宙速度、人造地球卫星等内容，介绍人们在应用万有引力定律研究天体运动的基础上，实现了人类的航天梦想，为科学研究、人类生活服务方面做出了巨大的贡献。

二、教材分析

本节重点讲述人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类飞天梦想的见证，体现了知识的力量，是学生学习现代科技知识的一个极好素材。本节是万有引力定律应用中的重点内容。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。

三、学情分析

学生在学习本节之前，已经学习了天体运动、万有引力定律及其应用，为本节的学习做了铺垫，在此基础上，学生具有一定的认知能力和理解应用能力。

四、教学目标

1、知识与技能

①了解人造卫星的有关知识。

②知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度，能区分发射速度和环绕速度（运行速度）。

③通过实例，了解人类对太空的探索历程。

2、过程与方法

①能通过航天事业的发展史说明物理学的发展对于自然科学的促进作用。

②通过用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。

3、情感、态度与价值观

①通过对我国航天事业发展的了解，进行爱国主义的教育。

②关心国内外航空航天事业的发展现状与趋势，有将科学技术服务于人类的意识。

五、重点难点

重点：会推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度。

难点：区分发射速度和环绕速度。

六、教学准备

水火箭、水火箭发射架、PPT等。

七、教学过程

1、引入

通过水火箭发射引出牛顿关于发射卫星的设想。

设想：若火箭（抛出物）的速度足够大，那么它们

将不会落回地面。

2、简单介绍航天之父苏联科学家齐奥尔科夫斯基。

在人类航天历史上，苏联科学家齐奥尔科夫斯基是现代宇宙航行学的奠基人，被称为航天之父。他最先论证了利用火箭进行星际交通、制造人造地球卫星和近地轨道站的可能性，指出发展宇航和制造火箭的合理途径，找到了火箭和液体发动机结构的一系列重要工程技术解决方案。他有一句名言：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。" 通过视频让学生了解人类的飞天梦想，从中国古代的万户，到现代人类实现飞天梦，以及人类在航空航天取得的成就。

3、宇宙速度

发射速度的概念：从地球表面发射人造地球卫星，一般使用三级火箭，最后一级火箭脱离时卫星的速度称为发射速度。

①第一宇宙速度v = 7.9km/s（板书）.它是卫星最小的发射速度。

提问：推导第一宇宙速度的表达式？（两种）

GM（请学生到黑板板书自己的答案）

vgR7.9km/sR

它是卫星的最大的环绕速度(运行速度)。

发射速度和环绕速度（运行速度）的对比（板书）

发射速度：在地表附近卫星离开发射器时，获得的速度。

作用：使卫星克服地球引力做功。

计算：第一宇宙速度。

变化：卫星轨道半径r越大，所需发射速度越大。

环绕速度(运行速度)：卫星进入轨道后运行的线速度。

作用：维持卫星环绕地球运行的状态。

GM计算：

vr

变化：卫星轨道半径r越大，环绕速度越小。

思考题：

问题1：卫星的轨道半径r越大，其运行速度越小，但所需

要的发射速度越大，这两者矛盾吗？

（学生发言）

不矛盾，因为运行速度和发射速度是两个不同的概念，它们随轨道半径的增大，变化情况相反。

问题2：解释近地卫星的运行速度等于第一宇宙速度(发射速度)的原因？

（学生发言）

因为近地卫星的轨道半径等于地球半径，算出的运行速度即是第一宇宙速度（发射速度）。

课后练习题2：

②第二宇宙速度

资料：好奇号火星探测器是美国国家宇航局研制的一台探测火星任务的火星车，于2011年11月发射，2012年8月成功登陆火星表面。它是美国第七个火星着陆探测器，第四台火星车，也是世界上第

一辆采用核动力驱动的火星车，其使命是探寻火星上的生命元素。项目总投资26亿美元，是截至2012年最昂贵的火星探测项目。

提问：从地球发射一颗探测器到火星，发射速度至少是多少？

引出第二宇宙速度，v = 11.2km/s(板书). 使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表面发射所需要的最小速度叫做第二宇宙速度。

③第三宇宙速度

提问：发射一个飞行器，使它脱离太阳的束缚而飞离太阳系，最小的发射速度是多少？

引出第三宇宙速度，v = 16.7km/s(板书).旅行者一号达到了第三宇宙速度。学生观看旅行者一号的视频。

老师补充一些旅行者一号的故事。引出中国航空航天事业的发展，中国的航空航天事业取得了举世瞩目的成就，这是我们中国人的自豪。指出：航天事业的发展，星际航行的实现还需要一代又一代航天人的努力！鼓励同学们刻苦学习，奋发图强！

八、板书设计

§3.4 人造卫星

宇宙速度

一、宇宙速度

1、第一宇宙速度，v = 7.9km/s. 对比：发射速度和运行速度

2、第二宇宙速度，v = 11.2km/s. 3、第三宇宙速度，v = 16.7km/s.