4. 人造卫星 宇宙速度公开课教案（教学设计）

人造卫星

宇宙速度

教学过程：

教师活动

引入新课

进行新课 演示牛顿设想原理图 § 3.4 人造卫星

宇宙速度

问：离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物体将做平抛运动，即最终要落回地面．但如果射出的速度增大，会发生什么情况呢？ 一、人造地球卫星 观察、分析 教学内容

学生活动

思考

由于抛出速度不同，物体的落点也不同．当抛出速度达到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球旋转，成为绕地球运动的人造卫星． 那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的卫星呢？ 引导学生讨论

对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径

R，

可求出：

-1122二、宇宙速度 星的质量分别为

M

和

m，卫星的轨道半径和线速度分别为

r

和

v，根据万有引力提供向心力，可解出 讨论并推

下面讨论人造卫星绕地球运动的速度．假如地球和人造卫导

将引力常量

G＝6.67×10N·m/kg和地球质量

M＝5.98

1

× 10kg 及地球半径 R＝6.37× 10m 代入上式，可求得

v1＝ 7.9km/s．这就是卫星绕地面附近做圆周运动所需的速度，叫第一宇宙速度，也称环绕速度． 【板书】 1. 第一宇宙速度 ( 环绕速度 ) v1＝ 7.9km/s 246

请学生根据所学知识，推导第一宇宙速度的另一种表达

式：

推导：地面附近重力提供向心力， 即所以6

2

将

R＝6.37×10m , g＝ 9.8m/s代入，求出第一宇宙速度仍为 7.9km /s． 如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于 7.9km /s，

而小于 11.2km /s，它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭圆．当物体的速度等于或大于 11.2km /s 时，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星．所以，

观察、思考

/s 是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速展示课11.2km 件并讲解 度，也称脱离速度．

2

【板书】 2. 第二宇宙速度（脱离速度）

v2＝ 11.2km /s

达到第二宇宙速度的物体要受太阳引力的束缚，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使它的速度等于或大于 16.7km /s，这个速度叫作第三宇宙速度，也称逃逸速度． 【板书】 3. 第三宇宙速度（逃逸速度）

v3＝ 16.7km/s

人造地球卫星的种类很多，有一种特别的卫星叫地球同步卫星． 说明特点 三、地球同步卫星

地球同步卫星是指其公转周期和地球自转周期相等的卫星．地球同步卫星有几个明显的特点：（演示课件） 【板书】

特点：

周期一定——23 小时 56 分 4 秒． 方位一定——赤道上空．

高度一定——3.6× 10m．

人造地球卫星有广泛的应用． 例如，靠人工进行资源调查，速度慢、效率低，调查和开发一种矿藏一般需要十几年的时间．现在利用人造卫星进行调查，它一天绕地球转十几圈，高空拍下的卫星照片，可以大使我们解全局，效率大大提高．

对北京以北 16 万平方公里地区的一次卫星勘察，就找到七个成矿预测区． 电视教育是培养人才的一种手段．但是电视靠中继站转播，每隔 50km 就要建一个中继站，这要耗费大量的人力、物力．如果利用卫星传播，像我们这样幅员辽阔的国家，只要一颗同步通信卫星，边远地区就可以收看首都的电视节目． 1984 7记忆

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年 4 月我国发射的试验通信卫星为我国通信事业的现代化，开拓了极为广阔的前景． 1986 年 10 月我国开始利用通信卫星进行电视教育．

下面就请同学们利用网络资源，上网查找有关人造卫星和航天方面的资料，增加对这方面知识的了解．并围绕以下问题进行信息检索： 1. 能否发射一颗相对静止在北京上空的通信卫星？ 2. 了解我国人造地球卫星的发展状况． 3. 了解人造卫星的种类． （学生上网） 巩固练习 1. 一颗在圆形轨道上运行的人造地球卫星，轨道半径为

r，它的线速度大小为

v，问 : 当卫星的轨道半径增大到 2r 时，它的线速度是多大？重力变为原来的多少倍？ 2. 天文台测得一颗卫星沿半径为

R

的圆形轨道绕某行星转动，周期为

T，求卫星的向心加速度和行星的质量． 学习效果评价：

本节课较好地完成了预定的教学目标，学生能应用万有引力定律解决简单的人造卫星和宇宙速度问题．此过程激发了学生的学习兴趣． 但是本节也反映出学生的数学推理能力较差，建立物理模型解决实际问题的意识较弱．

教学反思：

本节课的教学活动，始终以学生为主体，精心设计学习活动，创设教学情境，调动学生积极性，及时启发、诱导、点拨，促进学生大胆猜想，独立思维，探索研究，经历、体验与牛顿研究人造卫星发射原理相似的“再发现”过程．

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