2. 万有引力定律公开课教案

教学目标

（一）知识和能力

《万有引力定律》教学设计

1.

了解人造地球卫星的有关知识和航天发展史。

2.

知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。

3.

理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

（二）过程与方法

1.

在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。

2.

通过对卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。

（三）情感态度与价值观

1.

通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情。

2.

通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。教学重点

1.

第一宇宙速度的推导。

2.

卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。教学难点

卫星的发射速度与运行速度的关系。教学方法

探究、讲授、讨论。教学过程

教

学

教师活动

学生活动

教学意图

环节

引入

（展示视频片断，教师讲述）

引导学生思

人类一直梦想能够在天空中遨游，古代就有人尝试用各种方法

观看视频

考，激发学生

飞向天空，但均以失败告终，伴随着科技的发展，现代人类终

兴趣。

于实现了梦想。那么，现代人成功的奥秘在哪里呢？通过本节

课的学习，你们能否找到答案呢？

新

课

（一）宇宙速度

教学

1．人造卫星原理

（1）．牛顿对人造地球卫星原理的描绘

让学生了解

提问：怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动？

学生思考

人造地球卫

在高山上物体作平抛运动的初速度越大，落地点高山脚越远，

讨论回答

星的最初构

当抛出速度足够大时，物体就不会落到地面上，成为绕地球旋

并总结

想和人造地

转的人造地球卫星．

球卫星的发

（展示人造卫星发射原理动画视频）

射原理为第

问题：人造地球卫星绕地球运行的动力学原因是什么？

观看并思

一宇宙速度

（2）．人造地球卫星绕地球运行的动力学原因

考

的教学作好

地球给人造地球卫星的万有引力提供了它绕地球作匀速圆周运

铺垫。

动所需的向心力．

24

Mm v G 2 

m 

mr 

m r

r r

T 2 2 2

2．宇宙速度

探究：以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，

成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？

（1）．第一宇宙速度

①推导：

设地球和卫星的质量分别为M 和

m，卫星到地心的距离为r 卫

突出难点，使学生会推导第一宇宙速度

演，教师纠偏

星的运行速度为

v，由于卫星做圆周运动由万有引力提供向心

学

生

板

Mm v G 2 

m r 力得

r

2 GM v 

r

6.671011 5.891024

3 7.9 10m/s 

7.9km/s



6.37106

第一宇宙速度（环绕速度）：

v1 

7.9

km/s ②意义：它是人造卫星地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度．

③如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；等于这个速度卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；如果大于

7.9km/s ，而小于

11.2km/s（第二宇宙速度），卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点．

（2）第二宇宙速度（脱离速度）：

通过思考学习，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

v2 

2v1 

11.2km/s

①意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度．

②如果人造天体的速度大于11.2km/s 而小于

16.7km/s ，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点．

v16.7km/s

（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：

3



①意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．

②如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转

方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了．

3、卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

探究：目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗学生思考掌握卫星运了，这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的快慢与什么因与合作探行的规律。

素有关呢？

究

我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运

动，则有

可得：

结论：线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由轨道半径决定。

当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径

（r=R），此时线速度最大为

7．9km/s 。，角速度最大，周期最

小。

4、人造卫星的发射速度与运行速度

激发兴趣的同时，了解发射速度和运行速度。

使学生加深对第一宇宙速度的确切理解

学生通过视频了解（播放嫦娥一号发射的模拟视频。）

卫星发射1.

发射速度

发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一的全过程

旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度

不能小于第一宇宙速度。

2.

运行速度

运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的

线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙

速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一

宇宙速度。

提问：人造卫星的发射速度与运行速度之间有什么关系？

解答：人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小关系是：

11.2km/s

v发射



7.9km/s

v运

认清发射速度与运行速度的关系，突思考、讨

破难点。

论与交流

（二）、梦想成真

其实早在六百多年前的明朝，一个名叫万户的人就曾有“飞天”增强民族自

的壮举，但最终未能成功，并为之付出了生命。万户是世界上第一个利用火箭信心和自豪

向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，

但他借助火箭推力升空的

感. 创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始学生阅读

激发热爱科祖”，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环学，热爱祖国形火山命名为“万户山”。

的情感，

19 世纪中叶，俄罗斯学者，齐奥尔科夫斯基，提出利用喷气推进的多级火箭，运载发射卫星。

1957 年

10 月

4 日，世界上第一颗人造卫星成功在苏联发射成功。

1961 年

4 月

12 日，世界上第一次载人飞行，苏联。

1969 年

7 月

16 日，人类第一次登上月球，美国。

1970 年，中国第一颗人造卫星发射成功。

2007年，嫦娥一号成功发射。

然而人类对宇宙的探索并不是一帆风顺的，无数探索者用

自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。

1986 年

1 月

28 日，美国，挑战者号航天飞机升空后爆炸，七

名宇航员遇难。

2003年

2 月

1 日，美国，哥伦比亚号航天飞机返航时爆炸，七

名宇航员遇难。

2003年

10 月

15 日，中国第一次载人飞行。

（三）课堂展示

(1)

、世界航天发展史

(2)

、我国航天发展史

(3)

、伟大的宇航员

(4)

、黑洞之谜

(5)

、航天器介绍

体验对科学献身的精神。

培养生团结合作能力，锻炼学生收集总结资料的动手能力，

丰富知识面，

激发热爱科学，热爱祖国的情感。通过小组合作方式。

（例

1）：利用所学知识，推导第一宇宙速度的另一表达

式: v 

gR

课前，每一组围绕本组的主题查找相关资料制作海报进行展示。

强化第一宇

(例

2)：若取地球的第一宇宙速度为8km/s ，某行星的质量是地

球质量的

6 倍，半径是地球的

1.5 倍，则此行星的第一宇宙速

学生板演宙速度的理

过程

度约为：

解。

A、16 km/s B、32 km/s C4km/s D、2km/s 小

1、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供

学

生

小

让学生意犹

结：

的。

结，教师

未尽，更进一

2 三

种

宇

宙

速

度

v1 

7.9km/s ，

v2 

11.2km/s ，

板书

步激起学生对科学的热

情。

v3 16.7km/s．

3、尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕。宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？这些都是留给大家待以解决的问

题。

课后反思

这节课始终以学生为主体精心设计学习活动。没有让学生机械的记忆，而且给学生主动探索、自主学习的空间，通过学生的思考、动手、观察、讨论，激发学生的学习热情，使学生由被动接受知识转化为主动的获取知识，让学生真正学会如何学习，使学生的创新潜能得到最大发挥。