4. 人造卫星 宇宙速度教学设计一等奖

3.4.人造卫星

宇宙速度

教学设计思路：

本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义．本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术的理论基础．引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理，进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维，发展的分析推理的能力．另外，学生通过了解人造卫星、宇宙速度，也将产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感． 学习任务分析： 通过对前几节知识的学习，学生对曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解．在此基础上，教师通过设计问题情境，引导学生探究，获得新知识． 学习者分析：

尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高． 教学目标

： 一、知识与技能

了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度． 了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用，培养学生科学服务于人类的意识． 二、过程与方法

学习科学的思维方法，发展思维的独立性，提高发散思维能力、分析推理能力和语言表达能力． 三、情感态度与价值观 在主动学习、合作探究的过程中，体验和谐、民主、愉悦的学习氛围，在探究中不断获得美的感受不断进步．

学习科学，热爱科学，增强民族自信心和自豪感． 教学准备： 多媒体电脑及相关软件． 教学过程：

教师活动

引入新课

展示新闻和图片 教学内容

1957 年 10 月 4 日，前苏联成功地发射了第一颗人造地学生活动

看屏幕 听讲解 球卫星，从而开创了人类航天的新纪元． 1961 年 4 月 12 日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载人飞船，尤里

· 加加林成为第一位航天员，揭开了人类进入太空的序幕． 1969 年7 月20 日，美国航天员阿姆斯特朗和奥尔德林驾驶“阿波罗11”号飞船，登陆舱降落在月球赤道附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想

……

人类进入了航天时代．这节课我们就来学习人造地球卫星方面的基本知识．

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

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

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 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

将引力常量

G＝6.67×10N·m/kg和地球质量

M＝5.98× 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

推导：地面附近重力提供向心力，

将

R＝6.37×10m , g＝ 9.8m/s代入，求出第一宇宙速

展示课件并讲解 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，

11.2km /s 是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速度，也称脱离速度．

观察、思考

62

请学生根据所学知识，推导第一宇宙速度的另一种表达

式：

即所以

【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

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．