4. 人造卫星 宇宙速度教学设计

第4节

人造卫星

宇宙速度

教学过程：

过程1．设计问题情境，复习知识，应用万有引力定律解决问题

①观看视频资料“土星的光环” ②教师提问：“试用力学方法判定土星的光环究竟是土星物质的外延还是绕土星的卫星带？” 这个问题由学生讨论，分别请学生提出自己的方案并加以解释： 如果是连续物，

则这些物体做匀速圆周运动的线速度与半径成正比，如果是卫星，则这些物体做匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比． ③教师给出结论：通过观察，发现光环是土星的卫星带． 设计意图：通过这一环节，学生利用已有知识解决教师设定的问题，即复习了万有引力定律，为新课打好知识基础，又激发起学生学习知识、解决问题的欲望．

过程2：创设情境，合理分析，激发

①观看视频“万户奔月” 地球的天然卫星是月亮，人们自古就有“奔月”的梦想，我国古代的万户就是其中一个，他曾经将自己用 47 枚火箭捆绑，尝试飞天，点火后火箭爆炸，万户不幸牺牲． 教师提问：万户问什么没有成功？ 学生分析回答． 一次次的失败并没有阻止人类进行太空探索活动．终于，第一颗人造卫星于 1957 年 10 月 4 日

在前苏联升空，中国也于 1970 年发射了第一颗人造卫星．特别是去年 10 月 15 日至 16 日，中国第一次实现载人航天，宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”绕地飞行 14 圈，顺利返回，圆了中国人盼望已久的飞天之梦，这是每一个中国人的骄傲和自豪！ 教师提问：“那么人类是怎样把物体发射出去，送入太空的呢？” ②观察动画

“牛顿的设想” 1 、 2 、 3 步． 教师提问：为什么都落回了地面？

学生回答，因为受到万有引力，有的说是重力的作用． 教师提问：观察和比较不同速度的物体运动轨迹，你能发现什么？学生观察、思考讨论，得出物体的初速度越大，飞得越远． 教师提问：从刚才的结论，你还能想到什么？学生回答物体会围绕地球转动，速度大到一定程度，物体将做离心运动，可能飞出太阳系． 观察动画

“牛顿的设想” 4 、 5 、 6 步． 师生小结：牛顿设想的运动是完全可能的．当抛出物体的初速度足够大时，物体将围绕地球做匀速圆周运动，成为一颗人造地球卫星．（出示课题：人造卫星

宇宙速度） 设计意图：学生在教师设计的问题情境中进一步思考、讨论、推理，在愉快的观察、思考中获得成功的喜悦．学生能用圆周运动的特点从已知理论的角度证明这种可能性，从而引导学生掌握科学的思维方法．

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过程3：应用定律，合理探究，研究宇宙速度：

①推导第一宇宙速度 教师提问：要有足够大的速度才能使抛出的物体成为人造卫星，这个速度是多大呢？ 已知地球和人造卫星质量分别为

M

和

m

，地球半径为

R． 学生进行推导，在正确的解题思路引导下得出结果．让一个学生在黑板上推导．教师观察其他同学解题指导答疑，大多数学生能推导得出公式，完成旧知的迁移构建，课件再现推导过程，帮助全体学生达标． 师生共同合作，得出第一宇宙速度

v1＝ 7.9km /s ，并简要说明其意义． ②带领学生完成教材第 54 页“活动”，推导第一宇宙速度

③了解第二宇宙速度和第三宇宙速度的意义 教师提问：当卫星的运行速度大于第一宇宙速度时，卫星又会怎样运动呢？ 学生独立思考、发言卫星的运行速度大于第一宇宙速度的可能．教师通过教材第 54 页图 3-4-3 ，引导学生得出第二、第三宇宙速度的含义． 设计意图：

让学生充分参与课堂教学，真正成为课堂的主体． 过程4．熟悉思路和方法，研究卫星运行规律

①观看视频了解我国航天技术． 教师提问：“

神舟六号”运行圆轨道高度为 343 公里

，周期 90 分钟，根据这些数据我们能分析出卫星的运行速度、周期等物理量吗？

②学生探究人造卫星运行规律，讨论发言，教师总结归纳． 不同轨道有不同的线速度，轨道半径

r

越大，线速度

v

越小； 不同轨道有不同的角速度，轨道半径

r

越大，角速度ω越小； 不同的轨道有不同的运行周期，轨道半径

r

越大，周期

T

越大； 不同轨道有不同的向心加速度，轨道半径

r

越大，向心加速度越小． ③探讨人造卫星的发射速度和环绕地球的运行速度的不同． 设计意图：学生通过对人造卫星的加速度、速度、角速度、周期跟轨道半径关系的讨论，进一步学习利用圆周运动规律和万有引力定律分析问题的方法，了解中国的航天事业的发展，激发爱国热情． 过程5．学习教材“发展空间”，研究同步卫星

①观看视频材料“同步卫星”．

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教师提问：什么样的卫星叫同步卫星？我们北京的上空会不会有一颗同步卫星呢？ 学生观看视频，分析资料，在教师的引领下总结归纳同步卫星的特点． 周期一定、角速度一定、轨道一定、环绕速度大小一定、向心加速度大小一定． ②阅读教材第 56 页“发展空间”的材料． 教师提问：大家能不能根据

材料画出卫星的不同的发射轨道，并分析两种发射方法的优缺点？

学生动手画出轨迹并分析讨论．

教师利用 flash 动画归纳概括． 设计思想：同步卫星的两种发射方法，开拓了学生的视野，发展了学生的好奇心；结合圆周运动的知识对同步卫星的变轨发射做进一步讨论，可以增强学生的求知欲，发展科学探索的兴趣，学习科学探究的方法，发展自主学习的能力，养成良好的思维习惯． 过程6：课外探究、布置作业

①

课堂小结． 人造地球卫星的发射原理、宇宙速度、卫星的发射速度与运行速度、同步卫星． ②

完成教材“发展空间”的实验室和物理在线的内容，完成一篇小论文． 设计思想：理科的学生要重视理科小论文写作，注重对学生进行这方面的训练，是每位物理老师应尽的责任． 教学流程图：

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