4. 人造卫星 宇宙速度优秀教学设计内容

教学设计

《人造卫星

宇宙速度》

一、教学目标

（一）

知识与技能

（1）知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因；

（2）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度；

（3）简单了解航天发展史。

（4）能用所学知识求解卫星基本问题。

（二）过程与方法

（1）培养学生科学探索能力；

（2）培养学生在处理实际问题时，如何

构建物理模型的能力；

（3）学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。

（三）情感态度与价值观

介绍我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

二、教

具：

多媒体课件、投影仪、计算机

三、教学重点难点

（1）第一宇宙速度的推导；

（2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别；

（3）卫星做圆周运动时，各物理量的关系。

四、教学方法

启发探究式教学、多媒体辅助教学。

五、课前准备

1．学生的学习准备：预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。

2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案。

六、教学过程

（一）创设情境，激发情感，引入新课

1．利用多媒体播放视频：（1）中国人的“飞天”梦想，（2）万户飞天（3）外国人的“飞天”梦想

2．多媒体展示学习目标

3. 学生阅读“牛顿关于卫星的设想”

问题情境：

1.月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不会落到地面上来? 2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?试大胆猜想。

通过这些激发学生学习兴趣。

（二）教学过程

一、宇宙速度

1、多媒体动画演示：以逐渐增大的水平速度平抛物体看是否落回地面

学生观察落地点的变化，落地点为什么会变化？

2．牛顿的思考与设想：

△抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？

△牛顿根据自己的设想草拟了一幅极富创意的人造卫星原理图。

△牛顿的设想由于受技术条件的限制，物体不可能达到这样的速度，但他的思想启发了后人，在太空探索中立了头功。

△动画展示牛顿的设想过程。

3.算一算:物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢? 引导学生建模：设地球质量为M，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀速圆周运动的卫星的速度v如何推算？ 利用这样的教学设计，力求真正的体现学生的主体地位和老师的主导作用。强调学生自己探究、自行建模分析的能力，得出结论：

由此解出

接下去的任务就是如何导出第一宇宙速度，在点评公式时，提示学生，半径是不是有什么特殊的情况，运行的最小半径为多少？让学生以小组为单位进行探究。在理想情况下，运行的半径最小就是靠近地面的人造卫星，半径近似等于地球半径，也就是最大的线速度，学生得出：

246可以近似认为r=R，将此代入（地球质量为M=5.89×10Kg，半径为R=6.37×10m，G=6.67-1122×10N·m/Kg）

m/s=7.9Km/s v1=7.9km/s是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度。

所以这些结论都是由学生在学习小组中探究得到，学生的自信心得到极大的满足，更主要使他们从被动接受变为主动索取，使学生乐学，好学。

4.学生思考：

我们刚研究过，当卫星的轨道半径越大时，卫星绕地球旋转时的速度越小，卫星发射时越难，送入轨道需要消耗的能量越多，发射的速度必须越大，由此我们可以得出要将人造卫星送入轨道的发射速度必须大于多少？学生分析得出v≥7.9km/s 引导：发射速度越大，人造卫星就进入更高的轨道，当速度大到某一值时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运动我们把这个速度叫第二宇宙速度，它的大小为v2=11.2km/s。

同时分析飞到太阳系以外的宇宙空间，速度必须等于或大于16.7km/s，这个速度叫第三宇宙速度。

5.动画展示三个宇宙速度

引导学生及时归纳总结

（1）、当发射速度为7.9km/s,

物体恰好环绕地球表面做圆周运动；此时的卫星叫做近地卫星。

（2）、当发射速度大于7.9km/s 时：

①

7.9km/s

物体仍绕地球运行，但径迹是椭圆；

②

11.2km/s

物体脱离地球的吸引而围绕太阳运行；

③

V>16.7km/s

物体脱离太阳的吸引，而成为自由天体。

7.学生思考：对于其他的星球以上三个宇宙速度是否变化呢？

答：变化，不同星球的宇宙速度一般是不一样的，例如：地球的第一宇宙速度是7.9km/s金星的第一宇宙速度是7.3km/s。

8.引导学生辨析：发射速度和运行速度

9.例题分析：

例1.

2002年3月25日，我国成功发射了“神舟”三号宇宙飞船，这标志着我国的航天技术上了一个新台阶，若飞船在近地轨道上做的是匀速圆周运动，则运行速度的大小是（ ）

A.V>11.2km/s

B.V=7.9km/s C. 7.9km/s

D.V=11.2km/s 例2、人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率（ ）

A.一定等于7.9km/s

B.等于或小于7.9km/s C.一定大于7.9km/s

D.介于7.9 km/s~11.2km/s之间

例3.下列说法中正确的是（ ）

A.运行的轨道半径越大，运行速度越小，发射速度越小

B.运行的轨道半径越大，运行速度越大，发射速度越大

C.运行的轨道半径越大，运行速度越小，发射速度越大

D.运行的轨道半径越大，运行速度越大，发射速度越小

二、人造卫星的运动规律

1.

问题：v、ω、T 和a与

r 的关系怎么推导？

利用问题引导学生运用圆周运动的知识推到v、ω、T 和a与

r 的关系，并及时分组讨论得出结论：卫星的运行速度、角速度、运转周期与其本身质量无关，仅由轨道半径决定。

离地面越高的卫星，运行速度越小，周期越长，发射需要的初速度越大。所以，第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。

2.问题：卫星的轨道圆心在哪儿？

问题引导，动画演示，总结规律：所有卫星的轨道圆心都在地心上。

进一步引导学生从卫星的受力角度分析：卫星的轨道有什么特点。

3.思考与讨论：如图所示，A、B、C、D四条轨道中可以作为卫星轨

道的是哪一条？

4.动画演示：赤道轨道与极地轨道

5.例题分析

例1、人造地球卫星的轨道半径越大，则(

) A、速度越小，周期越小

B、速度越小，加速度越小

C、加速度越小,周期越大

D、角速度越小,加速度越大

例2、两颗人造地球卫星质量之比m1∶m2=1∶2,轨道半径之比R1∶R2=3∶1，下列有关数据之比正确的是(

) A、周期之比T1∶T2=3∶1

B、线速度之比v1∶v2=3∶1 C、向心力之比F1∶F2=1∶9

D、向心加速度之比a1∶a2=1∶9 例3.1999年5月10日，我国成功地发射了“一箭双星”，将“风云1号”气象卫星和“实验5号”科学实验卫星送入离地面870km的轨道，已知地球半径为6400km，这两颗卫星的运动速度约为

A、11.2km／s

B、7.9km／s

C、7.4km／s

D、2.1km／s 三、了解几个特殊的卫星

1.近地卫星

问题：求近地卫星的周期，并思考：我们能否发射一颗周期为50min的卫星呢？

激发学习兴趣，探寻物理规律。

2.同步卫星

问题1：求同步卫星的高度

问题2：地球同步卫星能否位于北京正上方某一确定高度h ？

问题3：求同步卫星的线速度

问题4：地球同步卫星的特点有哪些？

学生小组讨论，总结特点。

3.多媒体展示：近地卫星、同步卫星、月球数据的比较

4.

例题分析：

1.由于通讯和广播等方面的需要，许多国家发射了地球同步卫星，这些卫星的：

A.质量可以不同 B.轨道半径可以不同

C.轨道平面可以不同 D.速率可以不同

2.据报道，我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空，经过4次变轨控制后，于5月1日成功定点在东经77 赤道上空的同步轨道。关于成功定点后的“天链一号01星”，下列说法正确的是：

A.运行速度大于7.9 km/s B.离地面高度一定，相对地面静止

C.绕地球运行的角速度比月球绕地球运行的角速度大

D.向心加速度与静止在赤道上物体的向心加速度大小相等

四、梦想成真

1.播放了一段美国登月的视频、人类探索宇宙的过程、我国航天事业的发展，让学生发现一些奇妙的物理现象，让同学感想到：我们是祖国的未来的希望，现在需要努力学习科学文化知识，将来为祖国的航天事业做贡献。要培养学生坚韧不拨、勇于探索、协力合作的科学精神以及严谨求实、谦虚谨慎、勇于质疑科学态度；也要培养学习者热爱科学、热爱祖国的情感；努力学习、振兴中华的责任感。这些策略在本案例中得到了体现。

（三）课堂小结小结与作业布置

1．阅读教科书上P76的科学漫步“黑洞”

2．上网查阅：（1）

人造卫星的种类（2）

同步卫星的含义及特点