4. 人造卫星 宇宙速度课堂实录

《宇宙航行》教学设计及反思

江阴市祝塘中学

周峰

一、教材分析

《宇宙航行》是新课程人教版必修2第六章第五节，重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度，最后通过“梦想成真”篇给学生展现了人类探究宇宙的成就。

人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。

因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。

二、教学目标

（一）

知识与技能

（1）学生能够解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。

（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）感受人类向宇宙太空不断探索研究的精神及取得丰富的成果。

（二）过程与方法

（1）培养学生大胆猜想，理论探究的能力；

（2）培养学生根据自身的物理素养猜想并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。

课时安排：一节课

教

具：多媒体课件、投影仪、计算机、地球仪等。

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、学情分析

从学生年龄特征来看，学生处于高一年级，大多是90年出生，17岁已经对本节知识有一定的接受能力，但比较起成年人来还不及，尤其是对知识体系条理性掌握，对易混淆知识的辨别能力还欠缺。从学生的知识基础来看，本节与第六章息息相关，不同水平的学生学起来认知程度不一样。从认知特点及思维规律来看，学生容易接收表象、浅显的知识，不易接收推理性强、易混淆的知识。

五、教学方法

启发探究式教学、多媒体辅助教学。

六、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。

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2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案。

七、课时安排：1课时

八、教学过程

（一）创设情境，激发情感，引入新课

利用多媒体播放视频：播放天宫神舟交汇对接的视频，让学生对卫星近圆轨道有直观感觉，引入新课。

（二）人造地球卫星

进一步展示多种近圆轨道的人造卫星资料，然后让学生对比分析其特点。

1.根据资料让学生猜想人造地球卫星在近圆轨道上运动的特点？

2.问题提出：为什么在低轨道上人造卫星的线速度更大？如何验证？

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、自行分析的能力，得出结论：

GMmv2GMm

由此解出

vrr2r学生证实了刚才的猜测，在这一基础上，让同学们自己研究ω

、T 和半径r的关系，每位同学都能找到：

GM，随着半径增大，ω减小

3rr3，随着半径增大，T变大

T2GM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？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：

可以近似认为r=R，将此代入（地球质量为M=5.89×1024Kg，半径为R=6.37×106m，G=6.67×10-11N·m2/Kg2）

GM6.6710115.891024m/s=7.9Km/s v16R6.3710v1=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，是最大的环绕速度。

过渡：接下来我们换一个角度进行研究，对于这样的近地圆轨道卫星是如何发射的呢？

△动画展示牛顿的设想过程。

引出人造地球卫星（简称人造卫星）的概念及其第一宇宙速度。

（三）宇宙速度

学生思考：

（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？

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（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？

（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？

从能的角度，圆周运动的公式引导学生分析二者的不同。

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。

（四）不同的人造卫星轨道及其地球同步卫星介绍

1.过渡：解决了人造卫星发射速度和环绕速度问题并不等于解决人造卫星的所有问题，人造卫星的轨道设计就是一个很重要的问题。

2.让学生利用地球仪和呼啦圈来类比地球和人造卫星轨道，进行猜想设计轨道。

3.对于学生猜想出来的多种轨道，在教师的启发下，让学生去甄别真伪，从中让学生体会科学原理的魅力所在。

4.投影仪展示多种卫星的图片，并重点展示同步卫星的图片及动画展示运行轨道。

5.学生思考同步卫星的特点并总结。

（五）练习反馈，拓展延伸：

［例题1］

［例题2］ （六）小结与作业布置

1．阅读教科书上P76的科学漫步“黑洞”并完成书后作业。

2．

课后思考：不同天体的第一宇宙速度相同吗？

九、板书设计

6.5

宇宙航行

一、人造地球卫星运行特点

二、宇宙速度

：第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度

三、卫星轨道特点及其同步卫星介绍。

十、课堂点评：

本节课设计思路主要是学生在已有知识基础上主动获取新的知识的过程，同时注重理论推导与体验结合的思想。课堂设计有两大亮点：一、以现代科技资料引入课堂，学生从科技资料中解读科技信息，寻找物理规律，并结合已学物理知识分析论证，在论证分析得到的结果与科技前沿吻合的时候，学生可以获得成就体验。二、在进行卫星轨道设计时，由于学生缺乏相关科技信息，就反其道而行之，利用所学物理知识进行轨道预测卫星可能轨道，同时用实物进行模拟体验，接着教师与学生在共同进行分析，最后利用投影给出相关物理资料，验证学生预测的合理性和正确性！

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