4. 人造卫星 宇宙速度教学实录及点评

《宇宙航行――人造卫星》教学设计

1、教学目标

（一）知识与技能

掌握人造地球卫星的运行规律，会推导运行速度，角速度，周期，向心加速度与轨道半径的关系。

（二）过程与方法

①经历探究人造卫星由设想变为现实的过程，体会猜想、外推的科学方法，培养学生的科学思维。

②通过对卫星运动规律的研究，培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力，养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯。

（三）情感态度与价值观

①了解人类探索太空的过程，感受科技发展对人类进步的巨大促进作用，通过对我国航天事业发展史的了解，渗透爱国主义教育。

②感知人类探索宇宙的梦想及巨大成就，激发学生学习物理的热情，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

③认识到天体运动的实质是牛顿第二定律的具体应用，能对已有的知识进行组织和归类，学会构建知识体系，能从整体的角度看问题，形成对知识的整体感。

2、学情分析

从学生年龄特征来看：学生大多是“2000后”，15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。应以启发式教学为指导思想，采用以问题为中心的课堂教学模式，结合Flash动画辅助教学。

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，应实施循序渐进教育方法。

3、重点和难点

教学重点：对人造地球卫星原理和运行规律的掌握；研究天体运动的基本思路与方法。

教学难点：人造卫星的速度、周期的比较。

4、教学过程

一、引入新课

问题：地球对周围物体有引力作用，在地球表面附近抛出的物体会发生什么情况呢？

牛顿的设想：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次离山脚远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来。它将围绕地球旋转，成为一颗永远绕地球运动的人造地球卫星。

强调：在已有事实的基础上，合理地外推、科学地假设，是认识未知事物的一种科学的方法。

Flash动画演示：抛出速度小时，将落回地面；当抛出速度达到一定大小时，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。

二、新课教学

（一）人造卫星沿圆形轨道运转的几种情况

Flash动画演示：人造卫星沿圆形轨道运转的情况一――轨道倾角42.40卫星

人造卫星沿圆形轨道运转的情况二――轨道倾角900卫星（极地卫星）

人造卫星沿圆形轨道运转的情况三――轨道倾角00卫星（非同步卫星）

人造卫星沿圆形轨道运转的情况四――轨道倾角00卫星（同步卫星）

（二）人造卫星沿圆形轨道的运行规律

探一探1：可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道（

）

A．与地球表面上某一纬度线(非赤道)是共面同心圆

B．与地表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆

C．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的

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D．与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是运动的

学生板演：地球对人造地球卫星的引力提供了它绕地球做匀速圆周运动所需的向心力，所以所有的人造地球卫星的轨道平面必通过地球中心，即必须以地心作为圆轨道的圆心或椭圆轨道的焦点。

探一探2：设某人造卫星绕地球做匀速圆周运动，则下列叙述正确的是（已知地球的半径R=6400km，地球表面附近的重力加速度g=9.8m/s2）（

）

A．其运行周期可能等于80min

B．其运行周期可能等于24h

C．其运行速率可能等于8km/s

D．其运行速率可能等于6km/s 33Mm42rR3学生板演：G2m2rT2（R为地球半径）

rTmin2rTGMGMTminR3R6.41062223.145081(s)84.6(min)

2g9.8gRMmv2GMGM1（R为地球半径）

G2mTmaxvrRrrrTmaxgR2gR9.86.41067.9103（m/s）=7.9（km/s）

R

师生总结：7.9km/s是所有沿圆形轨道运行人造地球卫星的最大运行速度

．．．．．．84.6min是所有沿圆形轨道运行人造地球卫星的最小运行周期

．．．．．．

探一探3：取地球的半径R=6400km，地球表面附近的重力加速度g=9.8 m/s2，月球到地心的

距离r=60R，计算地球同步卫星离地球表面的高度h。

2Mm4学生板演：方法一：Gm2(Rh)（T为地球自转周期）

2(Rh)T2222222gRTgRTGMTRT333Rh3hRR

2224444(6.41063600)26

h6.41063.6107（m）=3.610（km）433(Rh)r方法二：2（T1为月球绕地球运行的周期）

2TT13T2176（m）

3.610hr(32)R606.4106(3)6.410T1272师生总结：地球同步卫星是以地球自转角速度、在赤道平面内沿圆形轨道自西向东绕地心

．．．．旋转的人造地球卫星；它定点在地球赤道上空3万千公里处。

．．6．．．．

三、课堂小结

这堂课我们从牛顿的设想入手，学习了（一）人造卫星沿圆形轨道运转的几种情况，（二）人造卫星沿圆形轨道的运行规律。探究了卫星运行规律，得出了7.9km/s是所有沿圆形轨道．．．．运行人造地球卫星的最大运行速度，84.6min是所有沿圆形轨道运行人造地球卫星的最小运．．．．．．．．行周期，地球同步卫星是以地球自转角速度、在赤道平面内沿圆形轨道自西向东绕地心旋．．．．转的人造地球卫星；它定点在地球赤道上空3万千公里处。在应用过程中不要死记结论．．6．．．．公式，要立足于万有引力提供向心力的解题指导思想。

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四、布置作业

1．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

2．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球半径为R，地面的重力加速度为g，则人造卫星（

）

A．绕行的最大速度为Rg

B．绕行的最小周期为22R/g

C．在距地面高R处的绕行速度为Rg/2

D．在距地面高R处的周期为22R/g

3．利用下列哪组数据（万有引力常量G已知），可以计算出地球质量（

）

A．已知地球半径和地球表面的重力加速度

B．已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径和周期

C．已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期和月球质量

D．已知同步卫星离地面高度和地球自转周期

4．一颗在地球赤道上空绕地球运转的同步卫星，距地面高度为h，已知地球的半径为R，自转周期为T，地面重力加速度为g。则这颗卫星运转的速度大小是（

）

22222g2Rg4RgA．(Rh)

B．R

C．3

D．3

TRhTT2

5．天文学家新发现了太阳系外的一颗行星。这颗行星的体积是地球的4.7倍，质量是地球的25倍。已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为1.4小时，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，由此估算该行星的平均密度为

（

）

A．1.8×103kg/m3

B．

5.6×103kg/m3

C．

1.1×104kg/m3

D．2.9×104kg/m3

6．已知地球同步卫星离地面的高度约为地球半径的6倍。若某行星的平均密度为地球平均密度的一半，它的同步卫星距其表面的高度是其半径的2.5倍，则该行星的自转周期约为（

）

A．6小时

B．

12小时

C．24小时

D．36小时

67．

a是地球赤道上一栋建筑，b是在赤道平面内作匀速圆周运动、距地面9.610m的卫星，c是地球同步卫星，某一时刻b、c刚好位于a的正上方（如图甲所示），经48h，a、b、c的大致位置是图乙中的（取地球半径R=6.410m，地球表面重力加速度g=10m/s，（

）

=10）62

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