4. 人造卫星 宇宙速度第二课时教案

第三章 万有引力定律 第四节 人造卫星 宇宙速度

都江堰中学物理组 一、教学目标

（一）知识与技能

（1）了解人造卫星的有关历史

（2）人造地球卫星的发射原理

（3）会推导第一宇宙速度,知道三个宇宙速度的含义

（4）分析人造卫星的运动规律

（5）能用所学知识求解卫星基本问题。

（二）过程与方法

（1）培养学生科学推理、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

介绍世界及我国航天事业的发展状况，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、教学重点，难点

（1）、教学重点：

卫星的发射原理、第一宇宙速度的推导、卫星运行的动力学特点规律

（2）教学难点：

卫星的运行速度与发射速度的区别；第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星运行的最大环绕速度；人造卫星运行规律应用

三、教学方式

演示、讲授、合作交流、引导启发

四、教学手段

多媒体设备、投票器、电子白板课件

五、课时安排：一课时

六、教学过程与教学资源设计

引入：通过展示图片、视频，结合情景阐述人类对探索太空的向往,介绍人造卫星的发射和应用历史，激发学生学习本节内容的兴趣并引入新课(注意与人文领域结合)

正课内容：

（一）

人造卫星的发射

以问代讲

问题一

我们平抛一个小石子，石子会落地。那么天空中更大的石子月球为什么没有掉到地面上？

问题二 那么是不是我们抛出石子时，如果速度足够大，它也不会掉落在地面上，也会绕地球做圆周运动？理由是什么？

基于学生的回答程度，结合地球仪、动画演示，一步步创设情景，引导学生理解卫星发射原理。

给出人造卫星的定义：在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。简称人造卫星。

提问：如果现在我们沿着地球表面发射一颗卫星，让它贴着地球表面运动。请同学们估算它的运行速度大小（教师引导得出，此时卫星环绕速度等于发射速度，r=R=6400km）

联系进入下一个内容

（二）宇宙速度

（1）、第一宇宙速度

由万有引力提供向心力：

学生独立估算：

GMMmV2 G2m， 得：v

RRRMm又∵mgG2 ∴vgR9.863707.9103m/s7.9km/s

R

引导学生理解： V0=7.9km/s 1、它既是卫星贴近地面的环绕速度，又是该卫星的发射速度

（教师利用比喻的方法引导学生理解区别环绕速度和发射速度）

教师设置问题、引出第二个结论

2、向越高轨道发射卫星，需要克服引力的作用越多，故发射速度越大，上诉速度为卫星发射的最小发射速度

在这里引入第一宇宙速度的概念，布置学生浏览教材53页，自学第二、第三宇宙速度，并了解它们的联系和区别

教师设置问题，请同学们思考回答。用问答的形式帮助他们梳理三个宇宙速度的异同联系。

（2）如果人造卫星从地球表面发射的速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星的运动轨道是什么样子的？

(3)什么是第二宇宙速度？

答：当卫星从地球表面发射的速度等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度,也叫脱离速度。

(4)什么是第三宇宙速度？

答：如果卫星从地球表面发射的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度，也叫逃逸速度

教师：好，那么现在我们进入到最后一个大问题。

（三）、人造卫星运行规律

设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则

Mmv2G2m，

rr

∴vGM，

r可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。

（此处由教师指引，示范推导，得出结论）

教师提出问题：角速度、周期和向心加速度与轨道半径的关系呢？（此处有学生讨论推导得出）

2vrGM，

r3r3

T2GMMmMG2maaG2rr

由，得教师提问：那么由我们推导出的这些结论，同学们认为有没有什么

值得总结的。

1、可见：越高轨道上运行的卫星，角速度越小，向心加速度越小，

周期越长。

由图片展示结论，让学生具有直观印象。

2、V，w、T、a都与卫星质量无关

通过习题，练习所学，检验知识掌握状况

例1、A、B、C是环绕地球运行的卫星，

其质量关系为mA= mB< mC，则

①比较运动速度的大小． B=C

例2：如图所示，a 、 b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同且大于C的质量，下面说法中正确的是（c ）

A、 b、C的线速度大小相等且大于a的线速度

B、.b、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度

C、b、c的周期相等且大于a的周期

D、b、c的向心力相等且小于a的向心力

例3：关于人造地球卫星的向心力，下列各种说法中正确的是（ D ）

v21A 根据向心力公式F = m

，可见轨道半径增大到2倍时，向心力减小到原来的

2rB 根据向心力公式F = mrω2，可见轨道半径增大到2倍时，向心力也增大到原来的2倍

C 根据向心力公式F = mvω，可见向心力的大小与轨道半径无关

D 根据卫星的向心力是地球对卫星的引力F = G力减小到原来的Mm，可见轨道半径增大到2倍时，向心2r1

4

注：此处采用选择投票器，针对学生最后出现的问题有针对性的讲解。

留给学生课后思考：人造地球卫星的轨道是任意的吗？

课后小结 学生自行浏览小结内容，回忆归纳总结

作业 教材54页

练习与评价1-5题

课后反思