4. 人造卫星 宇宙速度评课稿

高中物理教学设计

教材来源：教育科学出版社

课题：人造卫星

宇宙速度

设计者：绵阳市梓潼中学教师：吴妤

一．教材分析

《

人造卫星，宇宙速度》系新课程教科版必修2第三章第四节，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。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”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. 学情分析

通过前面的学习，学生已对平抛运动、曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解。在此基础上，通过教师合理诱导，按照迁移规律科学地设计问题情境，促进学生探究，获得新知。尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，表达也许欠妥。但只要始终参与到学习情境中，五官体验激活思维，大胆猜想，敢于表达，就都能获得发展和提高。

三．教学目标：

（一）

知识与技能

1、通过观察思考、合作探究使学生知道人造地球卫星的发射原理；

2、通过阅读、合理诱导与精心研究使学生掌握三个宇宙速度，学会推导第一宇宙速度的两个求解公式；

3、通过公式分析、练习反馈使学生掌握用万有引力定律和圆周运动知识求解有关卫星运动的基本问题。

（二）过程与方法

1、通过对人造卫星的发射原理和第一宇宙速度公式推导的学习，使学生经历科学探究、分析、归纳的思维过程；

2、教育学生在处理实际问题时，如何忽略次要因素，抓住主要因素，抽象出物理模型。从而对学生进行物理研究方法的培养。

（三）情感态度与价值观

1、在主动学习合作探究过程中，体验和谐、流畅、民主、愉悦的学习情境，在满怀热望的探究中不断获得美的感受和成功的喜悦。

2、介绍我国航天事业的发展现状，激发学生的求知欲和热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感，培养爱国热情。

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：中国第一颗人造卫星的发射。

2．万户飞天的故事。最初的火箭模型

（二）人造地球卫

1．抛物演示实验：学生观察落地点的变化，落地点为什么会变化？

高中物理教学设计

教材来源：教育科学出版社

课题：人造卫星

宇宙速度

设计者：绵阳市梓潼中学教师：吴妤

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。

引出人造地球卫星（简称人造卫星）的概念教师总结，并用多媒体模拟。

如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用，那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：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，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。

1970年4月24日,我国发射了第一颗人造地球卫星, 到现在我国已发射了多颗人造地球卫星。1975年,我国就掌握了使卫星返回地面的回收技术,成为世界上第三个掌握这种先进技术的国家。1984年4月8日, 我国发射了一颗试验通讯卫星, 把卫星准确地运送到指定位置的同步轨道上。这是一个难度非常大的多维控制问题.同步卫星的定点成功, 标志着我国在运载火箭和卫星技术方面已加入世界先进行列。近几年,我国一直利用火箭为其它国家发射卫星。这节课我们来学习人造地球卫星的基本知识。

二

新课教学

（一）宇宙速度

1．设一颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转。

①教师：卫星绕地球运转的向心力由什么力提供？

学生：由卫星所受地球的万有引力来提供。

②教师:据上述关系你能得到什么表达式？

学生：＝mr

③所以我们得到,T=2л

教师：在公式中，M为地球质量，G为引力恒量，r为卫星轨道半径。此式为卫星绕 地球正常运转的线速度(环绕速度)和运行周期表达式。

2．讨论v、T与r之间的关系：

学生：由于GM一定，r越小，线速度v越大，反之，r越大，v越小.即：r↑→v↓

高中物理教学设计

教材来源：教育科学出版社

课题：人造卫星

宇宙速度

设计者：绵阳市梓潼中学教师：吴妤

同理：r↑→T↑,对于人造卫星vmax=7.9km/s,Tmin=84.4min

教师：由此我们得到：距地面越高的卫星运转速率越小。那么，是向高轨道发射困难，还是向低轨道发射卫星困难呢？

学生：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克球对它的引力做更多的功。因此向高空发射困难。

教师小结：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，卫星向高空发射时困难，送入轨道需要消耗的能量越多，发射的速度必须越大，由此我们可以可以推导出要将人造卫星送入轨道的发射速度必须大于多少？

第一宇宙速度的推导

因为在地球表面，我们认为轨道半径等于星球半径即：r=R,

故

，

当R=r时有

GMv==7.9km/sR

这就是第一宇宙速度，是人造卫星环绕地球运动的最大速度，也是在地面发射卫星的最小速度。教师分析得出：要向高空发射卫星必须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。

（二

）地球同步卫星

下面我们再来研究一种卫星──同步通信卫星。这种卫星绕地球运动的角速度与地球自转的速度相同，所以从地面上看，它总在某地的正上方，因此叫同步卫星。这种卫星一般用于通讯，又叫同步通讯卫星。我们平时看电视实况转播时总听到解说员所说的太平洋上空或印度洋上空的卫星都是通讯卫星，在北京上空有没有同步卫星呢？同步卫星有何特点呢？地球同步卫星是指运转周期与地球自转周期相同，与地球同步转动，相对于地面上某一点始终保持静止的人造卫星。有一下特点：

（1）周期、角速度与地球相同，即T＝24h （2）轨道确定。因为ω、T与地球相同，又在做匀速圆周运动，所以只能在赤道面上与地球自转同步，所有地球同步卫星的轨道均在赤道平面内，且离地面的高度和环绕速度相同。

例题：点金训练46页

高中物理教学设计

教材来源：教育科学出版社

课题：人造卫星

宇宙速度

设计者：绵阳市梓潼中学教师：吴妤

例1：同步卫星轨道发射.轨道.周期问题。

例2：讲解卫星关于变轨的问题。

(三)小结与作业布置

上网查阅：（1）

人造卫星的种类,即轨道问题（2）

同步卫星的含义及特点

(四)综合评价：

这节课始终以学生为主体精心设计学习活动。没有让学生机械的记忆，而且给学生主动

探索、自主学习的空间，通过学生的思考、动手、观察、讨论，激发学生的学习热情，使学生由被动接受知识转化为主动的获取知识，让学生真正学会如何学习，使学生的创新潜能得到最大发挥。