4. 人造卫星 宇宙速度优秀公开课教案

宁夏大学附属中学

物理组

宋媛嫄

教学课题

所用教材

教

材

分

析

宇宙航行

教材名称：物理

必修2 ，第

六

章

第5节

44页

出版社：

人民教育出版社

本节重点讲述第一宇宙速度的推导，并介绍了第二、第三宇宙速度，要求掌握第一宇宙速度的推导，三个宇宙速度的数值及意义。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个重要实例，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学知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中的一些基本理论，更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。

从学生年龄特征来看，学生处于高一年级，16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，学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。因此教案设计上采用“问题探究”法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析、研究来掌握获取相关的知识和方法。

(一) 知识与技能

知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。

(二) 过程与方法

通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。

(三) 情感态度与价值观

1. 通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情；

2. 感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。

学

情

分

析

教

学

目

标

教

学

重点：第一宇宙速度的推导，三个宇宙速度的数值及意义

重难

难点：第一宇宙速度的推导及意义

点

教学小组合作学习、启发式讲授法

方法

教学器材

教

学

过

第1页

多媒体（PPT、实物投影展台）

课时安排

第1课时（40分钟）

宁夏大学附属中学

物理组

宋媛嫄

程

教师引导

学生活动

手段

一、新课引入

假设有宇航员落难，需要救援，提出问题，该如何到达宇宙深处。

二、知识回顾

1、匀速圆周运动的动力学方程

2、天体的运行规律

三、新课教学

一）人造卫星

教

1、人造地球卫星的最初设想

师：时至今日，数千颗人造卫星和宇宙飞船，正在按照万有引力定律为它们设定的轨道在宇宙中飞学

行着，以至于阿波罗宇宙飞船返航时，当地面控制中心问及“现在是谁在驾驶飞船”时，指令长回答道：“我想现在是牛顿在驾驶。”

过

师：下面展示的是迄今为止，世界各国发射的各种卫星。

程

师：那人造卫星是如何发射上天空的呢？

让我们回到19世纪，追随牛顿的脚步，一起来探寻人造卫星最初的构想。怎样才能把物体发射上天

空，而不会落回地面？

师：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

（展示动图）

2、第一宇宙速度

师：我们已经知道人造卫星的发射需要满足一定的条件，那么，人造到底是怎样被发射到天空的呢？教

带着这个疑问，我们进入宇宙速度。

1）引导学生猜想、提出“设想”。

学

这辆汽车可以以任意v运动，我们来思考一下，这辆汽车有没有可能成为一颗卫星，将其发射出去呢？

师：地球本身是一个球体，从宏观来看，汽车在

方法

备注

学生回答。

学生自主推算。

视频导入，引发兴趣。

以提问的方式，回顾以前的内容，推导行星运动规律，为卫星运动规律打基

学生做出猜想。

础。

以问题为导向，引发学生思考，做出猜想。

媒体插件，展示牛顿的猜想，更为直观。

大胆假设，引发思考猜测。

为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。

师：假设地球上有一个无障碍的高速汽车通道，

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物理组

宋媛嫄

做圆周运动，对汽车进行受力分析，汽车所受到的重过

力和支持力的合力给汽车提供了向心力。

当汽车达到一定值时，支持力为0，此时汽车刚要离开地球表面，成为一颗卫星，刚才的假设是可以成立的。

2）第一宇宙速度的推导

师：如果给你地球的质量，引力常量，地球的半径，地球表面的重力加速度，能不能试着求出刚才那辆汽车的速度是多大呢？

已知引力常量为G，地球的质量为M，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，求此时汽车的速度是多少？

法一：万有引力提供物体做匀速圆周运动的向心力。

法二：忽略地球自转，重力提供物体做匀速圆周运动的向心力。

师：那么同学们会不会有这样的顾虑呢？有一天我们乘坐的汽车开着开着就变成一颗卫星，绕地球做匀速率圆周运动了？

师：确实如此，7.9km/s等于28440km/h，且不说汽车的速度无法达到这么大，几遍能够达到，汽车速度过大时会起火。

3）第一宇宙速度的意义

师：7.9km/s，就是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。

问题一：

要想发射卫星，发射哪颗卫星需要的速度大？

第一宇宙速度的第一个意义就是，发射卫星的最小速度。

问题二：假设这两颗卫星都在平稳的轨道上运行，哪颗卫星运行的速度更快些？

第一宇宙速度的第二个意义就是，绕地球做匀速圆周运动的最大速度。

在这里要说明的是宇宙速度指的都是卫星的发射速度，而不是卫星环绕地球做匀速圆周运动的运行速度。

4）第二、第三宇宙速度

师：那么如果卫星的发射速度比7.9km/s 大，又会怎么样呢？有几种可能性？分别是什么呢？

学生自己推算。

同桌讨论，推导第一宇宙速度的表达式及数值。

我们发现，速度越大，地面对汽车的支持力越小，

程

学生阅读课本，自己找出第二、第三宇宙速度。

阅读课本，自主学习。

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宋媛嫄

请同学们阅读教材中间的部分，回答这些问题。

“如果卫星的发射速度比7.9km/s大一点，地球的引力将不足以为其提供做圆周运动的向心力，先做若物体的发射速度达到或超过11.2km/s时，物体将摆脱地球引力的束缚，离开地球。我们把11.2km/s这个速度称为第二宇宙速度。”

“如果发射物体的速度更大，达到或超过

16.7km/s时，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外宇宙空间，我们把16.7km/s这个速度称为第三宇宙速度。”

5）三个宇宙速度的意义

师：通过上面的学习，我们知道了要想发射一颗卫星发射速度不小于7.9km/s，也就是说7.9km/s是最小的发射速度。

第一宇宙速度：绕地球作匀速圆周运动的最大速度；发射卫星的最小速度。

第二宇宙速度：速度大于11km/s时，脱离地球的束缚，成为太阳的一颗行星；

速度大于7.9km/s且小于11.2km/s时，仍是太阳的意尔康行星，以太阳为焦点的椭圆轨道上运行。

第三宇宙速度：速度大于16.7km/s时，脱离太阳的束缚，成为恒星；速度大于11.2km/s且小于16.7km/s时，绕太阳做椭圆运动。

[动画展示三个宇宙速度]并完成表格。

二）航天领域的发展

(1)1957年10月4日晚：苏联成功发射第一颗人造地球卫星。

(2)1961年4月12日：苏联27岁的宇航员尤里·加加林乘坐“东方”号宇宙飞船环绕地球一周，成为飞出地球大气层进入外层空间的第一人。

(3)1969年7月20日：美国“阿波罗”11号上的宇航员奥尔德林、阿姆斯特朗登上月球，人类第一次将足迹留在地球以外的球上。

(4)2003年10月15日9时整，我国自行研制的“神舟”五号载人飞船中国酒泉卫星发射中心发射升空。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟”五号载人飞船执行任务的航天员是38岁的杨利伟。

四、总结

五、作业布置

第4页

学生阅读并汇报通过网络查阅的人类航天发展史中的主要标志性事件。

以动图展示三个宇宙速度，更为直观。

离心运动，最终绕地球运动的轨迹是椭圆而不是圆。

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宋媛嫄

导学案第一课时

6.5宇宙航行

板书设计

评价与反思

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