4. 人造卫星 宇宙速度主要内容及教案内容

《人造卫星

宇宙速度》教学设计

一．设计思想

在以往的关于人造卫星的教学中，由于不少新名词的介绍方法比较刻板，条框化，数据化，同时缺乏直观性，常常给学生一种这些知识离自己很遥远的感觉。在看到一些数据时毫无亲切感，只能死记硬背。而近年来，我国航天事业取得了一系列的高速的发展。航天离我们越来越近。因此在设计这堂课时，我充分利用多媒体的直观性，从生活入手，从身边入手引发学生兴趣并使之成为课堂的参与者。使得学生觉得在学习就在自己身边发生的很实际的一些有用的物理知识，从而提高学习的有效性。

二．教学目标

（一

）知识与技能

1．了解人造卫星的发射原理

2．知道宇宙第一、第二、第三速度会计算卫星的环绕速度与运行周期

（二）过程与方法

1．了解并体会科学研究方法对人们认识自然的重要作用

2．通过对万有引力定律在人造卫星上的重要作用,体会科学定律和科学探究的意义

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（三）情感态度与价值观

1．培养学生对科学的好奇心和学习物理知识的求知欲, 2．了解我国航天事业的发展,进行爱国主义教育. 本课是振奋民族精神,激发爱国热忱的重要内容，可适当渗透我国发展航天科技最终是使人类能够和平的利用太空资源

三、教学重难点

1.教学重点:培养学生对万有引力定律的应用能力

2.教学难点:人造卫星的运行速度和周期的计算

四、教学设计流程图

卫星图片结合无线同屏视频引入课题

各国第一颗人造卫星发射相关数据引发学生提问

重点讲解卫星如何发射升空以及种宇宙速度的意义

引导学生推导第一宇宙速度

引导学生推导不同轨道卫星的速度大小比较

介绍我国航天事业的发展

总结

五、教学过程: 引入新课：

1.看系列图片：（各种卫星的图片，气象卫星，军事卫星，地球资源卫星等等（通过无线同屏将solar walk上的内容向学生演示，播放北斗导航卫星的发射视频）。

[问]这些卫星要如何才能发射升空呢

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[答]需要较大的速度。

[阐述牛顿关于发射卫星的设想]提问他想说明什么呢？

[答]速度要求

[讲授]

300多年前，牛顿就已经想过这个问题。

[课件]

牛顿对人造地球卫星原理的描绘

在高山上物体作平抛运动的初速度越大，落地点高山脚越远，当抛出速度足够大时，物体就不会落到地面上，成为绕地球旋转的人造地球卫星．

[问]那么以多大速度发射物体才能实现我们的目标呢？希望你能通过本节的学习来解决上述问题。

[板书] ξ7.5人造卫星

宇宙速度

[说明]

实际的卫星轨道可以是圆轨道，也可以是椭圆轨道。在中学阶段，我们可以近似认为卫星做匀速圆周运动

[问]

那么卫星，月球不落下来而是围绕地球做圆周运动必须具备什么样的条件呢？

[同学思考后回答]

1.人造地球卫星绕地球运行的动力学原因

地球给人造地球卫星的万有引力提供了它绕地球作匀速圆周运动所需的向心力．

2.人造地球卫星在轨道上运行时不可能处于受力平衡状态，其加速度等于卫星所在处的重力加速度．

[讲授]

不同轨道上的卫星的运行速度是不一样的，如

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何来求卫星的运行速度呢？

[例题]

设地球质量为M，地球半径为R，卫星的轨道半径为r，卫星质量为m，试求卫星运动的线速度v，角速度ω与周期T [同学分组推导并交流] [板书]

描述卫星运动的量：

线速度、角速度、周期与半径的关系Gmmmv2（1）由2rr

→

vGm

r（2）由Gm2mm2r

→

rGmr3

（3）由Gm2mm4r

Tr2

→

r3

TGmm不变，则[讲授]

从这里我们可以看到，因G v∝1r，卫星离地心越远，它的运行速度越慢。角速度也越慢，周期越长。

[问]

那么卫星最大的运行速度是多少呢？

[答]

当r=R时

→

vGm7.9kms

R（卫星的最大运行速度：第一宇宙速度）

方法二：由于卫星在地球附近运行时，卫星做圆周运动的向心力可看作由重力mg提供，根据牛顿第二定律得

vgr6.371069.87.9103m/s7.9km/s

[板书] （1）第一宇宙速度（环绕速度）：v17.9km/s

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①意义：它是人造卫星地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度．

如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；等于这个速度卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；

如果大于7.9km/s，会怎么样呢？而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点．

[答]

8km/s指卫星绕地球运行的速度，要想去月球，必须加大速度。

[师]

为什么速度加大到一定程度就能离开地球呢？

[答]

当地球的万有引力不能提供卫星所需要的向心力的时候，卫星就做离心运动了。

[师]

是的，事实上，根据计算表明，卫星的速度大到11.2km/s的时候，就一定能够摆脱地球的束缚了，变成太阳的行星或者飞向其他行星（例如嫦娥一号）。我们把这个速度称为第二宇宙速度（也叫脱离速度），这时候卫星虽然摆脱了地球的束缚，但它还不能摆脱太阳系的束缚，如果再大下去，达到16.7km/s的时候，卫星将摆脱太阳的束缚。飞到太阳系以外的宇宙空间了。（如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点．如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于

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16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点．）

[板书]

第二宇宙速度：（脱离速度）v≥11.2km/s

卫星能摆脱地球引力，但仍受太阳引力

第三宇宙速度：（逃逸速度）v≥16.7km/s

卫星脱离太阳束缚

[补充讲授] 发射速度与运行速度：

（1）发射速度：指被发射物体在地面附近离开发射装置时的速度（即卫星离开运载火箭时的速度），被发射物体就依靠这个速度克服地球引力进入轨道。不能小于第一宇宙速度。

（2）运行速度：指卫星进入轨道后绕地球作匀速圆周运动的线速度。

因运行轨道的半径大于地球的半径，所以其速度不能大于第一宇宙速度。

（3）两者关系：发射速度≥7.9km/s≥运行速度

[总结] 1.这节课你学到什么了？

2.给你印象最深刻的是什么？你还想知道些什么？

六、板书设计

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7.5人造卫星 宇宙速度

1.人造卫星

2.宇宙速度

第一宇宙速度（环绕速度）：v17.9km/s 意义：它是人造卫星近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最大运行速度和最小发射速度．

第二宇宙速度：（脱离速度）v≥11.2km/s 卫星能摆脱地球引力，但仍受太阳引力

第三宇宙速度：（逃逸速度）v≥16.7km/s 卫星脱离太阳束缚

3．不同轨道卫星

线速度，角速度，周期

与轨道半径的关系

（1）由Gmmr2mv2r

→

vGmr

（2）由Gmmr2m2r

→

Gmr3

2（3）由Gmmr2m4r3Tr

→

TGm

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