4. 人造卫星 宇宙速度优质课教案推荐

§3.4．《人造卫星 宇宙速度》导学案

四川省巴中市第二二中 王绍位

【教学目标】

1．知识与技能

（1）简单了解航天发展史，了解人造卫星的有关知识；

（2）分析人造卫星的运动规律，能用所学知识求解卫星基本问题；

（3）掌握三个宇宙速度的物理意义，会推导第一宇宙速度。

2．过程与方法

（1）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；

（2）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。

3．情感态度与价值观

介绍世界及我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

【教学重点】

1、分析人造卫星的运动规律；

2、根据万有引力提供人造卫星做圆周运动的向心力进行相关计算；

3、对宇宙速度的理解，第一宇宙速度的推导。

【教学难点】

对运行速度、发射速度与第一宇宙速度的理解与区分。学习本节内容要注意抓住人造卫星运动发射条件与运动规律，结合圆周运动知识及万有引力定律进行综合分析。

【教学方法】

以PPT展示为基础，结合已学知识引导学生思维，把握几个典型问题，掌握解决问题的一般方法。

【教学过程】 一、引入课题

仰望星空，浩瀚的宇宙苍穹给人以无限遐想，千百年来，人类一直向往能插上翅膀飞出地球，去探索宇宙的奥秘。到今天这一梦想实现了吗？

二、新课

1．简介人造卫星的发展史

世界上第一颗人造卫星哪一年由哪一国家发射？我国哪一年发射了自己的人造卫星？ 2．人造卫星的规律（轨道平面特点及an、v、ω、T的推导）

（1）展示我国部分卫星的基本参数，定性分析人造卫星的运行规律。

返回型东方红2返回型东方红2风云1巴达大气1卫星名称

遥感卫号甲通信号试验通遥感卫号

号A 尔1 信卫星

星

卫星

星

卫星质量2100 441 461 2100 750 50 84 （kg）

轨道近地点205 35786 35469 175 900 210 873 （km）

轨道远地点315 35863 35782 400 901 992 900 （km）

运行周期（h）

1.48 23.9 23.76 - 1 - 1.5 1.7 1.57 1.712

（1）定性分析人造卫星的轨道规律

问：现在我们地球上空有这么多卫星，他们离地高度一样吗？同一颗卫星离地高度变化吗？

观察：我国目前发射的部分卫星的运行规律的数据(见上表)：

思考：①不同卫星的其运行轨道相同吗？

②不同的卫星运行时有什么规律？

③你能试着用你学过的知识解释为什么有这样的规律吗？

教师引导学生讨论发现规律：

①轨迹：椭圆（地心为焦点），有的近似为圆（地心为圆心）。

②人造卫星的半径不同，其运行的周期也不同，而且半径越大，其周期越大。

（2）教师引导学生思考：

卫星的轨道平面有怎样的特点？总结结论。

（3）直观感受人造卫星的运动规律

演示课件：几颗不同轨道卫星同时绕地运行动画,从而直观上感受卫星轨道特点。

（4）定量分析卫星运行的加速度、线速度、角速度、周期与半径的关系。

基本思路：卫星围绕地球作匀速圆周运动，地球和卫星之间的引力提供向心力。

引导学生自主推导：

MMm①由 anG2G2man，得

rr2MMmv②由

GG2m，得vrrrMMm2，得③由

GG2mrr33rrMm42，得

④由 T2G2mr2GMrT（4）教师引导归纳小结：

①卫星绕地运转轨道半径越大，向心加速度越小、线速度越小、角速度越小、周期越大。且可用黄金代换公式 GMgR替换地球质量。

2②让学生了解卫星贴着地面运动时，an、v、ω、T分别有怎样的极值，大小多少。

3．卫星的发射原理

问：不同的轨道的卫星其速度不同，那人类是怎样将卫星发送到指定轨道上的呢？

（1）介绍牛顿的卫星设想（FLASH）

思考并求解：物体需要多大的发射速度，才能不落回地面，刚好贴着地面运转？

教师点拨、帮助学生得出第一宇宙速度。

4．宇宙速度

1）第一宇宙速度v1=7．9 km/s

定义：人造卫星在地面附近围绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度。

思考并讨论后回答：以第一宇宙速度发射卫星时其刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动，而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，如果发射卫星的速度越大，即进入半径越大的轨道甚至脱离地球。

2）第一宇宙速度的计算方法：

方法一：地球对卫星的万有引力就是卫星做圆周运动的向心力．

Mmv2，

GM。

G2mv7.9km/sRRR

- 2 -

方法二：由黄金代换公式知，在地面附近物体的重力近似地等于地球对物体的万有引力，重力就是卫星做圆周运动的向心力．

v2，vgR7.9km/s

mgmR

3）简略介绍人造卫星的发射速度与运行速度。

①发射速度：所谓发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道。要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能“贴着”地面近地运行。如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度。

②运行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。当卫M星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度。根据 可知，人造卫星距vGr地面越高（即轨道半径r越大），运行速度越小。实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，所以卫星的实际运行速度一定小于发射速度。

（2）类比得出：第二宇宙速度（脱离速度）：v2=11.2 km/s

①意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，围绕太阳运动；

②第二宇宙速度是往太阳系内其他行星发射人造天体的最小发射速度；

③对卫星：

V2>V发≥V1≥V运。

（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：v3=16.7 km/s

①意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。

这个速度目前能做到吗？教师介绍以第三速度发射的探测器，旅行者一号。

教师小结：只有你想不到的，没有你做不到的。随着科学技术的发展，我们探测太空的脚步会越走越快，越走越远。也许有一天我们也能到其它星球旅游定居。但是今天我们就必须掌握一些必备知识。也就是我们这节课的重点。

三、小结

1、人造卫星的轨道平面特点及运行规律

2、宇宙速度大小及各自的物理意义

3、发射速度、运行速度与第一宇宙速度的关系

四、课堂练习

例1．对于绕地球作匀速圆周运动的卫星，下列说法中正确的是：（ ）

A、万有引力是它作圆周运动的向心力

B、轨道半径大的卫星受到的向心力大

C、轨道半径大的卫星的线速度大

D、轨道半径大的卫星的周期大

学生思考、讨论后回答。

教师适当分析讲解。讲解重点：结合学生讨论引导学生从动力学角度解决问题。卫星近似做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，结合向心力可用不同的物理量来表达，得到向心力、线速度、角速度、周期的表达式。可得AD正确。

例2．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其发射速度（ ）

A.一定等于7.9km/s B.等于或小于7.9km/s C.一定大于7.9km/s D.介于7.9 km/s—11.2km/s之间

- 3 -

学生思考、讨论后回答。

教师适当分析讲解。讲解重点：三个宇宙速度的各自物理意义，得D正确。

例3．某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t物体以速率v落回手中，已知该星球的半径为R，求这星球上的第一宇宙速度_________. 学生思考、讨论、计算后回答。

2vRv教师适当分析讲解。讲解重点：宇宙速度的求解方法，得正确答案

t五、作业布置。

- 4 -