4. 人造卫星 宇宙速度优秀教学设计

《人造卫星

宇宙速度》教学设计

一．设计思想

航天离我们越来越近。因此在设计这堂课时，教师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

（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

通过卫星发射视频引入课题

各国第一颗人造卫星发射相关数据引发学生提问

重点讲解卫星发射原理以及三种宇宙速度的意义

介绍同步卫星并计算同步卫星的距离地面高度

介绍不同种类的人造地球卫星

介绍我国航天事业的发展

总结

五、教学过程: 引入新课：

1

1对卫星的认识。

[讲述]我国1970年发射的第一课人造卫星，这首乐曲曾在20世纪七十年代响遍大江南北，响彻宇宙太空，有谁知道它发自何处？

[图片]东方红一号卫星

[视频]东方红一号卫星的发射

[问]第一颗人造卫星是哪国何时发射的？

[讲授]我国是第五个独立研制和发射地球卫星的国家

[答]

想知道卫星的质量为什么不一样？想知道卫星如何发射上去的？想知道为什么每颗卫星周期不一样？……

[讲授]同学们的脑中有着许多疑问，让我们看看能不能通过今天及其以后的学习，能解答你的疑问。

[师]

1957.10.4日，第一颗人造卫星上天，标志着人类开始迈入航天时代。

2003.10.15日，神州五号搭载杨利伟成功升空，标志着中国迈入了载人航天时代。

而我们知道，在地面上用炮筒射出一颗炮弹，最终炮弹总是会落回到地面上的，那么如何才能使物体不再落回地面进而成为地球的一颗卫星呢？

[答]加大速度

[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mmv2Gm（1）由

→

v2rrr（2）由GmmGm2mr

→

3r2r

2

Gmm4r3（3）由

mr

→

T2TGmr[讲授]

从这里我们可以看到，因G m不变，则v∝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21r，卫星离地心越远，它的运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

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．

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

[讲授]

卫星的轨道是多样的，主要分为地球同步轨道，太阳同步轨道和极地轨道。

有一种卫星是我们常常听说的：地球同步卫星，它有什么特点呢？

[板书]

地球同步卫星

特点：和地球自转周期相同，与地球顺行，与地面上的物体相对静止。

[问]

那么地球同步卫星的高度应该如何计算呢？

[问题]

已知地球质量M,地球半径R，

地球自转周期为T,求地球同步卫星的高度h=? 2Mm22GMTm(Rh)()h3R

解答：G22T(Rh)4[师]

对于我们来说，地球质量和自转周期是已经知道的：M=5.89x1024Kg，地球半径R=6.4x106m，这样代入数据，算出来是h=35678km=3.56X107m（约为6.4倍的地球半径）

[师] 也就是说，地球同步卫星的高度是一个定值，当然对应的线速度，角速度也都是一个确定的数值了。

3

[问]

那么，往北京上方35678km处可不可以发射一颗地球同步卫星呢？

[展示]

分析]由于受到万有引力指向地心，所以不能。

[结论]

同步卫星的轨道平面应该与赤道平面重合，并且卫星位于赤道上方35678km处。

[补充]

发射同步卫星要先进入停泊轨道，再进入转移轨道，最后才进入同步轨道，经过两次变轨，中间需要三次加速，技术要求比较高，世界上只有少数国家掌握了这项技术，我国是其中之一。一颗同步卫星可以覆盖地球表面三分之一，三颗等距离的同步卫星就可以实现全球通信，一些节目的实况转播也要通过他们。

[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

7.5人造卫星 宇宙速度

1.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

2．地球同步卫星

特点：和地球自转周期相同，与地球顺行，与地面上的物体相对静止。

地球同步卫星的高度计算：

3．人造地球卫星的种类及其应用

七、教后反思

整节课上下来，总体来说，效果不错，学生容易接受，重点比较突出，也留给学生较多的思考活动量，因为是在多媒体教室授课，许多抽象的东西能直观体现，使学生的兴趣比较浓，现在把它归纳成以下几点：

（1）

开头采用情景引入的方式，一下子吸引了学生的注意力，激发了他们对科学的好奇心和学习物理知识的求知欲。

（2）

课堂上学生的活动量要尽量的多，很多问题让学生自己思考，讨论，解决，这样他们的印象会更加深刻，一堂课，可能更多的要关注学生讲了多少，而不是教师讲了多少。

（3）

信息量的扩充，不但丰富了课堂内容，也增强了学生的学习兴趣

这节课也存在不足之处：

（1）

一些地方引导的方法与技巧不够到位，本来想让学生思考提问，但由于问题过于宽泛，学生不知从何说起。

（2）

有时提问后，没有给出学生足够的时间思考。导致有的问题讨论不够深入。

（3）由于准备内容比较多，显得课堂容量较大。应该再精益求精些。一些内容，可以作为课下的扩充资料中。

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