4. 人造卫星 宇宙速度教学设计模板

《宇宙航行》教学设计

一．教材分析

人教版必修二第六章第五节《宇宙航行》重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义。本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术理论基础。引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理，进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维和分析推理的能力。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。

四．教学重点

1．人造卫星的发射原理，第一宇宙速度的推导；

2．卫星做圆周运动时，各运动量与轨道半径r的关系。

五．教学难点

1．卫星做圆周运动时，各运动量与轨道半径r的关系；

2．人造卫星的运行速度与卫星发射速度的区别。

六．教学准备

导学案，课件。

七．教学方法

自主讲解，探究式教学。

八．设计思想

1．教学主线设计

本节课是应用课，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。所以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。

2．教学媒体设计

通过自主学习，生活中的物理，创设情境，激发求知欲望；增强感性认识，将抽象变得具体，帮助学生认识科学的本质及内涵。并利用课件板书相关内容，增大课堂容量。

九．课时安排 一节课十．教学过程

[来源:学.科.网]

（一）创设情境，激发情感

1．教师导入：

自古以来飞天一直是全人类的梦想，人类也为此做出了不懈的追求和巨大的牺牲。我国古代的万户就是其中一个，他曾经将自己用47枚火箭捆绑，尝试飞天，不幸点火后火箭爆炸，万户为此牺牲了。然而，一次次的失败并没有阻止人类进行太空探索的活动。终于，人类第一颗人造卫星于1957年10月4日从前苏联升空，中国也于1970年发射了第一颗人造卫星。特别是2003年10月15日至16日，中国第一次实现载入航天，宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”绕地飞行14圈，顺利返回，圆了中国人盼望已久的飞天之梦。2005年10月12日，我国“神舟六号”又将两名宇航员费俊龙、聂海胜送入太空，绕地飞行近五天五夜成功返回，实现了新的突破。所有这些都是每一个中国人的骄傲和自豪！

2．适时设疑：那么人类是怎样把物体发射出去，送入太空的呢？

（让学生开始思考及交流）

3．出示课题：《宇宙航行》。

教师设问，引领学生进入学习活动中。

（二）观察思考，合作探究

【合作探究一】宇宙速度

问题1：

将物体以水平速度从某一高度抛出，当速度增加时，水平射程增大，速度增大到某一值时，物体能否落回地面？

问题2：

以多大的速度v将物体抛出，它才会成为绕地球表面运动的卫星?推导这一速度。

方法一：设地球质量为M，被抛出去的物体的质量为m，物体绕地球运行的轨道半径为r，求卫星的环绕度为v？（地球质量M=5.98×10 kg,半径R=6.40×10 m,引力常量G=6.67×10 Nm/kg ）

方法二：物体在地球表面受到的引力可以近似认为等于重力，重力等于向心力，求卫星的环6绕度为v？(g=10m/s2,R地=6.40×10 m）

总结: （1）

，叫地球第一宇宙速度，。它是发射一个物体、使其成为地球卫星的 ；它又叫环绕速度，是卫星绕地球做圆周运动的 。

（2）

如果物体发射的速度更大，达到或超过 时，物体将摆脱地球引力的束缚，成为绕 运动的人造小行星。我们把这个速度称为第二宇宙速度，又叫脱离速度。

（3）

如果物体的发射速度再大，达到或超过 时，物体将能够摆脱 的束缚，飞到太阳系外。我们把这个速度称为第三宇宙速度，也叫逃逸速度。

【合作探究二】人造地球卫星

问题1：卫星绕地球做匀速圆周运动时，是什么力提供向心力？卫星做圆周运动的圆心和地球的地心有什么关系？

总结：这样就存在三类人造地球卫星轨道：

①

赤道轨道：卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；

②

极地轨道：卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；

③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。

问题2：.地球有很多人造地球卫星，

这些卫星有快有慢，如果卫星的运动是匀速圆周运动：利用万有引力等于向心力推导

（1）它们的运行的线速度与什么有关？

-1122246

（2）它们的角速度与什么有关？（3）它们的周期与什么有关？[来源:学科网]

（4）它们的的向心加速度与什么有关？

总结：如果卫星绕地球做匀速圆周运动，那么卫星的圆周运动半径越大，线速度越 ；角速度越 ；周期越

；向心加速度越 。(填“大”或“小”) 与卫星质量 关。(填“有”或“无”)

例1.如图所示，m1>m2>m3>m4，试比较四颗卫星的线速度、

角速度、周期及加速度的大小关系。

例2．人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R，线速度为v，周期为T，若使该卫星的周期变为2T，可行的办法是( ) vA．R不变，线速度变为

2B．v不变，使轨道半径变为2R 3C．轨道半径变为4R RD．v不变，使轨道半径变为

2【合作探究三】

地球同步卫星

卫星环绕地球的角速度与地球自转的周期相同，相对于地面静止，因此从地球上看它总在某地的正上方，因此叫做地球同步卫星。

问题1：

①轨道平面与赤道平面______；（为什么？）

②角速度_____地球自转角速度；

③周期_____地球自转周期；T=24h; ④所有同步卫星的轨道半径都______,他们距地面的高度_______，即他们处在______轨道上；

3 4 1 2 （三）联系实际，促进迁移

1.

同步卫星是否会发生碰撞？为什么？

2.

同步卫星距地面的高度如何推导？

3.

如何实现卫星间的对接? （四）练习反馈，拓展延伸

利用所学知识，推导第一宇宙速度另一表达式v1=gR。

请两名学生上黑板推导。教师在学生中观察指导答疑，并就黑板上学生的推导过程引导全班同学进行评价，之后课件再现推导过程，帮助全体学生达标。

（六）情感激励，课外探究

1．教师结束语：

[来源:学科网ZXXK]

浩瀚的宇宙就像一座丰富的宝藏，吸引着人类的目光，激励人们去探索其博大和神秘。目前，开发太空资源，开创空间产业，实现太空居住，已逐渐成为航天活动的主旋律。您想了解更多的航天知识吗？想在航天方面发挥自己的能力吗？请阅读相关书目，上网收集有关航天科学知识。只要我们努力学习，就一定能实现自己的理想。 2．课外探究参考题： ①人造卫星的种类和资料。 ②同步卫星的含义及特点。

（七）布置作业

1．阅读了解书上P110的阅读材料“黑洞”

2．P110—111 NO 2、6、7 （八）板书设计 宇宙航行

1.人造卫星的发射原理

2.宇宙速度 ①人造卫星的绕行速度 GMGM

补充：人造卫星的角速度

v

ω

=

3rr

卫星运行的周期 T=2π②三个宇宙速度 第一宇宙速度: v1=7.9km/s 第二宇宙速度: v2=11.2km/s 第三宇宙速度：v3 =16.7km/s

r3GM