4. 人造卫星 宇宙速度国家优质课一等奖

案例名称

科目

课时

《人造卫星 宇宙速度》

高中物理

1课时

教学对象

高一

提供者

刘文辉

一、教材内容分析

本节教材实际上是“万有引力定律在天文学上应用”的延伸，是万有引力定律在现代科技中的具体体现，并应用万有引力定律解决一些关于人造地球卫星的实际问题。本节内容已成为高考的热点，且题型多样。学生需定性了解三个宇宙速度的由来及相关知识，要能区分和理解卫星的环绕速度、发射速度、宇宙速度，能应用万有引力定律解决实际的问题。

二、教学目标（知识，技能，情感态度、价值观）

一、知识目标

1．

知道人造地球卫星；

2．

知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度；

3．

能够运用万有引力定律解决人造卫星绕地球运转的问题。

二、能力目标

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、情感目标

通过学习万有引力定律在天文学上的应用，通过对人造地球卫星的了解，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情。

四、德育目标

通过了解世界和中国的航天事业的发展及成就，激发学生的爱国主义热情。

三、学习者特征分析

学习者是实验班学生，学科基础较好，学习习惯较好，因此要敢于放手让学生探索，应提高对知识灵活应用的要求。

四、教学策略选择与设计

在课堂教学设计中，更注重指导学生进行科学思考与猜想，敢于怀疑，主动观察与动手实践等等，在探究学习过程中，指导学生学会“发现问题、提出问题——建立假设——设计试验方案——收集证据——验证假设——得出结论——评价交流”的学习方法。

五、教学环境及资源准备

教学多媒体

1

六、教学过程

教学过程

创设情境

导入新课

教师活动

【课件】图片展示宇宙苍穹、万户飞天

【提问】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，李白的“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽明月”是怎样的一种豪情？到今天这一梦想实现了吗？ 【过渡】世界上第一颗人造卫星的发射，揭开了人类探索宇宙的新篇章。世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的？我国哪一年发射了自己的人造卫星？迄今我国共发射了多少颗人造卫星？

【课件】图片展示世界上第一颗人造卫星、我国第一颗人造卫星

【介绍】1957年10月4日前苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星， 1970年，中国也发射了第一颗人造卫星。

我国发射人造卫星和其他探测器60多个，他们分别在通信，气象，探测，导航等多个领域发挥着重要作用。特别是2003年10月15日至16日，中国第一次实现载人航天，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！

【课件】视频展示神舟五号发射现场

【提问】那么人类是怎样把物体发射出去，送入太空的呢？

【介绍】牛顿的卫星设想。

【提问】现在假设我站在珠穆朗玛峰上，以一水平速度学生活动

观看图片，查阅资料，了解我国航天技术的发展情况

阅读课本，分组讨论

设计意图及资源准备

用图片与传说创设探究情景引起学生兴趣

用航天常识激起学生的爱国热情

用牛顿设想引出探索问题

v0抛出一小球，抛出后物体做什么运动？

【讨论】依据平抛运动知道：速度越大，越远，那速度足够大，又有什么现象？

2

建立模型

推导规律

【课件】动画展示在高山上以不同初速度抛观看动画，分组用阅读与观察出同一物体得到的轨迹。

讨论，呈述观点

培养学生能力

高山抛物运动情况图

【总结】由于有引力在，卫星想落回地面，

由于地球是一个球体，当速度足够大时，这

时物体将不会落回地面，而是在引力的作用

下绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造

卫星。

【猜想】结合已有知识猜想人造卫星运动轨

迹、受力特征、运动特征

观看人造卫星引导猜想培养【板书】一.人造卫星

模拟动画，结合学生表达归纳1.运动轨迹：圆 椭圆。

已有知识猜想能力

2.受力特点：只受地球的万有引力。

人造卫星运动

3.运动特点：绕地球做匀速圆周运动

轨迹、受力特

【提问】发射什么样的卫星最容易？那么要征、运动特征

发射一颗人造卫星而不使它落回地面，这个

速度至少得多大呢？

分析推导发射用已有认知建【分析】由于卫星发射出去做匀速圆周运条件

模推导规律

动，而卫星做匀速圆周运动的向心力是由万有引力提供的。

GMm

v2GMr2mrvr发射靠近地面运动的卫星最容易，轨道半径r近似等于地球的半径R，故有：

vGMR=gR2RgR7.9km/s

这就说明要发射一颗人造卫星，至少需要多大的速度？（7.9 km/s）

【总结】我们把这个速度就叫做宇宙第一速度。所谓宇宙第一速度就是人造卫星在地面附近绕地球运动所必须具有的速度。

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；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；

3

发散讨论

归纳小结

认知拓展

【思考】进入半径越大的轨道，所需要的发分组讨论，呈述用分组讨论深射V 越大。这与天体运动规律的半径越大观点

入理解区分概的轨道，环绕速度越小矛盾吗？

念

【课件】动画模拟人造卫星以不同速度发射

【讨论】人造卫星的发射速度与运行速度是

相同概念吗？

【分析】1.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，就须使发射速度大于第一宇

宙速度。

2.环绕速度：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

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。

【板书】

二、宇宙速度

总结、理解、记用动画形象展1、第一宇宙速度

忆

示诱导学生归○1定义：人造卫星在地面附近绕地球运动

纳表达

所必须具有的速度

○2大小: 7.9 km/s

○3理解：

a.成绕地人造卫星所需的最小发射速度

b.绕地运行的最大环绕速度

【过渡】人造卫星进入地面附近的轨道速度

大于7.9 km/s，人造卫星会怎样运动呢？

【课件】动画模拟人造卫星以不同速度发射

观看动画，查阅【分析】当速度大于7.9km/s时，引力不能资料，总结、理提供卫星实际所需的向心力，这时卫星将做解、记忆

离心运动，逐渐远离地心，运动轨迹变成椭

圆，而发射速度越大，卫星离地心越远，当

速度大到一定值时，这时太阳对卫星的吸引力大于地球对卫星的吸引力，所以这时卫星就围绕太阳转，而不围绕地球转了。这个脱离地球引力的速度为11.2km/s，我们把这个速度就叫做宇宙第二速度。

4

认知拓展

深入探讨

回归应用

【板书】

2、第二宇宙速度（脱离速度）

1大小：11.2 km/s

○2理解：脱离地球引力的最小发射速度。

○

【课件】动画模拟人造卫星以不同速度发射

观看动画，查阅【分析】达到第二宇宙速度的物体还要受到资料，总结、理太阳的引力，要使物体挣脱太阳引力的束解、记忆

缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使

它的速度等于或大于16.7 km/s.这个速度

叫做第三宇宙速度。

【板书】

3、第三宇宙速度（逃逸速度）

1大小：16.7 km/s

○2理解：脱离太阳系引力，逃离太阳系的

○最小发射速度。

【过渡】从上面的学习我们知道，卫星绕地

球运动的轨道可以是圆轨道，也可以是椭圆

轨道。那这些轨道有何共同之处呢？

【讨论】卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨

道可能为哪些？为什么？

【课件】动画模拟人造卫星不同轨道

观看动画，分组【分析】

但不管是圆轨道还是椭圆轨道，讨论，呈述观点

其圆周运动的向心力都是由万有引力提供

的，而万有引力始终是指向地心的，所以卫

星的轨道平面一定过地心。

【过渡】卫星绕地球运动的轨道可以在赤道

平面内，可以垂直赤道平面，也可以与赤道

平面成任意夹角。在赤道平面内有一种运动

比较特殊的卫星，它的运动始终与地球自转

同步，叫做同步卫星。

【课件】动画模拟同步卫星

观看动画，分组【讨论】讨论同步卫星的运动特征

讨论，总结同步【板书】

卫星特征

三、同步卫星

1、周期一定：T=24h 推导计算同步2、高度一定：h=3600km 卫星运行参数

3、线速度一定：v=？

用动画形象展示诱导学生归纳表达

用已有认知理解新模型

用动画形象展示辅助学生回归真实生活

5

理解总结

课后拓展

【总结】

1、人造卫星绕地球运动近似看成匀速圆周运动，卫星与地球间的万有引力提供了向心力。

2、发射速度v

v7.9km/s 落回地面

7.9km/sv11.2km/s

成为人造卫星绕地球运转

11.2km/sv16.7km/s成为人造行星绕太阳运转

v16.7km/s 逃离太阳系

3、人造卫星的轨道平面的圆心与地心重合。

4、同步卫星：高度（轨道）、周期、运动速度一定

【结束语】

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。

总结、理解、记忆

课后查阅天体运动、黑洞、太空旅行。

突出重难点

拓视野长兴趣

6

教学流程图 用音视图文创设情境

用社会热点导入新课

引导学生用猜想建立模型

指导学生用已知推导规律

自主发散讨论区分概念

归纳小结提炼认知重点

动画展示拓展认知

回归实际应用

理解总结

七、教学评价设计

新课程背景下，及时更新教学理念，整合教师、学生、教材、环境四个因素。教学是一种对话、一种沟通、一种合作共建，而这样的教学所蕴涵的课堂文化，有着鲜明的和谐、民主、平等特色。在教与学的交互活动中，要不断培养学生自主学习、探究学习和合作学习的习惯

，提

高他们独立思考、创新思维的能力。

八、帮助和总结

作为一个教师，我常常在想：如何才能让我的课受到学生的欢迎呢？我想可能要获得学生的认可，我得做好两件事：一是认真地对待每一节课，负责任地对待每一个学生；二是我必须常常思考我的教学方法是否陈旧，有没有更好、更灵活的教学形式？学生学得是否轻松、愉快？

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