高中物理必修二教案-3.4 人造卫星 宇宙速度6-教科版

人造卫星宇宙速度
【教学目标】
1、知识与技能
（1）了解人造卫星的有关知识
（2）分析人造卫星的运动规律
（3）掌握三个宇宙速度的物理意义，
（4）会推导第一宇宙速度；
（5）简单了解航天发展史；
（6）能用所学知识求解卫星基本问题。

2、过程与方法
（1）培养学生观察数据分析数据的能力；
（2）培养学生科学推理、探索能力；
（3）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；
（4）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。

（5）培养学生自学和应用网络资源的能力。

（6）理解科学技术与社会的互动关系，培养学生科学的民主意识。

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。

【教学重难点】
教学重点：
（1）卫星运行的动力学特点规律，第一宇宙速度的推导。

教学难点：
（1）卫星的运行速度与发射速度的区别；
（2）第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星运行的最大速度。

【教学方法】
讲授、讨论并辅以多媒体演示及网络环境下的自学等多种形式的教学方法。

体现信息化教学和综合化的思路，有效合理地应用各种教育教学手段，丰富学生的学习方式，优化教学过程。

【教学器材】
网络设备及相应的教学软件。

【教学手段】
多媒体设备、物理课件
【教学过程】
一、新课引入
教师：（ppt 关于嫦娥奔月，万户，宇宙苍穹的图片）
有一个传说凄惨而美丽，有一个假设大胆但无知，有一种追求几代人一直在继续……
学生：欣赏图片。

教师：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？
学生：实现了。

（激起学生兴趣）
教师：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。

提问1：（1）世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的？
（2）我国哪一年发射了自己的人造卫星？
（3）迄今我国共发射了多少颗人造卫星？
学生：踊跃回答
教师：从1970年4月24日东方红一号的成功发射，到2007年10月24日嫦娥一号发射
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。

（通过展示图片介绍我国发射人造卫星的基本情况，包括数量，种类，用途。

）学生：观看图片，了解我国航天技术的发展情况
在轻松的环境中引入新课。

二、新课教学
1、人造卫星规律的探究
过渡
教师：现在我们地球上空有这么多卫星，他们运行的速度一样吗？他们是怎样被发射升空的今天我们就通过的学习来解决这一问题。

教师：这是我国目前发射的部分卫星的运行规律的数据。

提问观察数据思考：
（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？
（2）合作交流，类比行星运动特点分析人造卫星的运行特点。

（3）试着从力和运动的角度分析问题。

教师引导学生发现。

人造卫星运行特点运动学特点：（板书）
1．轨迹：椭圆有的近似为圆
2．人造卫星的半径不同，运行的周期也不同，而且半径越大，其周期越大。

3．类比行星运动分析原因，卫星围绕地球作匀速圆周运动，需要向心力。

地球和卫星之间的引力提供向心力。

4．学生自己应用前面万有引力知识分析
卫星与地球间的万有引力提供了向心力（课件展示）
（1）由得，
∴r越大，v越小．
（2）由得，
∴r越大， 越小．
（3）由得，
∴r越大，T越大．
教师小结：卫星绕地运转轨道半径越大，速度越小、角速度越小、周期越大；（课件）
演示课件：几颗不同轨道卫星同时绕地运行动画,从而直观判断以上变化关系。

介绍同不卫星的特点：运动周期与地球的自转周期相同，相对地球静止，的卫星叫做地球同步卫星。

学生活动：用所学的知识计算出同步卫星的高度，线速度，角速度。

2、应用知识解决问题
教师：学习了卫星的相关知识，我判断一下下列几种轨道哪一种是可能的为什么？
思考问题1：
下图中，有三颗人造地球卫星围绕地球运动，它们运行的轨道
可能是，不可能是。

学生：分组讨论阐述观点
教师：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，需要向心力，且向心力时刻指向圆心。

所以地球与卫星之间指向地心的万有引力提供向心力，所以卫星作圆周运动的圆心应该是地心。

思考问题2：
如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，
（1）试比较三颗卫星的线速度、角速度、加速度、周期，万有引力的关系。

（2）如果c 的速度增加，能否与同轨道的b相撞。

学生：思考回答
应用卫星绕地运转轨道半径越大，速度越小、角速度越小、周期越大。

比较通过学生分组讨论这三道思考题，培养学生的语言表达能力。

培养学生从物理角度分析实际生活的能力。

并切实理解人造卫星的动力学特征，和运动学特点。

3、卫星发射原理
教师：过渡：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？
介绍牛顿的卫星设想（FLASH）
教师引导：我们抛一物体怎样才能抛的远？
讨论：依据平抛运动学生知道：速度越大，越远，那速度足够大，又有什么现象？
学生探讨：统一结论：不落回地球。

教师总结：这时由于有引力在，卫星想落回地面，但有一定的速度又落不回地面就形成了卫星？
思考：物体需要多大的发射速度，才能刚好贴着地面转？
学生讨论
教师点拨：这时（r=R）
学生：
得出第一宇宙速度7．9 km/s
4、宇宙速度
（1）第一宇宙速度7．9 km/s
定义：人造卫星在地面附近绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度。

思考：发射什么样的卫星最容易？
学生讨论
统一结论：高轨道发射卫星比低轨道发射卫星困难，原因是高轨道发射卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。

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；
进入半径越大的轨道，所需要的发射V 越大。

思考：这与刚才得出的半径越大的轨道，所需要的运行速度V 越小矛盾吗？
讨论：
人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念。

（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。

介绍；（板书）
运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度
发射速度指被发射物体离开地面时的水平初速度
类比得出：
（板书）2．第二宇宙速度（脱离速度）：
①意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度。

②如果人造天体的速度大于11．2km/s而小于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。

PPT图片介绍其他行星的卫星。

（板书）3．第三宇宙速度（逃逸速度）：
（1）意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。

（2）如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了。

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，先驱者一号。

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、练习与评价
1．关于第一宇宙速度，下面说法：①它是人造卫星绕地球飞行的最小速度；②它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最小速度；③它是人造卫星绕地球飞行的最大速度；④它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最大速度。

以上说法中正确的有（）
A．①②B．②③C．①④D．③④
2．对于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，下列说法正确的是（） A．人造地球卫星的实际绕行速率一定大于7．9km/s
B．从卫星上释放的物体将作平抛运动
C．在卫星上可以用天平称物体的质量
D．我国第一颗人造地球卫星（周期是6．84×103s）离地面高度比地球同步卫星离地面高度小
3．某同学通过直播得知“神舟”六号在圆轨道上运转一圈的时间小于24
小时，由此他将其与同步卫星进行比较而得出以下结论，其中正确的是（）A．“神舟”六号运行的向心加速度大于同步卫星的向心加速度 B．“神舟”六号在圆轨道上的运行速率小于同步卫星的速率
C．“神舟”六号在圆轨道上的运行角速度小于同步卫星的角速度
D．“神舟”六号运行时离地面的高度小于同步卫星的高度
4．三颗人造地球卫星A、B、C在同一平面内沿不同的轨道绕地球做匀速圆周运动，且绕行方向相同，已知R A＜R B＜R C 。

若在某一时刻，它们正好运行到同一条直线上，如图所示。

那么再经过卫星A的四分之一周期时，卫星A、B、C
的位置可能是（）
四、学生小结本节课的知识重点
1、知道卫星的运行规律和动力学特点。

2、知道发射卫星的3个宇宙速度。

五、课后作业
回家搜集了解更多的与卫星相关的知识。