高三物理一轮复习

高三物理一轮复习
必修二第二章《宇宙航行》教案（教学设计）
胡伟峰 2013-10-31
【教材分析】《宇宙航行》系新课程人教版必修2第六章第五节的内容，重点讲述了人造卫星的发射、运行原理，推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度。

在高三一轮专题复习中，分两课时完成，第一课时研究宇宙航行的规律与实例，第二课时研究三个宇宙速度与人造卫星变轨问题，本课为第一课时。

人造卫星是万有引力定律在天文学上的重要应用，是人类运用知识服务社会的典型实例，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的极好素材。

教材不但介绍了人造卫星的相关理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。

因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习、研究、探索天体物理问题的理论基础,是万有引力定律在航天、空间探索和地上物体运动中的应用。

同时，通过对人类在宇宙航行领域中的伟大成就及我国在航天领域成就的了解，增强学生的民族自信心和自豪感，培养学生的科学精神和爱国热情。

【学情分析】通过前面的学习，学生掌握了地面物体分别做直线、平抛、圆周运动的分析方法和牛顿运动定律的应用，通过对万有引力定律的复习将建立较为系统的力学体系，因此教师在教学中应合理引导，按照迁移规律科学地设计问题情境，促进学生思考与探究，获得规律上的整体把握；以对科学意义的理解为核心，结合生动的实例进行分析，使学生在掌握万有引力定律应用方法的同时，能感受物理学简单、和谐的科学美。

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，就能获得发展和提高。

【三维目标】
（一）知识与技能
（1）了解地面物体重力与万有引力的关系；
（2）掌握人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和牛顿运动定律分析卫星运行的规律；
（3）掌握几种人造卫星的运行特点；
（4）关注中国航天的重大进展及万有引力定律在其中的应用。

（二）过程与方法
（1）掌握万有引力定律解决天体问题的方法，培养学生综合运用万有引力定律、牛顿运动定律以及圆周运动等知识的能力；
（2）培养学生科学探索能力及在解决实际问题中构建物理模型的能力‘
（3）培养学生科学的思维方法，归纳、分析、推导及合理表达的能力。

（三）情感态度与价值观
（1）介绍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；（2）了解人类探索宇宙的梦想，以及我国航天事业发展的动态，促使学生树立献身科学的人生价值观。

【教学重点】
（1）了解地面物体重力与万有引力的关系；
（2）能够灵活运用牛顿第二定律和万有引力定律分析人造地球卫星的运行特点；
（3）掌握同步卫星的特点。

【教学难点】卫星做圆周运动时，万有引力与重力、向心力的关系。

【教学用具】多媒体课件、投影仪、计算机、电子白板、地球仪。

【教学方法】启发探究式教学、多媒体辅助教学、分组教学
【课时安排】2课时，本节为第一课时
【教学过程】
【例1】已知地球表面的重力加速度为g，则距离地球表面3R位置处的重力加速度为生生互评
2．实际应用
【例2】某物体在地面上受到的重力为160N,将它放置在卫星中,在卫星以a=1/2 g 随火箭向上加速度上升的过程中,当物体与卫星中的支持物的相互挤压力为90N 时,求此时卫星距地球表面有多远? （地球半径R=6.4×103
km,g=10m/s 2
）分组
二、人造地球卫星
1．讨论人造地球卫星的速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系 教师：
提出问题：设地球质量为M ，卫星质量为m ，轨道半径为r ，推导人造卫星的运行速度。

思考：角速度、向心加速度、周期与r 的关系呢 学生：独立思考，交流合作，讨论问题 师生分享学生代表的结论 师生共同小结：公式套餐
学生归纳特点：
（1）各物理量由运行半径r 决定
（2）高轨、低速、长周期； “一定全定，一变全变”
【例3】两颗人造地球卫星A 和B 的质量比2:1:=B A m m ，轨道半径之比3:1:=B A r r ，某一时刻它们的连线通过地心，则此时它们的线速度之比=B A v v :____，向心加速度之比
=B A a a :_____，向心力之比=B A F F :____。

生生互评
【例4】如图所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a 和b 质量相等且小于c 的质量，则( )．生生互评 A ．b 所需向心力最小
B ．b 、
C 的周期相同且大于a 的周期
C ．b 、C 的向心加速度大小相等，且大于a 的向心加速度
D ．b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度
=2r
Mm G ma
r
v m 2r m 2ωr T
m 224π⇒
⇒⇒⇒r
GM v =
2
r GM a =
GM r T 32π
=3
r GM =
ω
【例5】题5、地球同步卫星距地面高度为h ，地球表面的重力加速度为g ，地球半径为R ．地球自转的角速度为ω。

那么，同步卫星绕地球转动的线速度为( )．分组讨论 A ．ω)(h R v += B ．h R RG v += C ． h
R g R v += D ．32
ωg R v = 2．几种常见的卫星 学生举例常见的卫星 （1）近地卫星 学生分析过程
因为：r=R+h, h=0, 所以r=R ①2
2
)
(h R GM
R
GM a +≥= h
R GM R GM v +≥=
3
3
)(h R GM
R GM +≥=
ω
“三速最大”
②GM
h R GM R T 3
3)
(2+≤=π “周期最小”
学生总结规律：
（1）轨道半径即为地球半径（贴着地表飞行）
（2）近地卫星的运动特点： “三速”最大，周期最小 （2）极地卫星
①轨道通过地球两级，轨道面与赤道面垂直 ②用于侦察、气象勘探 （3）同步卫星
教师提出问题：什么样的卫星称为同步卫星？所谓的同步与谁同步？（同步即相对于地面静止）如何实现卫星与地面相对静止呢？课件展示同步卫星的运行，辅助学生
分析
学生思考并讨论：同步卫星的轨道定位？同步卫星的运动特点？ 引导学生分析并得出结论： ①定位于赤道平面上
②r 、a 、v 、ω、T 都完全确定（同步卫星高度 ） ③三颗同步卫星实现全球扫描
④空间资源分配问题（最多120颗同步卫星）
【例6】2009年4月15日零时16分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号
丙”运载火箭，成功将第二颗北斗导航卫星送入预定轨道．这次发射的北斗导航卫星，是中国北斗卫星导航系统建设计划中的第二颗组网卫星，是地球同步静止轨道卫星．该卫星在预定轨道正常运行时，下列说法正确的是( )生生互评
A ．它一定位于赤道的上空
B ．它可能经过北京上空
C ．其周期为1个月
D ．它的线速度大于7 900 m/s
【课上反馈】分组讨论
同步卫星离地心的距离为r ，运行速度为1V ，加速度1a ，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度2a ，近地卫星的线速度2V ，地球的半径为R ，则（ ） A ．
R r a a =21 B ．r R
a a =21 c ．r
R V V =21 D ．2221r R V V = 总结归纳：学生通过上题分析、总结、归纳人造卫星与地球连续物的力学规律。

地球连续物：2R
Mm
G mg = 人造卫星：2
'n Mm
G
F mg R == 3、实际应用： 教师：
提出问题：人造卫星围绕地球做匀速圆周运动，重力起到的作用是什么？卫星及卫星里的人和物处于什么样的状态？
学生：思考回答给出答案（完全失重）
教师：处于完全失重状态的物体，一切由重力产生的物理现象都会完全消失。

同学们能否举例说明？
学生举例：单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力，液柱不再产生向下的压强。

教师点评补充后，播放神舟十号宇航员王亚平在太空做的实验视频
教师提问：空间站里的宇航员如何测量自己的质量呢？（可否考虑学生分组讨论） 学生提出方案，教师总结点评，播放王亚平在太空中测质量的视频。

（三）课堂小结
学生总结本堂所学内容，教师点评补充。

（目标：1.能够说出万有引力与重力、向心力的关系，卫星稳态运动规律；几种特殊的卫星特点2.能够说出处理问题的方法:理想化模型）。