3.《人造卫星 宇宙速度》教案

4．人造卫星宇宙速度

【教学目标】

1．知识与技能

（1）简单了解航天发展史，了解人造卫星的有关知识

（2）分析人造卫星的运动规律，能用所学知识求解卫星基本问题。

（3）掌握三个宇宙速度的物理意义，会推导第一宇宙速度

2．过程与方法

（1）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力

（42）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。

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。

【教学重点】

1、对宇宙速度的理解，第一宇宙速度的推导。

2、根据万有引力提供人造卫星做圆周运动的向心力的进行相关计算

【教学难点】

对运行速度及发射速度的理解与区分。学习本节要注意抓住人造卫星运动特点，结合圆周运动知识及万有引力定律进行综合分析。

【教学方法】

把握几个典型问题，掌握解决问题的一般方法

【教学过程】

第一课时

一、引入课题

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？

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。

二、新课

1．简介人造卫星的发展史

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？（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。

2．人造卫星的规律

（1）定性分析人造卫星的运行规律

问：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？

观察：我国目前发射的部分卫星的运行规律的数据(见下表)：

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？

（3）你能试着用你学过的知识解释为什么有这样的规律吗？

教师引导学生讨论发现规律：

①轨迹：椭圆，有的近似为圆。

（2）定量分析卫星运行的线速度、角速度、周期与高度的关系

基本思路：卫星围绕地球作匀速圆周运动，地球和卫星之间的引力提供向心力。 学生自主讨论推导：

（1）由()

()

22

mM

v G

m

r h r h =++，得v =h ↑，v ↓ （2）由G

()

2

h r mM

+=m ω2（r+h ），得ω=

()

3

h r GM

+，∴当h ↑，ω↓

（3）由G ()

2h r mM

+()224m r h T π=+，得T=()GM h r 3

24+π ∴当h ↑，T ↑ 教师帮助归纳小结：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。

（3）直观感受人造卫星的运动规律

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 3．例题解析

例1．右图中，有三个人造地球卫星围绕地球运行的轨道示意图， 试根据卫星的相关知识，判断一下哪些轨道是可能的？为什么？

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。

例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）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、讨论后回答。

教师适当分析讲解。讲解重点：①指出万有引力因为不确定其质量，所以无法比较。②介绍美俄两国卫星相撞的原因（结合视频资料：美俄两国卫星相撞的原因），指出太空垃圾的危害。

三、当堂训练

1．地球的半径为R ，地面的重力加速度为g ，一颗离地面高度为R 的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，则 （ ）

A ．卫星加速度的大小为

2

g

B ．卫星运转的角速度为R g 241

Ｃ．卫星运转的线速度为

gR 241 Ｄ．卫星运转的周期为g

R

24π

2．两行星A 、B 各有一颗卫星a 和b ，卫星的圆轨道接近各自行星表面，如果两行星质量之比

M A ：M B =P ，两行星半径之比R A ：R B ＝q 则两个卫星周期之比T a ：T b 为 ( )

A ．p

q

q ⋅

B.p q ⋅

C. p

q p ⋅

D. qp q ⋅

3．三颗人造地球卫星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（ ）

三、小结 四、作业

第 二 课 时

一、复习引课

1．万有引力定律的内容及应用：

2．人造卫星的运动规律及求解思路：

问：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？ 二、新课

4．卫星的发射原理

（1）介绍牛顿的卫星设想（FLASH ）

思考并求解：物体需要多大的发射速度，才能不落加地面，刚好贴着地面运转？

教师点拨、帮助学生得出第一宇宙速度v 1=7．9 km/s

5．宇宙速度

（1）第一宇宙速度v 1=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。

第一宇宙速度的计算方法：

方法一：地球对卫星的万有引力就是卫星做圆周运动的向心力．