宇宙航行-地球同步卫星教案

必修二 6.5宇宙航行

——地球同步卫星教案

一、教案背景

本节前已经讲过卫星的发射，环绕的有关知识，对卫星环绕地球飞行的速率、周期等有了初步的了解，高中阶段主要研究的有极地卫星和地球同步卫星，其中地球同步卫星用于通讯等和人们生活息息相关用途，并且其轨道、运动有着其自己的特点。因此设立了本教案让同学们更好的了解同步卫星的特点及用途，培养学生的学习兴趣。

二、教学课题

地球同步卫星

三、教材分析

本节为第六章第五节中的一个内容。此前，学生已经学习了圆周运动和万有引力定律，知道卫星做圆周运动所需要的向心力是万有引力所充当的。并且在万有引力定律的成就一课中，对天体的运动规律也有了一定的认识。

四、三维目标

（一）知识与技能

1、了解地球同步卫星的一些实际应用。

2、了解地球同步卫星的运动特点。

3、地球同步卫星和其他卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量。

4、理解并运用万有引力定律处理地球同步卫星问题的思路和方法。

（二）过程与方法

1、培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法。

2、培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。

3、培养学生自学能力和团队合作意识。

（三）情感、态度与价值观

体会万有引力定律在人类认识自然、改造自然的巨大意义和作用。使学生对航天知识产生兴趣，增强学生学习物理的积极性和主动性。

五、教学重点、难点

重点：地球同步卫星的轨道特点和运行规律。

难点：地球同步卫星的轨道位置的确定。

六、教学方法

教师启发、引导，学生观察并自主思考，讨论、交流学习成果。并结合应用现代信息技术和网络资源。通过分析找到地球表面物体万有引力与两个分力——重力和物体随地球自转的向心力，与同步卫星若在北半球受到的万有引力的两个分力进行对比与比较。得到地球同步卫星轨道位置的结论，并由万有引力定律及同步卫星周期，从而推导地球同步卫星的速度、高度等。

七、教学过程

（一）、新课引入

在地球的周围有许许多多的卫星，有气象卫星、通讯卫星等等。其中有一种很特别的卫星它总是相对于地球的一个固定位置保持相对静止，这种卫星就是地球同步卫星。

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（二）新课教学

1、简单介绍地球同步卫星

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。

学生活动：根据地球同步卫星的定义讨论、归纳、总结其特点：

（教师引导并总结）

● 与地球具有相同的角速度和周期，地球同步卫星的周期T=24h 。

● 相对于地球的某地保持相对静止。

提出疑问：既然是相对于地球某地保持静止，那么在大连的上空有没有地球同步卫星？并给出若卫星相对于大连所在的北半球保持静止应有的轨道图片。

2、地球同步卫星的轨道

若同步卫星在大连的正上方，如图一B 点所示。

在地球表面，北半球的物体收到的力如图二所示。

学生活动：

对比图一、图二的区别。

地球表面的物体万有引力的两个分力——向心

力和重力，重力与支持力平衡，所以静止不动；在天

空的同步卫星也收到地球对其的万有引力，万有引力

的两个分力21F F 和，分力1F 充当向心了，另一分力2F

没有力与其平衡，所以卫星将在分力1F 的作用下向1

F 的方向运动，不能保持相对于地面静止。

学生活动：

分析地球同步卫星实际的轨道：赤道平面上距地

一定高度的轨道上。

3、地球同步卫星的轨道高度

已经知道地球同步卫星的周期和实际的轨道，若地球质量为M ，地球半径为R ，周期为T ，能否利用这些条件计算出地球同步卫星距离地面的高度？

学生活动：在演算纸上进行推导计算

解：忽略地球自转，万有引力完全充当向心力，则： ()h 4m )h (m 22

2+=+R T

R M G π R GMT -=3224h π

其中G 、M 、T 、R 都是定值 那么可得出结论：地球同步卫星具地面的高度也是一定的。地球同步卫星的

轨道高度大约是地球半径的六倍，约为36000km 。

图一

图二

4、地球同步卫星速率

由上面已经推出的地球同步卫星的轨道半径和周期，由学生推导地球同步卫星的速率。

速率

T r

v

π2

=对于地球同步卫星来说，轨道半径和周期一定，那么其速率为定

值。即：所有地球同步卫星的速率相同。

3

=

v km/s

5、归纳地球同步卫星的轨道和运动的特点

学生活动：归纳地球同步卫星的特点

（1）、定周期： T=24 h

（2）、定轨道：地球同步卫星在通过赤道的平面上运行，

（3）、定高度：离开地面的高度h为定值，约为地球轨道半径的6倍。 h = 36000千米

（4）、定速率：所有同步卫星环绕地球的速度都相同。 V = 3千米/秒

教师介绍地球同步卫星的第五个特点：

（5）、定点：每颗卫星都定在世界卫星组织规定的位置上。

6、知识扩展：地球同步卫星的原理和用途

由学生分组讨论，并上网查阅相关资料几分种后各组选出代表发言，让学生相互合作，体验探究未知领域的过程，寻找科学的学习方法。

在同步卫星所在的轨道上，为了防止卫星间相互干扰，每3°才能放置一颗同步卫星。在地球同步轨道上布设3颗通讯卫星，即可实现除两极外的全球通讯。

北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），它由5颗地球同步卫星和30颗非静止轨道卫星。

向学生展示相关网络资源链接：北斗卫星导航系统北斗卫星系统介绍

7、地球同步卫星与极地卫星的对比

由学生通过链接按扭自动进入相应的界面，了解极地卫星的相关知识。

链接：极地卫星百科

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