运用信息技术构建创新物理课堂教学设计教案

《课题：人造卫星宇宙速度》

教材分析

1．知识特点：人造卫星是高一新教材第六章万有引力定律中的最后一节课的内容，新教材的编排与原教材相比，稍有变动：①由选修内容改编为必修内容；②删掉了原材料中的“人造卫星的应用”和“航天技术的发展”的内容；③加入了“向不同轨道发射卫星，火箭克服地球引力而做功不同”问题的分析；④把第一宇宙速度v=gR的推导放入课后的习题中。新教材针对高一学生的基础和接受能力，删减了部分内容，重点突出了“宇宙速度”的教学，并加强了逻辑的严密性。

2．知识地位：人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，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”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。教学目标：

一、知识目标

1、理解人造卫星的发射原理；

2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度；

3、了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。

二、能力目标

1、培养学生的科学探索能力

2、培养学生的分析推理能力

三、情感目标

介绍我国人造卫星的发展史及航天事业发展的现状，激发学生的求知欲和民族自豪感，培养学生的爱国热情。

设计思想

本节课是应用课，学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。所以在设计中突出发挥学生的主体作用。课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。以多媒体技术为手段，以万有引力与向心力的“供需平衡”关系为讨论基准，以逐步提高发射速度为思维主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与充分拓展学生想象空间，结合理性的数学计算，解决重点、难点问题。

教学重点：

1、理解人造卫星所需的向心力由地球的万有引力提供。

2、掌握第一宇宙速度的推导。

教学难点：

1、理解人造卫星的发射速度与环绕速度的区别。

2、应用力学知识分析人造卫星的运动

教学方法：

启发式教学。多媒体辅助教学

教具：

多媒体课件、投影仪

教学过程：

一、新课引入：

（教师）地球是人类的摇篮，但是人不能永远生活在摇篮中。自古以来，人类遥望着广袤而深邃的星空，期盼着有朝一日能离开地球，飞向太空。中国古代就有嫦娥奔月的美丽传说。早在十四世纪末，我国明朝一位名叫万虎的人就做过首次升空的尝试。他在椅子上装上47枚大火箭，让人把自己捆在椅子上，并两手各拿一个大风筝，试图借助火箭的推力和风筝飞上天，当火箭被点燃喷火后，这只被称为“飞龙”的座椅一下冲出山头，并急速上升，但没过多久，当火光消散后，飞龙突然下坠，撞毁在山下。万虎的尝试虽然失败，但他以自己的鲜血和生命，勇敢和智慧，宣告了人类航天活动的开始，并激励后人去进行新的尝试，为了纪念这位航天先驱，在二十世纪六十年代，国际天文联合会以“万虎山”来命名月球上的一座环形山，以表彰他对航天事业的贡献。

今天，人类已经实现了登上月球的理想，我国也将在2005年实施登月的“嫦娥工程”，人类已进入新的航天时代，这节课我们就来学习有关卫星的一些知识。

（板书）第五节 人造卫星 宇宙速度

二、新课教学：

1人造卫星

（介绍）1957年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪元．我国在1970年4月20日发射了第一颗人造地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国家． （课件展示） 我国所发射的各种功能的卫星。

（教师）人造地球卫星在各个领域中应用越来越广泛和深入，那么人造地球卫星是怎样发

射升空的，它为什么绕地球运行而不会掉下来？

（讨论）我们知道在地面上一定高度以初速度υ0向水

平方向抛射出的物

体由于重力作用，将会沿一条不断向下弯的曲线——抛

物线运动，最后落到地面上，物体的运动可以看作是它

同时参与了两个各自独立的分运动：沿水平方向的匀速

直线运动和竖直方向的自由落体运动，其射程可以这样

计算：

s =υ0t 21gt

h

如果物体的初速度增大一倍，则它的射程也增大一倍，人们普遍认为，不论初速度多大，物体总会落到地面，这是由于地球引力作用的结果。但是同样在地球旁边的月球，也受到地球引力作用，为什么不掉向地球呢？

在上面的分析中，我们总是把地球表面看成是

理想平面，重力的大小和方向都是不变的，当物体初

速度较小，射程不大时，这样处理是可以的，但是，

地球实际上是一个球体，如果物体的初速度比较大，

射程比较远，上述处理就不准确了，这是因为当抛出

的物体沿曲线轨迹下落时，地面也沿着球面向下弯

曲，重力的方向也跟着改变了，牛顿对物体的运动作

了进一步设想：如果物体抛出的初速度更大些，物体

就能抛的更远些，，运动曲线向下弯曲的程度也小些，

只要初速度足够大，使物体运动曲线的弯曲程度恰好和地球表面相同，则物体就永远落不到地面上。它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。

（多媒体动画展示牛顿假想图）

那么人造卫星围绕地球转动时的速度究竟要有多大呢？

2、宇宙速度：

问题的提出：(①地球近似看成圆，则人造卫星环绕地球旋转时做的是什么运动？

②人造卫星做匀速圆周运动的向心力由谁提供？

（1）第一宇宙速度

公式推导：设地球质量为M ，半径为R 。人造地球卫星在圆轨道上运行，质量为m ，轨道半径为r 。根据万有引力和圆周运动规律，引导学生分析、研究，并自己独立求出卫星运转速度：

由此得出

从（1）式可以看出：卫星离地心越远，它运行的速度越慢。

（提问讨论）靠近地面时，r 的值近似等于多少？此时卫星运行速度是多少？

（同学在下面算）r≈R（地球半径）=6.37×106m ，在（1）中把r 用地球半径Ｒ代入，可以求出

r GM v =r v r GM 22m m =（1） R

GM v =1（2）