1、文檔編碼 : CS2U7R7P1T2 HK4U5A9V8Y9 ZT9W7Q7Y8O8學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載運(yùn)用信息技術(shù)構(gòu)建創(chuàng)新物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)教案課題：人造衛(wèi)星 宇宙速度石河子市第一中學(xué) 王奔 832022 教材分析 1學(xué)問特點(diǎn)： 人造衛(wèi)星是高一新教材第六章萬(wàn)有引力定律中的最終一 節(jié)課的內(nèi)容,新教材的編排與原教材相比,稍有變動(dòng)：由選修內(nèi)容改編 為必修內(nèi)容；刪掉了原材料中的“ 人造衛(wèi)星的應(yīng)用” 和“ 航天技術(shù)的發(fā) 展” 的內(nèi)容；加入了“ 向不同軌道發(fā)射衛(wèi)星,火箭克服地球引力而做功 v= gR的推導(dǎo)放入課后的習(xí)題中；不同” 問題的分析；把第一宇宙速度 新教材針對(duì)高一同學(xué)的基礎(chǔ)和接受才能,刪減了部分內(nèi)

2、容, 重點(diǎn)突出了“ 宇 宙速度” 的教學(xué),并加強(qiáng)了規(guī)律的嚴(yán)密性；2學(xué)問位置： 人造衛(wèi)星是萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例,是人類戰(zhàn)勝自然的見證,表達(dá)了學(xué)問的力氣,是同學(xué)學(xué)習(xí)明白現(xiàn)代科技知 識(shí)的一個(gè)極好素材；教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論,更是在其 中滲透了很多爭(zhēng)辯實(shí)際物理問題的物理方法；因此,本節(jié)課是“ 萬(wàn)有引力 定律” 中的重點(diǎn)內(nèi)容,是同學(xué)進(jìn)一步學(xué)習(xí)爭(zhēng)辯天體物理問題的理論基礎(chǔ)；教學(xué)目標(biāo) ：一、學(xué)問目標(biāo) 1、懂得人造衛(wèi)星的發(fā)射原理；2、知道三個(gè)宇宙速度的含義,會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度；3、明白人造衛(wèi)星的有關(guān)學(xué)問,正確懂得人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),各物理量 之間的關(guān)系；二、才能目標(biāo)1、培養(yǎng)同學(xué)的

3、科學(xué)探究才能 2、培養(yǎng)同學(xué)的分析推理才能 三、情感目標(biāo) 介紹我國(guó)人造衛(wèi)星的進(jìn)展史及航天事業(yè)進(jìn)展的現(xiàn)狀,激發(fā)同學(xué)的求知 欲和民族自豪感,培養(yǎng)同學(xué)的愛國(guó)熱忱；設(shè)計(jì)思想 本節(jié)課是應(yīng)用課,同學(xué)已學(xué)過(guò)平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定 律等基本理論,具備明白決問題的基本工具；所以在設(shè)計(jì)中突動(dòng)身?yè)]同學(xué) 的主體作用；課堂中通過(guò)設(shè)疑摸索啟示引導(dǎo)這樣一條主線,讓同學(xué) 通過(guò)自己的分析爭(zhēng)辯來(lái)把握獵取相關(guān)的學(xué)問和方法；以多媒體技術(shù)為手段,以萬(wàn)有引力與向心力的“ 供需平穩(wěn)” 關(guān)系為爭(zhēng)辯基準(zhǔn),以逐步提高發(fā)射速 度為思維主線,激發(fā)鼓勵(lì)同學(xué)的大膽摸索、積極參與充分拓展同學(xué)想象空 間,結(jié)合理性的數(shù)學(xué)運(yùn)算,解決重點(diǎn)、難點(diǎn)問題；教

4、學(xué)重點(diǎn) ：1、懂得人造衛(wèi)星所需的向心力由地球的萬(wàn)有引力供應(yīng)；2、把握第一宇宙速度的推導(dǎo)；學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載教學(xué)難點(diǎn) ：1、懂得人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與圍繞速度的區(qū)分；2、應(yīng)用力學(xué)學(xué)問分析人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng) 教學(xué)方法 ：?jiǎn)⑹臼浇虒W(xué)；多媒體幫忙教學(xué) 教具：多媒體課件、投影儀 教學(xué)過(guò)程 ：一、新課引入：（老師）地球是人類的搖籃,但是人不能永久生活在搖籃中；自古以來(lái),人類遠(yuǎn)眺著廣袤而深邃的星空,期盼著有朝一日能離開地球,飛向太空；中國(guó)古代就有嫦娥奔月的美麗傳奇；早在十四世紀(jì)末,我國(guó)明朝一位名叫 萬(wàn)虎的人就做過(guò)首次升空的嘗試；他在椅子上裝上 47 枚大火箭,讓人把自 己捆在椅子上,并兩手各拿一個(gè)大風(fēng)箏,試圖借

5、助火箭的推力和風(fēng)箏飛上 天,當(dāng)火箭被點(diǎn)燃噴火后,這只被稱為“ 飛龍” 的座椅一下沖出山頭,并 急速上升,但沒過(guò)多久,當(dāng)火光消散后,飛龍突然下墜,撞毀在山下；萬(wàn) 虎的嘗試雖然失敗,但他以自己的鮮血和生命,勇敢和聰慧,宣告了人類 航天活動(dòng)的開頭,并鼓勵(lì)后人去進(jìn)行新的嘗試,為了紀(jì)念這位航天先驅(qū),在二十世紀(jì)六十歲月,國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)以“ 萬(wàn)虎山” 來(lái)命名月球上的一座 環(huán)形山,以表彰他對(duì)航天事業(yè)的貢獻(xiàn)；今日,人類已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了登上月球的理想,我國(guó)也將在 2022 年實(shí)施登月 的“ 嫦娥工程” ,人類已進(jìn)入新的航天時(shí)代,這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)有關(guān)衛(wèi)星 的一些學(xué)問；（板書）第五節(jié) 人造衛(wèi)星 宇宙速度 二、新課教學(xué)：1

6、 人造衛(wèi)星（介紹） 1957 年 10 月,前蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星,從今,開創(chuàng)了人類航天時(shí)代的新紀(jì)元我國(guó)在 1970 年 4 月 20 日發(fā)射了第一顆人 造地球衛(wèi)星,現(xiàn)在已成為世界上第五個(gè)依靠自己力氣研制成火箭發(fā)射衛(wèi)星、第三個(gè)把握衛(wèi)星回收技術(shù)、第四個(gè)用一枚火箭發(fā)射多顆衛(wèi)星的國(guó)家（課件出現(xiàn)）我國(guó)所發(fā)射的各種功能的衛(wèi)星；（老師）人造地球衛(wèi)星在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛和深化,那么人造地 球衛(wèi)星是怎樣發(fā) 射升空的,它為什么繞地球運(yùn)行而不會(huì)掉下來(lái)？（爭(zhēng)辯）我們知道在地面上確定高度以初速度 0向水 平方向拋射出的物 體由于重力作用, 將會(huì)沿一條不斷向下彎的曲線拋 物線運(yùn)動(dòng), 最終落到地面上,

7、 物體的運(yùn)動(dòng)可以看作是它 同時(shí)參與了兩個(gè)各自獨(dú)立的分運(yùn)動(dòng)：沿水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng),運(yùn)算：其射程可以這樣學(xué)習(xí)好資料0t 歡迎下載s =h1 gt 22假如物體的初速度增大一倍,就它的射程也增大一倍,人們普遍認(rèn)為,不論初速度多大,物體總會(huì)落到地面,這是由于地球引力作用的結(jié)果；但是同樣在地球旁邊的月球,也受到地球引力作用,為什么不掉向地球 呢？在上面的分析中,我們總是把地球表面看成是 理想平面,重力的大小和方向都是不變的, 當(dāng)物體初 速度較小,射程不大時(shí),這樣處理是可以的,但是,地球?qū)嶋H上是一個(gè)球體,假如物體的初速度比較大,射程比較遠(yuǎn), 上述處理就不精確了, 這是由于當(dāng)拋出

8、 的物體沿曲線軌跡下落時(shí),地面也沿著球面對(duì)下彎 曲,重力的方向也跟著轉(zhuǎn)變了, 牛頓對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)作 了進(jìn)一步設(shè)想： 假如物體拋出的初速度更大些, 物體 就能拋的更遠(yuǎn)些,運(yùn)動(dòng)曲線向下彎曲的程度也小些,只要初速度足夠大,使物體運(yùn)動(dòng)曲線的彎曲程度恰好和地球表面相同,就物體就永久落不到地面上；它將圍繞地球旋轉(zhuǎn),成為一顆繞地球運(yùn)動(dòng) 的人造地球衛(wèi)星；（多媒體動(dòng)畫出現(xiàn)牛頓假想圖）那么人造衛(wèi)星圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的速度究竟要有多大呢？2、宇宙速度：?jiǎn)栴}的提出 ： 地球近似看成圓,就人造衛(wèi)星圍繞地球旋轉(zhuǎn)時(shí)做的是 什么運(yùn)動(dòng)？人造衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由誰(shuí)供應(yīng)？（1）第一宇宙速度 M,半徑為 R；人造地球衛(wèi)星在圓軌道上

9、運(yùn)行,公式推導(dǎo)： 設(shè)地球質(zhì)量為 質(zhì)量為 m,軌道半徑為 r；依據(jù)萬(wàn)有引力和圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律,引導(dǎo)同學(xué)分析、爭(zhēng)辯,并自己獨(dú)立求出衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速度：2 GM m m v 2 r r由此得出 v GM（ 1）r從（1）式可以看出：衛(wèi)星離地心越遠(yuǎn),它運(yùn)行的速度越慢；（提問爭(zhēng)辯） 靠近地面時(shí), r 的值近似等于多少？此時(shí)衛(wèi)星運(yùn)行速度是多 少？（同學(xué)在下面算） r R（地球半徑） =6.37 10 6m,在（ 1）中把 r 用地球 半徑代入,可以求出學(xué)習(xí)好資料歡迎下載（2）v1GM Rv 1GM6 . 6710115 . 8924 10m/s.79 km/sR6 . 37106這就是人造衛(wèi)星在地面鄰近繞地球做勻速

10、圓周運(yùn)動(dòng)所必需具有的速度,叫 第一宇宙速度；（爭(zhēng)辯表達(dá)）第一宇宙速度的意義：a、人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度；b、衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度；（同學(xué)活動(dòng)）請(qǐng)同學(xué)們利用所學(xué)過(guò)的學(xué)問來(lái)推導(dǎo)第一宇宙速度的另一表 達(dá)式：v1 Rg（）爭(zhēng)辯比較第（）、（）、（）三個(gè)表達(dá)式,明確各自的含義： （）表達(dá)式為人造衛(wèi)星線速度的運(yùn)算式,適合任何情形,（）（）兩個(gè)表達(dá) 式只適合近地衛(wèi)星線速度的運(yùn)算；假如衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度,衛(wèi) 星將落到地面而不能繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)；等于這個(gè)速度衛(wèi)星剛好能在地球表面附 近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；假如大于 7.9km/s,而小于 11.2km/s,衛(wèi)星將沿橢圓軌 道繞地球運(yùn)行,地心就成為

11、橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)（）其次宇宙速度（脫離速度） ：（多媒體課件出現(xiàn)） 當(dāng)發(fā)射速度大于 7.9km/s 時(shí)衛(wèi)星的運(yùn)行情形；（表達(dá)）v=11.2km/s,是使物體擺脫地球引力束縛, 成為繞太陽(yáng)運(yùn)行的 人造衛(wèi)星或飛到其他行星上去的最小發(fā)射速度；當(dāng) 11.2km/sv16.7km/s 時(shí),衛(wèi)星脫離地球束縛,成為太陽(yáng)系的一顆“ 小行星”；（）第三宇宙速度（逃逸速度） ：（表達(dá)）v=16.7km/s,是使物體擺脫太陽(yáng)引力的束縛,飛到太陽(yáng)系以外的宇 宙空間去的最小發(fā)射速度； 當(dāng) v16.7km/s 時(shí),假如人造天體具有這樣的速 度并沿著地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)方向發(fā)射時(shí),就可以擺脫地球和太陽(yáng)引力的束 縛而邀游太空了

12、即跑到太陽(yáng)系以外的宇宙空間中去；a、意義：使衛(wèi)星擺脫地球的引力束縛,成為繞太陽(yáng)運(yùn)行的人造行星的 最小發(fā)射速度b、假如人造天體的速度大于 11.2km/s而于 16.7km/s,就它的運(yùn)行軌道相對(duì)于太陽(yáng)將橢圓,太陽(yáng)就成為該橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)動(dòng)畫出現(xiàn)三個(gè)宇宙速度 見右圖 小 是3人造衛(wèi)星的發(fā)射速度和運(yùn)行速度人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè) 不學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載同的概念（1）發(fā)射速度：所謂發(fā)射速度是指被發(fā)射物在地面鄰近離開發(fā)射裝置時(shí)的初速度,并且一旦發(fā)射后就再無(wú)能量補(bǔ)充,被發(fā)射物僅依靠自己的初動(dòng)能克服地球引力上升確定的高度,進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星,發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度如發(fā)射速

13、度等于第一宇宙速度,衛(wèi)星只能“ 貼著”地面近地運(yùn)行假如要使人造衛(wèi)星在距地面較高的軌道上運(yùn)行,就必需使發(fā)射速度大于第一宇宙速度（2）運(yùn)行速度：是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度當(dāng)衛(wèi)星“ 貼著” 地面運(yùn)行時(shí),運(yùn)行速度等于第一宇宙速度依據(jù)可知,人造衛(wèi)星距地面越高（即軌道半徑 r 越大）,運(yùn)行速度越小實(shí)際上,由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑,所以衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行速度確定小于發(fā)射速度（3）人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度之間的大小關(guān)系是：例 1：怎樣正確懂得第一宇宙速度？【解析】第一宇宙速度也叫圍繞速度它是在地面鄰近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必需具備的速度它即是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,也

14、是人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載第一宇宙速度既可由所以也可由由于地球自轉(zhuǎn)所造成的物體所受的重力跟萬(wàn)有引力間的差異很小,可略去不計(jì),所以因此第一宇宙速度的兩種表達(dá)式是一樣的例：甲、乙兩個(gè)人造地球衛(wèi)星都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如它們的軌道半徑之比為 9：1,它們的線速度之比是多少？【解析】當(dāng)衛(wèi)星在軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),地球?qū)πl(wèi)星的引力是衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力對(duì)衛(wèi)星甲有對(duì)衛(wèi)星乙有以上兩式相除化簡(jiǎn)化得學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載例：有兩個(gè)人造地球衛(wèi)星,都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),已知它們的軌道半徑之比,求這兩個(gè)衛(wèi)星的：（ 1）線速度之比；（ 2）角速度之比；（ 3）向心加速度之比；（ 4

15、）運(yùn)動(dòng)周期之比【解析】（ 1）1：2 得（2）1：8 （3）1：16 （4）8：1 （1）由可以看出衛(wèi)星的線速度與軌道半徑的次方成反比,衛(wèi)星的軌道半徑越大, 線速度越??； 全部地球衛(wèi)星的 都相同（2）由得可以看出衛(wèi)星的角速度與軌道半徑的次方成反比,衛(wèi)星的軌道半徑越大, 角速度越小； 全部地球衛(wèi)星的 都相同（3）由 可以看出衛(wèi)星的向心加速度與軌道半徑的平方成反比,衛(wèi)星的軌道半徑越大,向心加速度越小（4）由得衛(wèi)星的運(yùn)行周期與軌道半徑的次方成正比,衛(wèi)星的軌道半徑越大,周期越大；全部衛(wèi)星的 都相同小結(jié)：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由萬(wàn)有引力供應(yīng)的,三種宇宙速度,學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載同學(xué)摸索：

16、將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個(gè)更簡(jiǎn)潔？為什么？所需要的發(fā)射速度,哪一個(gè)更大？為什么？發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說(shuō)明什么？衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速度大又說(shuō)明什么？從能的角度,圓周運(yùn)動(dòng)的公式引導(dǎo)同學(xué)分析二者的不同；同學(xué)摸索： 我們剛爭(zhēng)辯過(guò),當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑越大時(shí),衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度越慢,但向高軌道發(fā)射衛(wèi)星卻比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要難,由于向高軌道發(fā)射衛(wèi)星,火箭要克服地球引力做更多的功,需要消耗更多的能量學(xué)問鞏固練習(xí) 、關(guān)于第一宇宙速度,下面說(shuō)法中正確選項(xiàng)（、它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度 、它是近地圓形軌道上人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行速度bc）、它是能使衛(wèi)星進(jìn)入近地圓形軌道的最小發(fā)射速度、它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)在近地點(diǎn)的速度、某宇航局試圖發(fā)射一顆繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星,設(shè)地球表面的重力加速度 9.8m/s2,以下設(shè)想中哪些是可以實(shí)現(xiàn)的？（bc）、圍繞速度為 9.7km/s 、圍繞速度為 6.5km/s C、周期為 12h 、周期為 1h 2mv3、一位同學(xué)依據(jù)向心力公式 F=R,如人造衛(wèi)星質(zhì)量 m不變,當(dāng)軌道半徑 r 增大 2 1時(shí),人造衛(wèi)星