—高中物理宇宙速度教學(xué)方案設(shè)計(jì)本節(jié)重點(diǎn)講解并描述了人造衛(wèi)星的放射原理，推導(dǎo)了第一宇宙速度，并介紹了第二、第三宇宙速度。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)非常重要實(shí)例，是人類制服自然的見(jiàn)證，表達(dá)了學(xué)問(wèn)的力量，是同學(xué)學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技學(xué)問(wèn)的一個(gè)極好素材。教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些根本理論，更是在其中浸透了許多研討實(shí)際物理問(wèn)題的物理方法。同學(xué)通過(guò)行星的運(yùn)動(dòng)一節(jié)已經(jīng)明白了行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此在分析人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)，和動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)可實(shí)行類比的方法，近而進(jìn)一步理解應(yīng)用萬(wàn)有引力定律分析天體運(yùn)動(dòng)的方法。因此，本節(jié)課是“萬(wàn)有引力定律與航天”中的重點(diǎn)內(nèi)容，是同學(xué)進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研討、探究天體物理問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。另外，同學(xué)通過(guò)對(duì)人類在宇宙航行領(lǐng)域中的宏大成就及我國(guó)在航天領(lǐng)域成就的了解，增加同學(xué)的民族自信念和驕傲感。學(xué)情分析同學(xué)已把握了運(yùn)動(dòng)的合成與分解、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、圓周運(yùn)動(dòng)等章節(jié)的理論。并在本章之前學(xué)習(xí)了天體的運(yùn)動(dòng)，和萬(wàn)有引力定律的學(xué)問(wèn)，能運(yùn)用萬(wàn)有引力定律揭示一些天體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。同學(xué)可以類比行星運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)原理自己分析人造衛(wèi)星的規(guī)律。另外同學(xué)也可以利用前面的學(xué)問(wèn)和對(duì)宇宙神秘的好奇心來(lái)探究人造衛(wèi)星的放射及宇宙速度。同學(xué)可以通過(guò)聯(lián)想上一章所學(xué)的對(duì)平拋物體的運(yùn)動(dòng)的處理方法來(lái)探究牛頓的思索，以地心為參考系平拋出去的物體從空間運(yùn)動(dòng)效果上可分解為指向地心的自由落體運(yùn)動(dòng)和繞地心的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。而這兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)都是變速度運(yùn)動(dòng)，它們都需要一個(gè)指向地心的力來(lái)維持它們各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此萬(wàn)有引力就有要轉(zhuǎn)變兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的效果，即要既要產(chǎn)生自由落體加速度又要產(chǎn)生向加速度。當(dāng)萬(wàn)有引力只能提供向心力時(shí)，自由落體加速度就變成零，這樣平拋出去的物體就落不下來(lái)了，從而得到第一宇宙速度。再依據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的學(xué)問(wèn)可明白速度再大一些會(huì)做橢圓運(yùn)動(dòng)或掙脫地球?qū)λ募s束。這樣，人們就可以到更遠(yuǎn)的地方去探究宇宙的神秘了……教學(xué)目標(biāo)學(xué)問(wèn)與技能1．了解人造衛(wèi)星的有關(guān)學(xué)問(wèn)2．分析人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3．把握三個(gè)宇宙速度的物理意義，4．會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度；5．簡(jiǎn)潔了解航天發(fā)展史；6．能用所學(xué)學(xué)問(wèn)求解衛(wèi)星根本問(wèn)題。過(guò)程與方法1．培育同學(xué)觀看數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)的力量；2．培育同學(xué)科學(xué)推理、探究力量；3．培育同學(xué)在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí)，如何構(gòu)建物理模型的力量；4．學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法培育同學(xué)歸納、分析和推導(dǎo)及合理表達(dá)力量。情感看法與價(jià)值觀介紹世界及我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)呈現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)，熱愛(ài)科學(xué)的激情，增加民族自信念和驕傲感。教學(xué)重點(diǎn)：衛(wèi)星運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)規(guī)律，第一宇宙速度的推導(dǎo)。教學(xué)難點(diǎn)：1．衛(wèi)星的運(yùn)行速度與放射速度的區(qū)分；2．第一宇宙速度是衛(wèi)星放射的最小速度，是衛(wèi)星運(yùn)行的最大速度教學(xué)過(guò)程新課引入老師：仰視星空，浩瀚的宇宙蒼穹給人以無(wú)限遐想，千百年來(lái)，人類始終憧憬能插上翅膀飛出地球，去探究宇宙的神秘，李白的“俱懷逸興壯思飛，欲上青天攬明月”是怎樣的一種豪情到今天這一幻想完成了嗎同學(xué)：完成了。（激起同學(xué)愛(ài)好）老師：世界上第一顆人造衛(wèi)星的放射，揭開了人類探究宇宙的新篇章。提問(wèn)（1）1．世界上第一顆人造衛(wèi)星是哪一年由哪一國(guó)家放射的2．我國(guó)哪一年放射了自己的人造衛(wèi)星3．迄今我國(guó)共放射了多少顆人造衛(wèi)星老師：從1970年4月24日東方紅一號(hào)的勝利放射，到20XX年10月24日嫦娥一號(hào)放射我射人造衛(wèi)星和其他探測(cè)器60多個(gè)，他們分別在通信，氣象，探測(cè)，導(dǎo)航等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。引入新課。一、人造衛(wèi)星規(guī)律的探究老師：如今我們地球上空有這么多衛(wèi)星，他們運(yùn)行的速度一樣嗎他們是怎樣被放射升空的今天我們就通過(guò)的學(xué)習(xí)來(lái)解決這一問(wèn)題。老師：這是我國(guó)目前放射的部分衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律的數(shù)據(jù)。提問(wèn)觀看數(shù)據(jù)思索：1．不同衛(wèi)星的其運(yùn)行軌道相同嗎2．不同的衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)有什么規(guī)律3．你能試著用你學(xué)過(guò)的學(xué)問(wèn)解釋為什么有這樣的規(guī)律嗎衛(wèi)星名稱衛(wèi)星質(zhì)量（kg）軌道近地點(diǎn)（km）軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)（km）運(yùn)行周期（h）返回型遙感衛(wèi)星2XXX2053151．48東方紅2號(hào)甲通信衛(wèi)星441357863586323．9東方紅2號(hào)實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星461354693578223．76返回型遙感衛(wèi)星2XXX1754001．5風(fēng)云1號(hào)A7509009011．7巴達(dá)爾150210992[高考資源網(wǎng)KS5U.COM]1．57大氣1號(hào)8739001．712同學(xué)：1．觀看數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。2．合作溝通，類比行星運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分析人造衛(wèi)星的運(yùn)行特點(diǎn)。3．試著從力和運(yùn)動(dòng)的角度分析問(wèn)題。老師引導(dǎo)同學(xué)發(fā)現(xiàn)。人造衛(wèi)星運(yùn)行特點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)：（板書）1．軌跡：橢圓有的近似為圓2．人造衛(wèi)星的.半徑不同，其運(yùn)行的周期也不同，而且半徑越大，其周期越大。3．類比行星運(yùn)動(dòng)分析原因，衛(wèi)星圍繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，需要向心力。地球和衛(wèi)星之間的引力提供向心力。4．同學(xué)自己應(yīng)用前面萬(wàn)有引力學(xué)問(wèn)分析衛(wèi)星與地球間的萬(wàn)有引力提供了向心力（板書）（1）由得，∴r越大，v越?。?）由得，∴r越大，越小．（3）由得，∴r越大，T越大老師小結(jié)：衛(wèi)星繞地運(yùn)轉(zhuǎn)軌道半徑越大，速度越小、角速度越小、周期越大；（板書）演示課件：幾顆不同軌道衛(wèi)星同時(shí)繞地運(yùn)行動(dòng)畫，從而直觀推斷以上改變關(guān)系二、應(yīng)用學(xué)問(wèn)解決問(wèn)題老師：學(xué)習(xí)了衛(wèi)星的相關(guān)學(xué)問(wèn)，我推斷一下以下幾種軌道哪一種是可能的為什么思索問(wèn)題1：下列圖中，有三顆人造地球衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)動(dòng)，它們運(yùn)行的軌道可能是，不行能是。同學(xué)：分組商量闡述觀點(diǎn)老師：結(jié)合同學(xué)商量引導(dǎo)同學(xué)從動(dòng)力學(xué)角度解決問(wèn)題。衛(wèi)星近似做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，需要向心力，且向心力時(shí)辰指向圓心。所以地球與衛(wèi)星之間指向地心的萬(wàn)有引力提供向心力，所以衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的圓心應(yīng)當(dāng)是地心。思索問(wèn)題2：如下圖，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)動(dòng)的3顆衛(wèi)星，1．試比擬三顆衛(wèi)星的線速度、角速度、加速度、周期，萬(wàn)有引力的關(guān)系。2．假如c的速度增加，能否與同軌道的b相撞。三、衛(wèi)星放射原理老師：過(guò)渡：不同的軌道的衛(wèi)星其速度不同，那人類是怎樣將衛(wèi)星發(fā)送到指定軌道上的呢介紹牛頓的衛(wèi)星想象（FLASH）老師引導(dǎo)：我們拋一物體怎樣才能拋的遠(yuǎn)商量：依據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)同學(xué)明白：速度越大，越遠(yuǎn)，那速度充足大，又有什么現(xiàn)象同學(xué)探討：統(tǒng)一結(jié)論：不落回地球。老師總結(jié)：這時(shí)由于有引力在，衛(wèi)星想落回地面，但有肯定的速度又落不回地面就形成了衛(wèi)星思索：物體需要多大的放射速度，才能剛好貼著地面轉(zhuǎn)同學(xué)商量老師點(diǎn)撥：這時(shí)（r=R）同學(xué)得出第一宇宙速度7．9km/s四、宇宙速度1．第一宇宙速度7．9km/s定義：人造衛(wèi)星在地面附近繞地球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必需具有的速度。思索：放射什么樣的衛(wèi)星最簡(jiǎn)單統(tǒng)一結(jié)論：高軌道放射衛(wèi)星比低軌道放射衛(wèi)星困難，原因是高軌道放射衛(wèi)星時(shí)火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓?。以第一宇宙速度放射衛(wèi)星時(shí)其剛好能在地球外表附近作勻速圓周運(yùn)動(dòng)；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)；進(jìn)入半徑越大的軌道，所需要的放射V越大。思索：這與剛剛得出的半徑越大的軌道，所需要的運(yùn)行速度V越小沖突嗎商量：人造衛(wèi)星的放射速度與運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的概念。（1）放射速度所謂放射速度是指被放射物在地面附近離開放射裝置時(shí)的初速度，并且一旦放射后就再無(wú)能量補(bǔ)充，被放射物僅依靠自己的初動(dòng)能克服地球引力上升肯定的高度，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)軌道。要放射一顆人造地球衛(wèi)星，放射速度不能小于第一宇宙速度。若放射速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，就必需使放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。事實(shí)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)行速度肯定小于放射速度。（板書）運(yùn)行速度指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度放射速度指被放射物體離開地面時(shí)的水平初速度類比得出：（板書）2．第二宇宙速度（脫離速度）①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放射速度。[K]②假如人造天體的速度大于11．2km/s而小于16．7km/s，則它的運(yùn)行軌道相對(duì)于太陽(yáng)將是橢圓，太陽(yáng)就成為該橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)。（板書）3．第三宇宙速度（逃逸速度）①意義：使衛(wèi)星擺脫太陽(yáng)引力束縛的最小放射速度。②假如人造天體具有這樣的速度并順著地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)方向放射時(shí)，就可以掙脫地球和太陽(yáng)引力的束縛而邀游太空了。這個(gè)速度目前能做到嗎老師介紹以第三速度放射的探測(cè)器，先驅(qū)者一號(hào)。老師小結(jié)：只有你想不到的，沒(méi)有你做不到的。伴著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們探測(cè)太空的腳步會(huì)越走越快，越走越遠(yuǎn)?；蛟S有一天我們也能到其它星球旅行定居。但是今天我們就必需把握一些必備學(xué)問(wèn)。也就是我們這節(jié)課的重點(diǎn)。分層訓(xùn)練：C類1．關(guān)于第一宇宙速度，下面說(shuō)法：①它是人造衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度；②它是放射人造衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道的最小速度；③它是人造衛(wèi)星繞地球飛行的最大速度；④它是放射人造衛(wèi)星進(jìn)入近地圓軌道的最大速度。以上說(shuō)法中正確的有（）A．①②B．②③C．①④D．③④B類2．對(duì)于繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的人造地球衛(wèi)星，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是（）A．人造地球衛(wèi)星的實(shí)際繞行速率肯定大于7．9km/sB．從衛(wèi)星上釋放的物體將作