卫星和宇宙速度.doc

第五节　人造卫星　宇宙速度 ●本节教材分析 本节教材重点讲述了人造地球卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，应使学生确切地理解，第一宇宙速度是卫星轨道半径等于地球半径时，即卫星在地面附近，环绕地球做匀速圆周运动的速度，当轨道半径r大地球半径时，卫星绕地球做匀速圆周运动的速度变小.在实际教学时，学生常据课本图6—4所描述的情况得出离地球表面越高的地方，其运行速度越大的错误结论，对此可向学生说明：卫星在椭圆轨道上运行时，它在各点的速度大小是不同的，在近地点速度最大，以后逐渐就小，在远地点速度最小.虽然公式只适用于描述做匀速圆周运动的卫星，但是由椭圆轨道上卫星的运行情况，也可以大致印证当r变大时，v变小. ●教学目标 一、知识目标 1.了解人造卫星的有关知识. 2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度. 3.了解行星、恒星和星系等概念，知道宇宙的几个主要天体层次. 4.了解宇宙大爆炸理论. 二、能力目标 通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力. 三、德育目标 1.通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情. 2.通过简述宇宙的产生过程，使学生明确宇宙将如何演化下去的问题需要我们不断地去探索增强学生学习物理的兴趣. ●教学重点 1.第一宇宙速度的推导. 2.运行速率与轨道半径之间的关系. ●教学难点 运行速率与轨道半径之间的关系. ●教学方法 1.关于第一宇宙速度和地球同步卫星轨道的教学，采用电教法、推导法、归纳法、讲授法等综合教法进行. 2.关于天体的几个层次的教学，采用电教法、讲授法进行. ●教学用具 投影片、CAI课件（牛顿描绘的人造卫星原理图）、有关天体的录像资料. ●教学过程 用投影片出示本节课的学习目标. 1.了解人造卫星的有关知识. 2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度. 3.了解行星、恒星和星系等概念，知道宇宙的几个主要天体层次. 4.了解宇宙大爆炸理论. ●教学步骤 一、导入新课 1.问：在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？ 学生：它们的落地点不同，速度越大，落地点离山脚越远.因为在同一座高山上抛出，它们在空中运动的时间相同，速度大的水平位移大，所以落地点也较远. 教师：假设被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？ 学生进行猜想. 教师总结，并用多媒体模拟. 如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用，那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也一次比一次离山脚远，如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星. 2.引入：那么人造卫星的轨道半径和它的运动速率之间有什么关系呢？本节课我们就来学习这个问题。 二、新课教学 （一）宇宙速度 1.设一颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转. ①教师：卫星绕地球运转的向心力由什么力提供？ 学生：由卫星所受地球的万有引力来提供. ②据上述关系你能得到什么表达式？ 学生： ③所以我们得到 教师：在公式中，M为地球质量，G为引力恒量，r为卫星轨道半径.此式为卫星绕地球正常运转的线速度的表达式. 2.讨论v与r之间的关系： 学生：由于GM一定，r越小，线速度v越大，反之，r越大，v越小. 教师：由此我们得到：距地面越高的卫星运转速率越小.那么，是向高轨道发射困难，还是向低轨道发射卫星困难呢？ 学生：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力做更多的功. 3.对于靠近地面运行的人造卫星，求解它绕地球的速率. ①学生解答. ②在多媒体实物投影仪上抽查展示解题过程. 对于靠近地面运行的人造卫星，可以认为此时的r近似等于地球的半径R，则 　　 ③教师：这个速度就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度. 4.讨论： ①第一宇宙速度是卫星绕地球的最大速度，为什么？ ②为什么说第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度？ 学生讨论后，教师总结： 第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成： 一是发射卫星进入最低轨道所必须具有的最小速度. 二是卫星进入轨道正常运转的最大环绕速度，即所有卫星的环绕速度均小于7.9km/s. 过渡：如果卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,此时卫星的运行轨道又如何呢？　5.教师讲解，并用多媒体模拟： ①当人造卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s,而小于11.2 km