人造卫星宇宙速度
平谷区平谷中学分校李招娣
教学设计思路：
本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义．本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术的理论基础．引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理，进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维，发展的分析推理的能力．另外，学生通过了解人造卫星、宇宙速度，也将产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感．
学习任务分析：
通过对前几节知识的学习，学生对曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解．在此基础上，教师通过设计问题情境，引导学生探究，获得新知识．
学习者分析：
尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高．
教学目标：
一、知识与技能
了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用，培养学生科学服务于人类的意识．
二、过程与方法
学习科学的思维方法，发展思维的独立性，提高发散思维能力、分析推理能力和语言表达能力．
三、情感态度与价值观
在主动学习、合作探究的过程中，体验和谐、民主、愉悦的学习氛围，在探究中不断获得美的感受不断进步．
学习科学，热爱科学，增强民族自信心和自豪感．
教学准备：
多媒体电脑及相关软件．
人类进入了航天时代．这节课我们就来学习人造地球卫星
方面的基本知识．
§ 3.4 人造卫星宇宙速度
进行新
课
问：离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由
于重力作用，物体将做平抛运动，即最终要落回地面．但如果
射出的速度增大，会发生什么情况呢？
思考
演示牛
顿设想原理
图
一、人造地球卫星
由于抛出速度不同，物体的落点也不同．当抛出速度达
到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球
旋转，成为绕地球运动的人造卫星．
那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的
卫星呢？
观察、分析
引导学
生讨论
二、宇宙速度
下面讨论人造卫星绕地球运动的速度．假如地球和人造卫
星的质量分别为M和m，卫星的轨道半径和线速度分别为r
和v，根据万有引力提供向心力，可解出
对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径R，
可求出：
将引力常量G＝6.67×10-11N·m2/kg2和地球质量M＝
5.98× 1024kg 及地球半径 R＝
6.37× 106m 代入上式，可求
得
讨论并推
导
展示课件并讲解
v1＝ 7.9km/s．这就是卫星绕地面附近做圆周运动所需
的速度，叫第一宇宙速度，也称环绕速度．
【板书】 1. 第一宇宙速度 ( 环绕速度 ) v1＝ 7.9km/s
请学生根据所学知识，推导第一宇宙速度的另一种表达
式：
推导：地面附近重力提供向心力，
即所以
将R＝6.37×106m , g＝ 9.8m/s2代入，求出第一宇宙
速度仍为 7.9km /s．
如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于 7.9km /s，
而小于 11.2km /s，它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭
圆．当物体的速度等于或大于 11.2km /s 时，物体就可以挣
脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星．所以，
11.2km /s 是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙
速度，也称脱离速度．
观察、思考
【板书】 2. 第二宇宙速度（脱离速度）v2＝ 11.2km /s 达到第二宇宙速度的物体要受太阳引力的束缚，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使它的速度等于或大于 16.7km /s，这个速度叫作第三宇宙速度，也称逃逸速度．
【板书】 3. 第三宇宙速度（逃逸速度）v3＝ 16.7km/s 人造地球卫星的种类很多，有一种特别的卫星叫地球同步卫星．
说明特点
三、地球同步卫星
地球同步卫星是指其公转周期和地球自转周期相等的卫
星．地球同步卫星有几个明显的特点：（演示课件）
【板书】特点：
周期一定——23 小时 56 分 4 秒．
方位一定——赤道上空．
高度一定——3.6× 107m．
人造地球卫星有广泛的应用．
例如，靠人工进行资源调查，速度慢、效率低，调查和
开发一种矿藏一般需要十几年的时间．现在利用人造卫星进
行调查，它一天绕地球转十几圈，高空拍下的卫星照片，可
以大使我们解全局，效率大大提高．
对北京以北 16 万平方公里地区的一次卫星勘察，就找
到七个成矿预测区．
电视教育是培养人才的一种手段．但是电视靠中继站转
播，每隔 50km 就要建一个中继站，这要耗费大量的人力、
物力．如果利用卫星传播，像我们这样幅员辽阔的国家，只
要一颗同步通信卫星，边远地区就可以收看首都的电视节
记忆
学习效果评价：
本节课较好地完成了预定的教学目标，学生能应用万有引力定律解决简单的人造卫星和宇宙速度问题．此过程激发了学生的学习兴趣．
但是本节也反映出学生的数学推理能力较差，建立物理模型解决实际问题的意识较弱．教学反思：
本节课的教学活动，始终以学生为主体，精心设计学习活动，创设教学情境，调动学生积极性，及时启发、诱导、点拨，促进学生大胆猜想，独立思维，探索研究，经历、体验与牛顿研究人造卫星发射原理相似的“再发现”过程．
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）
