5.4 《飞出地球去》学案 (沪科版必修2)

课题名称飞出地球去一、教材依据《飞出地球去》是沪科版必修2第5章第4节，是高一第二学期的学内容。

二，设计思路（1）指导思想和设计理念为了发挥学生在课堂的主体作用，加强交流合作，优化教学环境，培养学生分析问题和解决问题的能力，我先展示丰富的多媒体资料，让学生分析人造卫星的运行特点，再解释人造卫星的发射原理。

对人造卫星的运动规律的认识主要采取：分析现象──发现规律──思考原理──解释问题的思路，对于人造卫星的发射原理主要采取：设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，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。

（2）教材分析本节教材，重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度。

人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个非常重要实例，是人类征服自然的见证，体现了科技的力量。

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。

学生已经知道了行星的运动规律，因此在分析人造卫星的运动学特点，和动力学特点可采取类比的方法，进而进一步理解应用万有引力定律分析天体运动的方法。

另外，学生通过对人类在宇宙航行领域中的伟大成就及我国在航天领域成就的了解，增强学生的民族自信心和自豪感。

（3）学情分析学生已掌握了运动的合成与分解、牛顿运动定律、圆周运动等章节的理论。

并在本章之前学习了天体的运动，和万有引力定律的知识，能运用万有引力定律揭示一些天体运动的特点。

学生可以类比行星运动的特点原理自己分析人造卫星的规律。

另外学生也可以利用前面的知识和对宇宙奥秘的好奇心来探索人造卫星的发射及宇宙速度。

老师通过对牛顿的思考的展示，学生应该能联想到万有引力充当了卫星作圆周运动的向心力，再根据圆周运动和机械运动的知识可知道速度再大一些会做椭圆运动或摆脱地球对它的约束。

这样，人们就可以到更远的地方去探索宇宙的奥秘了……三教学重点、难点教学重点：（1）知道和理解第一宇宙速度的概念（2）会推导和计算第一宇宙速度的值教学难点：卫星的运行速度与发射速度的区别四、教学目标：（一）知识与技能1、使学生知道人造地球卫星的发射原理；2、使学生掌握三个宇宙速度，学会推导第一宇宙速度的两个求解公式；3、使学生掌握用万有引力定律和圆周运动知识求解有关卫星运动的基本问题。

【课题】§5.4飞出地球去【学习目标】1.了解人类发射卫星以及宇宙探索的伟大实践和成就。

2.理解发射卫星的原理，知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度.3.学习利用万有引力定律分析解决有关卫星问题，了解人造地球卫星的有关常识。

【学习重点】1、了解人造地球卫星的有关常识2、学习利用万有引力定律分析解决有关卫星问题【知识点导学】一、人类发射人造地球卫星的梦想与伟大实践1、牛顿发射人造地球卫星的思想实验牛顿提出一个著名的思想实验：从高山顶水平抛出一个铅球，当抛出的速度足够大时，铅球将环绕地球运动，成为一个“小月亮”。

右图即牛顿著作中的一个草图。

从中可以看出，牛顿从他的力学理论出发，它的思维从平抛运动跳到圆周运动，进一步跳到椭圆轨道的运动，预言可以发射各种各样的卫星。

２、发射卫星的梦想的实现人类实现发射卫星的梦想是在科学技术高度发达的现代。

1957年10月4日，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗人造地球卫星——“旅行者”1号。

从此人类开始迈入航天时代。

我国在1970年4月24日发射了我国的第一颗人造地球卫星——“东方红”1号。

人类在火箭技术和航天技术方面已经取得了令人注目的成就请认真阅读课本，了解我国以及世界各国在火箭技术、航天技术方面所取得的成就和进展。

有兴趣的同学还可以查阅关于卫星的一些详细情况。

二、发射人造地球卫星的原理及三个宇宙速度第一宇宙速度1、原理：万有引力定律和向心力公式假设人造卫星绕地做匀速圆周运动，设地球、卫星质量分别为M、m，卫星的轨道半径为r，卫星做圆周运动的向心力是万有引力，所以，可知。

此式表明：人造地球卫星绕地球做圆周运动的速度与轨道半径有关，轨道半径越大，速度越小。

我们把这个速度叫做卫星的轨道运行速度。

如果是近地卫星，可认为轨道半径r近似等于地球半径R=6370km，M=5.89×1024kg则这个卫星的运行速度最大，把相关数据代入上式可得轨道运行速度这也是发射卫星的最小发射速度。

班级：姓名：组号使用时间：课题：§5.4《飞出地球去》（课时2）学习目标1、知道人造地球卫星沿圆轨道运行时，为什么会处于完全失重状态吗？2、知道地球赤道上的物体、近地卫星和同步卫星的向心力的区别3、知道人造卫星改变轨道的原理4、会应用万有引力定律解决一些实际问题学习重点地球同步卫星的特点学习难点人造卫星改变轨道的原理自主学习：三种常见的卫星（1）近地卫星：轨道半径r=R的卫星，从v、T的表达式可以看出在所有的圆轨道卫星中近地卫星环绕的线速度最大，而周期最小。

（2）极地卫星：轨道平面过地轴的卫星，其离地高度理论上可以取任意值。

（3）地球同步卫星：相对地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通信卫星。

它有五个特点，即：定方向；定周期；定速度；定轨道平面；定高度。

重点难点突破：探究一：人造地球卫星中的超重和失重1、人造卫星在发射升空时，有一段加速运动，加速度方向（向上、向下），处于（超重、失重）状态；在返回地面时，有一段减速运动，加速度方向（向上、向下），处于（超重、失重）状态。

2、人造卫星在椭圆轨道上运行时，由于万有引力提供向心力，加速度始终指向地心，即向心加速度。

也就是加速度始终等于重力加速度。

所以在这种情况下物体处于（超重、失重、完全失重）状态。

此时在卫星上的仪器，凡是制造原理与重力有关的均不能使用。

同理，与重力有关的实验也将无法进行。

例1、火箭发射卫星的开始阶段是竖直升高，设向上的加速度a=5m/s2,在卫星中用弹簧秤悬挂一个质量m=9kg的物体，当卫星升到某高度处，弹簧秤的示数为85N，那么此时卫星距地面的高度是多少千米？(地球半径R=6400km，g取10m/s2)探究二：地球赤道上的物体、近地卫星和同步卫星的向心力的区别例2：A为地球赤道上物体，b为近地卫星，c为地球同步卫星。

请问哪个运行周期最短？探究三：人造卫星是怎样进入预定轨道的？ 发射同步卫星时，通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v 1；第一次在P 点点火加速，在短时间内将速率由v 1增加到v 2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ；卫星运行到远地点Q 时的速率为v 3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v 3增加到v 4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。

5.4 飞出地球去一、教课目的1、知识与技术：（1）认识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。

（2）知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

2、过程与方法：（1）经过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培育学生运用知识解决问题的能力。

3、感情态度与价值观：（1）经过介绍我国在卫星发射方面的状况，激发学生的爱国热忱。

（2）感知人类研究宇宙的梦想，促进学生建立献身科学的人生价值观。

二、教课内容分析1、本节课的地位和作用：本节内容主要介绍了宇宙速度、人造地球卫星、宇宙航天器等内容，人们在应用万有引力定律研究天体运动的基础上，实现人类的航天梦想，为科学研究、人类生活服务方面做出巨大的贡献。

经过本节学习认识以下知识：(1) 第一宇宙速度: 物体在地面邻近绕地球做匀速圆周运动的速度, V=GM / R 或V=gR ,数值上V1=7.9km/s .(2)第二宇宙速度 : 战胜地球引力 , 离开地球的逃逸速度 .V 2=11.2km/s.(3)第三宇宙速度: 在地面邻近发射物体摆脱太阳引力约束的速度, V 3=11.2km/s.2、本节课教课要点：对第一宇宙速度的推导过程和方法，认识第一宇宙速度的应用领域。

3、本节课教课难点：1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的差别。

2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。

三、教课思路与方法这节内容是万有引力理论的成就在生活中的应用, 与我们的生活亲密有关, 让学生在学习物理的过程中感觉到物理就在我们的身旁, 与我们的生活时辰联系在一同 . 进而指引学生进行科学和生活、和社会联系的思虑，培育学生学习物理的兴趣，激发学生献身科学的热忱，对学生科学价值观的形成起到重要的作用。

四、教课准备多媒体课件，细线，塑料瓶。

讲堂教课方案教教课内容师生互动设计意备学环图注节引入地面上的物体，如何才能成为人造地师：1957年前苏联发射了第从卫星球卫星呢？一颗人造地球卫星，创始了人等物理300 多年前，牛顿提出假想类航时节代的新纪元。