高中物理《人造卫星宇宙速度》教案教科版必修
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人造卫星宇宙速度【教学目标】1、知识与技能(1)了解人造卫星的有关知识(2)分析人造卫星的运动规律(3)掌握三个宇宙速度的物理意义,(4)会推导第一宇宙速度;(5)简单了解航天发展史;(6)能用所学知识求解卫星基本问题。
2、过程与方法(1)培养学生观察数据分析数据的能力;(2)培养学生科学推理、探索能力;(3)培养学生在处理实际问题时,如何构建物理模型的能力;(4)学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。
(5)培养学生自学和应用网络资源的能力。
(6)理解科学技术与社会的互动关系,培养学生科学的民主意识。
3、情感态度与价值观介绍世界及我国航天事业的发展现状,激发学习科学,热爱科学的激情,增强民族自信心和自豪感。
【教学重难点】教学重点:(1)卫星运行的动力学特点规律,第一宇宙速度的推导。
教学难点:(1)卫星的运行速度与发射速度的区别;(2)第一宇宙速度是卫星发射的最小速度,是卫星运行的最大速度。
【教学方法】讲授、讨论并辅以多媒体演示及网络环境下的自学等多种形式的教学方法。
体现信息化教学和综合化的思路,有效合理地应用各种教育教学手段,丰富学生的学习方式,优化教学过程。
【教学器材】网络设备及相应的教学软件。
【教学手段】多媒体设备、物理课件【教学过程】一、新课引入教师:(ppt 关于嫦娥奔月,万户,宇宙苍穹的图片)有一个传说凄惨而美丽,有一个假设大胆但无知,有一种追求几代人一直在继续……学生:欣赏图片。
教师:仰望星空,浩瀚的宇宙苍穹给人以无限遐想,千百年来,人类一直向往能插上翅膀飞出地球,去探索宇宙的奥秘,李白的“俱怀逸兴壮思飞,欲上青天揽明月”是怎样的一种豪情?到今天这一梦想实现了吗?学生:实现了。
(激起学生兴趣)教师:世界上第一颗人造卫星的发射,揭开了人类探索宇宙的新篇章。
提问1:(1)世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的?(2)我国哪一年发射了自己的人造卫星?(3)迄今我国共发射了多少颗人造卫星?学生:踊跃回答教师:从1970年4月24日东方红一号的成功发射,到2007年10月24日嫦娥一号发射我国发射人造卫星和其他探测器60多个,他们分别在通信,气象,探测,导航等多个领域发挥着重要作用。
一、教学目标:1. 让学生了解人造卫星的基本概念,掌握人造卫星的轨道速度。
2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3. 激发学生对宇宙探索的兴趣,培养学生的创新意识。
二、教学内容:1. 人造卫星的定义与分类2. 人造卫星的轨道速度3. 第一宇宙速度与第二宇宙速度4. 人造卫星的轨道稳定性5. 我国人造卫星的发展历程三、教学重点与难点:1. 教学重点:人造卫星的轨道速度、第一宇宙速度与第二宇宙速度的概念及计算。
2. 教学难点:人造卫星轨道稳定性的原理及其应用。
四、教学方法:1. 采用讲授法,讲解人造卫星的基本概念、轨道速度的计算等知识点。
2. 采用案例分析法,分析我国人造卫星的发展历程,增强学生的民族自豪感。
3. 采用问题驱动法,引导学生思考人造卫星轨道稳定性的重要性。
五、教学过程:1. 导入新课:通过展示人造卫星发射的壮观画面,引导学生关注人造卫星及其相关知识。
2. 讲解人造卫星的基本概念,区分不同类型的卫星。
3. 讲解人造卫星的轨道速度,引导学生理解第一宇宙速度与第二宇宙速度的概念。
4. 运用公式计算人造卫星的轨道速度,让学生动手实践,加深对知识点的理解。
5. 分析我国人造卫星的发展历程,激发学生的爱国情怀。
6. 讲解人造卫星轨道稳定性的原理及其应用,引导学生关注卫星导航、通信等技术。
7. 课堂小结:回顾本节课的主要知识点,强调人造卫星轨道速度及稳定性的重要性。
8. 布置作业:让学生结合所学知识,分析实际问题,提高运用物理知识解决实际问题的能力。
六、教学评估:1. 课堂问答:通过提问方式检查学生对人造卫星基本概念和轨道速度的理解。
2. 练习题:布置有关人造卫星轨道速度计算和轨道稳定性的练习题,以检测学生的掌握情况。
3. 小组讨论:组织学生分组讨论人造卫星在现实生活中的应用,评估学生对知识点的实际应用能力。
七、教学拓展:1. 组织学生参观天文馆或航天博物馆,深入了解人造卫星和相关航天技术。
高中物理-高三人造卫星宇宙速度教案【教学内容】人造卫星宇宙速度【教学目标】1.了解人造卫星的概念和应用。
2.掌握引力场和引力中心的概念。
3.掌握人造卫星的宇宙速度公式及其推导。
4.能够解决物理实际问题,如计算一个太阳同步卫星所需的宇宙速度。
【教学重点】掌握人造卫星的宇宙速度公式及其推导。
【教学难点】解决物理实际问题,如计算一个太阳同步卫星所需的宇宙速度。
【教学方法】讲授结合实例分析,归纳法,启发式教学。
【教学过程】一、导入(5分钟)教师通过向学生介绍美国的早期卫星发射活动,向学生展示人类的探索精神,并引入本堂课的内容。
二、讲解卫星的概念和应用(5分钟)教师简要介绍卫星的概念和应用,让学生了解卫星技术在现代通讯和空间探索中扮演的重要角色。
三、引力场和引力中心的概念(10分钟)教师通过引力场和引力中心的研究,让学生了解万有引力定律对于卫星轨道运动的重要性。
四、讲解卫星的宇宙速度公式及其推导(20分钟)1.教师讲解卫星的宇宙速度公式V=sqrt(GM/r),其中V为宇宙速度,G为万有引力常数,M为行星或恒星的质量,r为半径。
2.教师通过式子的推导,讲解卫星的宇宙速度是如何与高度和质量有关的,并结合实例进行分析。
五、实例分析(10分钟)教师通过让学生计算一个太阳同步卫星所需的宇宙速度,让学生应用所学知识,解决物理实际问题。
六、练习(10分钟)教师要求学生在课堂上完成若干练习,以巩固所学知识。
七、小结(5分钟)教师对本堂课所学内容进行简要总结,并强调本堂课的重点和难点。
【教学反思】本次授课通过讲解卫星的概念和应用、引力场和引力中心的概念、卫星的宇宙速度公式及其推导、实例分析等环节,让学生了解并掌握卫星的宇宙速度公式及其在物理实际问题中的应用。
教师注重实践和实用,让学生在课堂上能够独立解决物理实际问题,提高了学生的探究能力和应用能力。
人造卫星宇宙速度教案第一章:引言1.1 教学目标让学生了解人造卫星的基本概念。
让学生了解宇宙速度的定义和意义。
1.2 教学内容人造卫星的定义和分类。
宇宙速度的定义和计算公式。
1.3 教学方法采用讲授法,讲解人造卫星的基本概念和宇宙速度的定义。
采用互动法,提问学生关于人造卫星和宇宙速度的知识。
1.4 教学步骤1. 引入话题:提问学生对人造卫星的了解。
2. 讲解人造卫星的定义和分类。
3. 讲解宇宙速度的定义和计算公式。
4. 举例说明宇宙速度在实际应用中的重要性。
5. 提问学生关于人造卫星和宇宙速度的问题,引导学生思考和讨论。
第二章:人造卫星的基本概念2.1 教学目标让学生了解人造卫星的定义和特点。
让学生了解人造卫星的分类和应用。
2.2 教学内容人造卫星的定义和特点。
人造卫星的分类:地球卫星、太阳卫星、行星卫星等。
人造卫星的应用:通信、导航、气象、科研等。
2.3 教学方法采用讲授法,讲解人造卫星的定义和特点。
采用互动法,提问学生关于人造卫星的知识。
2.4 教学步骤1. 讲解人造卫星的定义和特点。
2. 讲解人造卫星的分类和应用。
3. 举例说明人造卫星在不同领域的应用。
4. 提问学生关于人造卫星的知识,引导学生思考和讨论。
第三章:宇宙速度的定义和计算公式3.1 教学目标让学生了解宇宙速度的定义和意义。
让学生掌握宇宙速度的计算公式。
3.2 教学内容宇宙速度的定义和意义。
宇宙速度的计算公式:v = √(GM/r)。
3.3 教学方法采用讲授法,讲解宇宙速度的定义和意义。
采用互动法,提问学生关于宇宙速度的知识。
3.4 教学步骤1. 讲解宇宙速度的定义和意义。
2. 讲解宇宙速度的计算公式:v = √(GM/r)。
3. 举例说明宇宙速度在不同情境下的应用。
4. 提问学生关于宇宙速度的知识,引导学生思考和讨论。
第四章:宇宙速度在实际应用中的重要性4.1 教学目标让学生了解宇宙速度在实际应用中的重要性。
让学生了解宇宙速度在航天工程中的应用。
4. 人造卫星——宇宙速度-教科版必修2教案一、人造卫星的定义和作用人造卫星是人类发射到地球或其他天体轨道上的机械装置,主要用于科学探测、通信、气象观测、导航定位等领域。
人造卫星的发射和运行需要达到特定的速度和高度条件,通常需要通过火箭运载发射到轨道上。
人造卫星的重要作用有:•科学探测:人造卫星可以探测外层空间的信息、画像、观测和研究宇宙的起源、天体物理、大气层、地球环境等方面的问题。
•通信传输:人造卫星可以提供全球范围内的通讯服务、广播电视信号、多媒体信息、移动通信、卫星导航等服务。
•气象观测:人造卫星可以通过气象遥感技术观测大气层的云层、温度、气压等参数,多普勒气象雷达技术,提高天气预报的准确率。
•导航定位:人造卫星还可以提供精准的卫星导航、地理信息服务,促进国际贸易、交通运输的发展。
二、人造卫星发射需要达到的速度人造卫星进入轨道需要两个速度阶段:离地速度和宇宙速度。
离地速度是指火箭飞行器从地面起飞到地球周围输送燃料的过程,也就是所谓的“脱离地心引力”阶段。
离地速度大小取决于火箭的起飞方式和质量大小,一般约为11km/s。
宇宙速度则是人造卫星在轨道上一直维持的速度,它是指在地球引力场的影响下,在轨道高度上一定距离上保持的最小速度。
宇宙速度的大小取决于人造卫星所处的轨道高度,一般在地球距离太阳平均距离的1/3公里每秒左右,大约为7.9km/s。
三、人造卫星轨道种类和运行方式人造卫星的轨道种类主要包括地球同步轨道、中地轨道、远地点轨道和低轨道。
•地球同步轨道(GEO):在地球赤道上高度为3.5787万公里处,人造卫星绕地球旋转一周的时间恰好为24小时,与地球自转周期同步,能够与地球赤道上的某一点始终保持相同的位置,以实现卫星上的广播、电话、电视等通信和气象、环境监测等功能。
•中地轨道(MEO):高度在2000-36000公里之间,主要用于卫星导航、车联网和移动通信等领域。
•远地点轨道(HBO):高度在36000-400000公里间,适用于科学探测、通讯、观测和卫星导航等领域。
物理教案-人造卫星宇宙速度一、教学目标1.了解人造卫星的发射原理及宇宙速度的概念。
2.掌握第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的计算方法。
3.培养学生的观察能力、分析能力和解决问题的能力。
二、教学重难点1.教学重点:人造卫星的发射原理,宇宙速度的计算方法。
2.教学难点:宇宙速度的推导过程。
三、教学准备1.教具:多媒体设备、PPT、黑板、粉笔。
2.学具:计算器、笔记本、文具。
四、教学过程第一环节:导入1.利用多媒体展示人造卫星的图片,引导学生关注人造卫星的发射。
2.提问:同学们,你们知道人造卫星是如何发射的吗?它和宇宙速度有什么关系?第二环节:探究人造卫星的发射原理1.讲解人造卫星的发射原理,引导学生了解卫星发射的基本过程。
2.展示卫星发射动画,帮助学生形象地理解发射原理。
3.提问:人造卫星发射过程中,为什么需要达到一定的速度?第三环节:讲解宇宙速度的概念1.介绍宇宙速度的定义,引导学生了解宇宙速度的三个级别。
2.分别解释第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念。
3.展示宇宙速度的计算公式,引导学生掌握计算方法。
第四环节:推导宇宙速度1.利用物理公式推导第一宇宙速度,引导学生理解推导过程。
2.讲解第二宇宙速度和第三宇宙速度的推导过程,帮助学生掌握推导方法。
3.提问:同学们,你们能根据推导过程,自己尝试推导出第二宇宙速度和第三宇宙速度吗?第五环节:实例分析1.给出实例,引导学生运用所学知识解决实际问题。
2.讲解实例的解题过程,帮助学生巩固所学知识。
3.提问:同学们,你们还能举出其他关于宇宙速度的应用实例吗?第六环节:课堂小结2.强调宇宙速度在实际应用中的重要性,激发学生的学习兴趣。
3.提问:同学们,你们对本节课的内容有什么疑问或收获?五、作业布置1.复习本节课所学内容,巩固宇宙速度的计算方法。
2.完成课后练习,提高解题能力。
3.深入了解人造卫星的发射过程,拓展知识面。
六、教学反思1.本节课通过引导学生探究人造卫星的发射原理和宇宙速度的计算方法,使学生掌握了相关知识点。
人造卫星宇宙速度
【教学目标】
1.认识人造卫星的有关知识及运动规律。
2.理解人造卫星的发射原理及宇宙速度的推导。
3.结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量。
【教学重点】
1.认识人造卫星的有关知识及运动规律。
2.结合圆周运动知识求解天体运动的相关物理量。
【教学难点】
会理解人造卫星的发射原理及宇宙速度的推导。
【教学过程】
一、情境导入
地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。
你知道是谁率先提出了制造并发射人造地球卫星的设想吗?
二、新知学习
(一)从幻想到现实——人造卫星
1.卫星是一些自然的或人工的在太空中绕行星运动的物体。
2.人造卫星用于通信、导航、侦察、收集气象数据和其他许多领域内的科学研究。
(二)宇宙速度
1.第一宇宙速度:使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度,其大小为v1=7.9 km/s,又称环绕速度。
2.第二宇宙速度:使人造卫星脱离地球的引力束缚,不再绕地球运行,从地球表面发射所需的最小速度,其大小为v2=km/s,又称脱离速度。
3.第三宇宙速度:使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系,从地球表面发射所需的最小速度,其大小为v3=km/s,也叫逃逸速度。
【想一想】
如果要发射一个火星探测器,试问这个探测器将大体以多大的速度从地球上发射?
提示:火星探测器绕火星运动,脱离了地球的束缚,但没有挣脱太阳的束缚,因此它的发射速度应在第二宇宙速度和第三宇宙速度之间,即11.2 km/s<v<16.7 km/s。
人造卫星宇宙速度物理教案一、教学目标1. 让学生了解人造卫星的基本概念,知道人造卫星的发射和运行原理。
2. 掌握第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的定义及意义。
3. 能够运用宇宙速度的概念解决实际问题,提高学生的科学思维能力。
4. 培养学生对航天事业的兴趣和热爱科学的精神。
二、教学内容1. 人造卫星的基本概念:卫星的定义、分类及人造卫星的特点。
2. 人造卫星的发射原理:火箭推进、地球引力作用。
3. 第一宇宙速度:定义、计算方法及意义。
4. 第二宇宙速度:定义、计算方法及意义。
5. 第三宇宙速度:定义、计算方法及意义。
三、教学重点与难点1. 教学重点:人造卫星的基本概念、发射原理、宇宙速度的定义及计算方法。
2. 教学难点:宇宙速度的物理意义及应用。
四、教学方法1. 采用问题驱动法,引导学生思考和探索人造卫星及宇宙速度的相关问题。
2. 利用多媒体辅助教学,展示人造卫星发射和运行的动画,增强学生的直观感受。
3. 实例分析法,通过具体案例让学生了解宇宙速度在实际中的应用。
4. 小组讨论法,培养学生的合作精神和团队意识。
五、教学过程1. 导入新课:简要介绍人造卫星的基本概念,激发学生的兴趣。
2. 讲授人造卫星的发射原理,引导学生理解火箭推进和地球引力的作用。
3. 讲解第一宇宙速度的概念、计算方法及意义,让学生掌握基本知识。
4. 讲解第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念、计算方法及意义,与第一宇宙速度进行对比,帮助学生理解和记忆。
5. 利用多媒体展示人造卫星发射和运行的动画,让学生直观感受宇宙速度的作用。
6. 实例分析:以我国航天事业为例,介绍宇宙速度在实际中的应用。
7. 小组讨论:让学生围绕宇宙速度的应用展开讨论,培养学生的合作精神和团队意识。
8. 总结本节课的主要内容,强调宇宙速度在航天事业中的重要性。
9. 布置作业:让学生运用宇宙速度的知识解决实际问题,提高学生的科学思维能力。
10. 课后反思:对课堂教学进行总结,针对学生的掌握情况提出改进措施。
人造卫星宇宙速度物理教案第一章:引言教学目标:1. 了解人造卫星的基本概念及其在现代科技领域中的应用。
2. 掌握宇宙速度的定义及其与人造卫星运动的关系。
教学内容:1. 人造卫星的定义、分类及其应用。
2. 宇宙速度的概念及其计算公式。
教学过程:1. 引入话题:人造卫星的基本概念及其在现代科技领域中的应用。
2. 讲解人造卫星的分类及其特点。
3. 介绍宇宙速度的定义及其与人造卫星运动的关系。
4. 讲解宇宙速度的计算公式及其应用。
教学评价:1. 学生能准确地描述人造卫星的基本概念及其应用。
2. 学生能理解并掌握宇宙速度的定义及其计算公式。
第二章:人造卫星的轨道教学目标:1. 了解人造卫星轨道的基本概念及其特点。
2. 掌握人造卫星轨道的分类及其计算方法。
教学内容:1. 人造卫星轨道的基本概念及其特点。
2. 人造卫星轨道的分类及其计算方法。
教学过程:1. 引入话题:人造卫星轨道的基本概念及其特点。
2. 讲解人造卫星轨道的分类及其特点。
3. 介绍人造卫星轨道的计算方法及其应用。
教学评价:1. 学生能准确地描述人造卫星轨道的基本概念及其特点。
2. 学生能理解并掌握人造卫星轨道的分类及其计算方法。
第三章:宇宙速度的计算教学目标:1. 掌握宇宙速度的计算公式及其应用。
2. 能够运用宇宙速度计算公式计算不同轨道的人造卫星的宇宙速度。
教学内容:1. 宇宙速度的计算公式及其应用。
2. 不同轨道的人造卫星的宇宙速度计算方法。
教学过程:1. 回顾宇宙速度的定义及其计算公式。
2. 讲解不同轨道的人造卫星的宇宙速度计算方法。
3. 进行实例计算并讨论。
教学评价:1. 学生能理解并掌握宇宙速度的计算公式及其应用。
2. 学生能够运用宇宙速度计算公式计算不同轨道的人造卫星的宇宙速度。
第四章:人造卫星的发射与轨道转移教学目标:1. 了解人造卫星发射的基本原理及其过程。
2. 掌握人造卫星轨道转移的方法及其原理。
教学内容:1. 人造卫星发射的基本原理及其过程。
第4节人造卫星宇宙速度教学环节教学内容教学说明一、利用图片,创设情景,引出课题二、探究卫星是如何发射和环绕的1.由学生讲述卫星的形成过程.2.观看视频:“嫦娥一号”的发射、变轨和环绕地球运行的模拟演示.卫星的形成过程很复杂,经过简化可以看出有这样几步:发射、转轨、环绕.随着“神舟五号”、“神舟六号”和“嫦娥一号”的发射,各种媒体全方位报道,学生对卫星的了解程度已经很高了,给学生机会回顾和感受.提出问题.三、如何研究卫星的运动1.观看视频:卫星模拟轨道.一部分卫星的轨道是圆的,还有一部分卫星的轨道是椭圆的.我们把椭圆轨道也近似为圆来处理,这样就可以按照圆周运动的规律来研究卫星的运动了.2.神舟五号的椭圆轨道远地点和近地点的距离分别是 350 千米和 200 千米.地球半径是6400 千米,请学生讨论说明能否近似用圆周运动代替椭圆轨道研究卫星问题.3.探究卫星做圆周运动时由什么力提供向心力.地球对卫星的引力和卫星需要的向心力之间有什么样的关系?课件演示各种不同的卫星轨道.教师总是告诉学生用圆周运动规律处理卫星问题,学生会是心存疑虑:“这样的处理有用吗?”用圆周运动处理卫星问题不仅简化了问题,也是符合实际情况的.通过真实数据让学生心悦诚服地接受这种近似.四、推导卫星的环绕速度、角速度、周期(一)线速度以及线速度的变化1.人造地球卫星在空中运行时 , 仅受到地球对它的万有引力作用,这时,这个运动就是卫星做匀速圆周运动所需要的向心力.根据由上式可知, r 越大,即卫星离地面越高 ,它环绕地球运动的速度v越小.对于靠近地面运行的卫星,可以认为 r 近似等于地球的半径地球对物体的引力近似等于卫星的重力 mg ,则有:由学生推导并讨论线速度、角速度、周期随轨道半径的变化.线速度随着半径的变化而变化.v= 7.9km /s这就是人造地球卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度,是所有环绕地球运动的卫星的最大速度.这个速度也是发射一颗地球人造卫星所具有的最小速度,叫第一宇宙速度.2.播放视频:三颗不同轨道卫星的速度不同学生学习卫星最大的难点在于没有空间整体形象,通过视频、课件让学生建立起地球与卫星之间的立体图景是很重要的.(二)角速度以及角速度的变化同步卫星( 1 )同步卫星的高度是确定的: h=36000 km.( 2 )理解同步卫星“同步”的意义.( 3 )探究同步卫星的位置.2.观看视频:同步卫星的轨道以及同步卫星的发射.推导之后由学生讨论:角速度随着轨道半径的变化而变化.学生对同步卫星这个词很熟悉,对什么是同步、什么位置可以同步不了解.提出问题:是否可以在北京上空固定一颗同步卫星?(三)周期以及周期的变化周期最小的卫星同时也是速度最大的卫星.2.观看视频:离地面不同高度的卫星速度大小不同,周期不同.3.讨论:线速度、角速度、周期与轨道半径之间的关系:一定四定,一变四变.推导之后由学生讨论:周期随着轨道半径的变化而变化.视频中三颗不同的卫星,轨道半径、线速度、角速度、周期都不同,对同一颗卫星来说,这四个物理量之间有着怎样的关系?五、卫星的发射速度1.讨论卫星是怎样发射出去的?录像显示发射过程很复杂,我们把复杂的技术过程略去,回到基本原理上来,一个物体如何直接告诉学生宇宙速度是发射速度,学生虽然接受,心成为一颗卫星呢?2.牛顿的设想:观看视频.从四条轨迹看,物体成为一颗地球卫星的条件,就是平行于地面发射的速度要足够大.第一宇宙速度: 7.9km /s.第二宇宙速度: 11.2km /s.第三宇宙速度: 16.7km /s.3.观看视频:以不同的速度发射的物体轨迹不同.中的疑虑是很大的,每个卫星发射前的速度不都是零吗?哪个速度才是发射速度呢?六、简述我国航天发展1.图片:嫦娥奔月的轨迹图.2.回顾卫星的发展,展望我国航天事业的未来.卫星的发射有时候要从低轨道通过变轨到高轨道,卫星返回时要从高轨道通过变轨回到低轨道,变轨是怎么实现的呢?教学流程图:学习效果评价:(略.根据实际情况设计,注意可操作性)教学反思:1.卫星问题涉及到发射、变轨和环绕三个环节.课标要求重点在环绕部分,对发射只要求了解三个宇宙速度.随着“神舟五号”、“神舟六号”和“嫦娥一号”发射过程的全方位报导,学生对卫星的了解已经很丰富了.尤其对点火升空、椭圆轨道、变轨等印象深刻.在教学设计中我试着帮助学生把头脑中已有的知识串联起来形成一个较为完整的知识结构.2.对于知识掌握较好的学生,我认为教师的处理应该灵活一些.比如变轨问题,实际是牛顿定律的应用.高考理综物理模拟试卷注意事项:1. 答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
人造卫星宇宙速度
教学目的:
1.了解人造卫星的有关知识
2.掌握第一宇宙速度的推导。
了解第二、第三宇宙速度的意义。
教学重点:第一宇宙速度的推导
教学难点:发射速度与环绕速度的区别
教学方法:启发、讲授
教学过程:
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。
1970年4月24日,我国发射了第一颗人造地球卫星, 到现在我国已发射了多颗人造地球卫星。
1975年,我国就掌握了使卫星返回地面的回收技术,成为世界上第三个掌握这种先进技术的国家。
1984年4月8日, 我国发射了一颗试验通讯卫星, 把卫星准确地运送到指定位置的同步轨道上。
这是一个难度非常大的多维控制问题.同步卫星的定点成功, 标志着我国在运载火箭和卫星技术方面已加入世界先进行列。
近几年,我国一直利用火箭为其它国家发射卫星。
这节课我们来学习人造地球卫星的基本知识。
2.人造卫星的分类
a.轨道分类:同步卫星、极地卫星、任一轨道卫星。
b.用途分类:通讯卫星、军事卫星、气象卫星等等。
3.同步卫星
1.轨道;一定在赤道上空。
2.必须有一定的高度、周期、线速度、角速度。
(为什么?)
3.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:=m r
③所以我们得到,T=2л
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(环绕速度)和运行周期表达式。
2.讨论v、T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.即:r↑→v↓
同理:r↑→T↑,对于人造卫星v max=7.9km/s,T min=84.4min
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
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
或者:mg=mv2/r v==7.9km/s
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:
(1)是发射卫星进入最低轨道所必须具有的最小速度。
(2)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/s,它绕地球运动的轨迹就不是圆形,而是椭圆。
②当卫星从地面飞出时的速度大于或等于11.2km/s时,卫星就会脱离地球的引力,不再绕地球运行,为太阳的行星这个速度叫做第二宇宙速度,也叫脱离速度。
③当卫星从地面上飞出时的速度大于或等于16.7km/s,则能脱离太阳的束缚,进入太阳系以外的宇宙空间中去,这个速度叫做第三宇宙速度,也叫逃逸速度。
(二)地球同步卫星
下面我们再来研究一种卫星──同步通信卫星。
这种卫星绕地球运动的角速度与地球自转的速度相同,所以从地面上看,它总在某地的正上方,因此叫同步卫星。
这种卫星一般用于通讯,又叫同步通讯卫星。
我们平时看电视实况转播时总听到解说员所说的太平洋上空或印度洋上空的卫星都是通讯卫星,在北京上空有没有同步卫星呢?同步卫星有何特点呢?
若在北纬或南纬某地上空真有一颗同步卫星,那么这颗卫星轨道平面的中心应是地轴上的某点,而不是地心,其需要的向心力也指向这一点。
而地球所能够提供的引力只能指向地心,所以北纬或南纬某地上空是不可能有同步卫星的。
另外由于同步卫星的周期与地球自转周期相同,所以此卫星离地球的距离只能是一个定值。
换句话说,所有地球的同步卫星只能分布在赤道正上方的一条圆弧上,而为了卫星之间不相互干扰,大约3度角左右才能放置一颗卫星,地球的同步通讯卫星只能有120颗。
可见,空间位置也是一种资源。
(让学生推导同步卫星的高度)。
同步通讯卫星的特点:1.在赤道平面内。
2.与地球自转方向相同。
3.高度一定。
值得说明的是:卫星在发射的过程中处于超重状态,和在升降机中相同。
卫星进入轨道,在正常运行的过程中,卫星中的物体处于完全失重状态,凡是工作原理与重力有关的仪器(天平,水银气压计)在卫星中都不能正常使用,凡是与重力有关的实验都无法进行。
地球同步卫星是指运转周期与地球自转周期相同,与地球同步转动,相对于地面上某一点始终保持静止的人造卫星。
有一下特点:
(1)周期、角速度与地球相同,即T=24h
(2)轨道确定。
因为ω、T与地球相同,又在做匀速圆周运动,所以只能在赤道面上与地球自转同步,所有地球同步卫星的轨道均在赤道平面内,且离地面的高度和环绕速度相同。
三巩固练习
1.发射一个用来转播电视节目的同步卫星,应使它与地面相对静止,已知地球半径为6400km,问此卫星应发射到什么高度?(h=-R=3.59χ104km)
2.宇航员坐在人造卫星里,试说明卫星在发射过程中人为什么会产生超重现象?当卫星绕地球做匀速圆周运动时又为什么会产生完全失重现象?
3.在环绕地球运行的宇宙飞船的实验舱内,下面几项实验中可以正常进行的是(CD)
A.用天平称物体的质量
B.同弹簧秤称物体的重力
C.上紧闹钟上的发条
D.用体温表测宇航员的体温
4.关于第一宇宙速度,下面说法正确的是(BC)
A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度
C.它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D.它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度
5.某行星的卫星,在靠近行星的轨道上飞行,若要计算行星的密度,需要测出的物理量是(D)
A.行星的半径
B.卫星的半径
C.卫星运行的线速度
D.卫星运行的周期
6.关于人造地球卫星与宇宙飞船的下列说法中,正确的是(AB)
A.如果知道人造地球卫星的轨道半径和它的周期,再利用万有引力恒量,就可算出地球质量
B.两颗人造地球卫星,只要它们的绕行速率相等,不管它们的质量、形状差别有多大,它们的绕行半径和绕行周期就一定是相同的
C.原来在同一轨道上沿同一方向绕行的人造卫星一前一后,若要后一卫星追上前一卫星并发生碰撞,只要将后者速率增大一些即可
D.一只绕火星飞行的宇宙飞船,宇航员从舱内慢慢走出,并离开飞船,飞船因质量减小,所受万有引力减小,故飞行速度减小。