高中物理必修2教案人造卫星 宇宙速度_3

1 第三节 人造卫星 宇宙速度

1．第一宇宙速度(环绕速度)

(1)数值 v1＝7.9 km/s，是人造卫星的最小发射速度，也是人造卫星最大的环绕速度．

(2)第一宇宙速度的计算方法

①由GMmR2＝mv2R得v＝ GMR．

②由mg＝mv2R得v＝gR．

2．第二宇宙速度(脱离速度)：v2＝11.2 km/s，使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度．

3．第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝16.7 km/s，使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．

发射卫星，要有足够大的速度才行，请思考：

(1)不同星球的第一宇宙速度是否相同？如何计算第一宇宙速度？

(2)把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小？

宇宙速度的理解与计算

[重难提炼]

1．第一宇宙速度的推导

法一：由GMmR2＝mv21R得v1＝GMR＝7.9×103 m/s.

法二：由mg＝mv21R得v1＝gR＝7.9×103 m/s.

第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，Tmin＝2πRg＝5 075 s≈85 min.

2．宇宙速度与运动轨迹的关系

(1)v发＝7.9 km/s时，卫星绕地球做匀速圆周运动．

(2)7.9 km/s

(3)11.2 km/s≤v发<16.7 km/s，卫星绕太阳做椭圆运动．

(4)v发≥16.7 km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间．

[典题例析]

(2018·南平质检)某星球直径为d，宇航员在该星球表面以初速度v0竖直上抛一个物体，物体上升的最大高度为h，若物体只受该星球引力作用，则该星球的第一宇宙速度为( ) 2 A．v02

B．2v0dh

C．v02hd D．v02dh

[跟踪训练] (多选)如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道Ⅰ，然后在Q点通过改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道Ⅱ，则( )

人造卫星宇宙速度

一、素质教育目标

（一）知识教学点

1．了解人造卫星的有关发射、运行的知识

2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度

（二）能力训练点

培养学生对知识的转化能力

（三）德育渗透点

通过介绍我国航天技术的发展水平，激发他们学习科学知识的热情，培养他们的民族自豪感．

（四）美育渗透点

通过对天体运动轨迹的描绘展示了物理图像的形式美．

二、学法引导

通过教师的讲解和分析，使学生了解人造卫星的运转原理及规律．

三、重点·难点·疑点及解决办法

1．重点

卫星运行的速度、周期、加速度

2．难点

卫星运动的速度和卫星发射速度的区别

3．疑点

同步通讯卫星为什么要定点在赤道正上方的确定轨道上？如何发射同步卫星？

4．解决办法

理解万有引力是人造卫星做圆周运行的向心力，从而求得卫星的运动速度，周期，加速度就是由它离地心距离r惟一因素决定的．

四、课时安排

1课时

五、教具学具准备

自制同步卫星模型

六、师生互动活动设计

1．教师通过讲解、分析、介绍人造卫星的运动规律及相关的航天知识． 2．学生通过讨论，阅读相关的材料扩大知识面，通过例题的分析巩固知识．

七、教学步骤

（一）明确目标

（略）

（二）重点、难点的学习与目标的完成过程

1．卫星运动的速度，周期，加速度．

卫星脱离助推火箭后，获得了一定的速度v，设卫星绕地球做圆周运动，其运行半径为r，根据万有引力等于向心力可得：

GrvmrMm22

等式两边都有m，可以约去，说明卫星的速度与其质量无关，我们得到：

rGMv （1）

由22)2(TmrMmG·r得：

T＝GMr324 （2）

由G2rMm＝ma得：

《宇宙航行》教学设计

一、 教学课题

人民教育出版社高中物理必修2第六章“万有引力与航天”第五节“宇宙航行”

二、 教学对象

天门高级中学高139班全体学生

三、 教材分析

本节主要内容是：第一宇宙速度的推导(了解第二、第三宇宙速度);卫星的运行规律；太空航行的发展史。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个重要实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科学知识的一个极好素材。教材虽然只介绍了根据牛顿的设想推导第一宇宙速度的方法及太空航行发展史，但却在其中渗透了发射人造卫星的相关知识，卫星运行的规律，以及很多研究实际问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习、研究、探索天体物理问题的理论基础。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，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强学生的民族自信心和自豪感。

（一）教学目标：

根据全面提高学生素质的总体目标与《物理新课标》要求和本节教材内容特征，我确定本节的学习目标如下：

1、知识和技能目标：

（1）能够用万有引力定律和圆周运动的知识推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度及其意义。

（2）理解卫星的运行速度、周期与半径的关系，了解同步卫星的特点。建立起关于各种卫星运行状况的正确图景。

2、过程与方法目标：

（1）经历探究人造卫星由设想变成现实的过程，体会猜想、外推的科学方法，培养学生的科学思维。

（2）通过用万有引力定律和圆周运动的知识推导第一宇宙速度，提高学生运用所学知识分析和解决问题的能力，培养学生科学探究能力。

（3）通过对卫星运动规律的研究，培养学生归纳、分析、推导及表达能力。

3、情感态度价值观目标： （1）了解人类探索太空的过程，感受科技发展对人类进步的巨大促进作用，通过对我国航天事业的了解，参透爱国主义教育。

（2）感知人类探索宇宙的梦想及巨大成就，激发学生学习物理的热情，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

1 第4节 人造卫星 宇宙速度

教学过程：

教师活动 教学内容 学生活动

引入新课

§ 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 v1讨论并推导

2

展示课件并讲解 ＝ 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，