人造卫星 宇宙速度 -物理教案

教学目标

知识目标：
　　1、通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力；
　　2、使学生对人造卫星的发射、运行等状况有初步了解，使多数学生在头脑中建立起较正确的图景；

能力目标
　　通过学习万有引力定律在天文学上的应用，通过解世界和中国的航天事业的发展，了解世界上第一颗人造卫星、第一个宇宙飞船、第一个宇航员的知识，了解中国的神州一号、神州二号、神州三号的发射与回收，增强学生的爱国主义热情．

情感目标
　　通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情

教学建议

　　本节的教学过程中在加强应用万有引力定律的同时，还应注重卫星的发射过程.请教师注意下列几个问题.
　　一、天体运动和人造卫星运动模型
　　二、地球同步卫星
　　三、卫星运行速度与轨道
　　卫星从发射升空到正常运行的连续过程，一般可分为几个阶段，每个阶段对应不同的轨道．例如发射轨道、转移轨道、运行轨道、同步轨道、返回轨道等．有些卫星的发射并不是直接到达运行轨道，而需要多次变轨．例如地球同步卫星就是先发射到近地的圆轨道上，再变为椭圆形转移轨道，最后在椭圆形轨道的远地点变为同步轨道．因此发射过程需多级火箭推动．

教学设计方案

教学重点：万有引力定律的应用

教学难点：人造地球卫星的发射

教学方法：讨论法

教学用具：多媒体和计算机

教学过程：

一、人造卫星的运动

问题：

　　1、地球绕太阳作什么运动？

　　回答：近似看成匀速圆周运动．

　　2、谁提供了向心力？

　　回答：地球与太阳间的万有引力．

　　3、人造卫星绕地球作什么运动？

　　回答：近似看成匀速圆周运动．

　　4、谁提供了向心力？

　　回答：卫星与地球间的万有引力．

请学生思考讨论下列问题：

　　例题1、根据观测，在土星外围有一个模糊不清的光环，试用力学方法判定土星的光环究竟是与土星相连的连续物，还是绕土星运转的小卫星群？

　　分别请学生提出自己的方案并加以解释：

1、如果是连续物则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径成正比，

　　2、如果是卫星则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比， 这个题可以让学生充分讨论．

二、人造卫星的发射

　　问题：1、卫星是用什么发射升空的？

　　回答：三级火箭

　　2、卫星是怎样用火箭发射升空的？

　　学生可以讨论并发表自己的观点．

　　下面我们来看一道题目：

　　例题2、1999年11月21日，我国“神州”号宇宙飞船成功发射并收回，这是我国航天史上重要的里程碑．新型“长征”运载火箭，将重达8.4t的飞船向上送至近地轨道1，飞船与火箭分离后，在轨道1上以速度7.2km/s绕地球作匀速圆周运动．试回答下列问题：

　　（1）根据课文内容结合例题（2）（3）（4）问画出图示．

　　（2）轨道1离地的高度约为：

　　A、8000km     B、1600km      C、6400km       D、42000km

　　解：由万有引力定律得：

　　解得： =1600km

　　故选（B）

　　（3）飞船在轨道1上运行几周后，在 点开启发动机短时间向外喷射高速气体使飞船加速，关闭发动机后飞船沿椭圆轨道2运行，到达 点开启发动机再次使飞船加速，使飞船速率符合圆轨道3的要求，进入轨道3后绕地球作圆周运动，利用同样的方法使飞船离地球越来越远，飞船在轨道2上从 点到 点过程中，速率将如何变化？

　　解：由万有引力定律得：

　　解得：

　　所以飞船在轨道2上从 点到 点过程中，速率将减小．

　　（4）飞船在轨道1、2、3上正常运行时：

　　①飞船在轨道1上的速率与轨道3上的速率哪个大？为什么？

　　回答：轨道1上的速率大．

　　②飞船在轨道1上经过 点的加速度与飞船在轨道2上经过 点的加速度哪个大？为什么？

　　回答：一样大

　　③飞船在轨道1上经过 点的加速度与飞船在轨道3上经过 点的加速度哪个大？为什么？

　　回答：轨道1上的加速度大．