高中物理论文高一物理必修2第三章万有引力定律中卫星运动教学研究

1、注重引导，突破难点 高中物理必修2卫星问题的教学探讨摘要 笔者从自己的教学实践出发，结合许多学生在学习人造卫星知识时都遇到了一定困难的现状，分析了学生学习这部分知道的困难原因，并结合自己的教学实际，提出了8个方面的教学措施。为克服人造卫星这一内容的教学困难提供了比较好的解决方法。关键字 人造卫星 学习困难 解决困难 类比法 轨道选择从教13年以来，笔者在有关人造卫星的教学问题中，总会遇到不少麻烦，特别是随着高中教育的逐步普及，现在有更多学生反映人造卫星的问题难懂。人造卫星的问题究竟“难”在哪里？有什么好的方法能帮助学生突破这一知识的难关呢？笔者想就这两个问题，结合粤教版高中物理必修2第三章的内

2、容，进行一些探讨，希望对同行们教这一内容及学生们学这一内容有一些帮助。一、学生学习人造卫星问题的困难在哪里？人造卫星问题只所以难学，原因主要有以下几点：1、人造卫星问题本身就是属于比较复杂的圆周运动类问题，学生对教材第二章的圆周运动问题把握不好，主要是对物体做圆周运动的条件认识不清，不能很好地理解物体的圆周运动的“供”、“需”关系，致使其看到圆周运动类问题就怕。2、卫星运动的向心力由万有引力提供，万有引力定律的公式包含的字母多，而且很多时候又近似地把重力看成万有引力，加上常用的向心力公式的形式又有三种，这就使得解决这类问题可能组合的方程达到7种以上的可能性。3、卫星运动问题比较抽象，学生对卫星

3、运动缺乏感性认识。二、如何帮助学生克服学习这一知识的困难？笔者在这一内容的教学工作中，主要做了以下几方面的工作，使学生在学习这一知识上有了比较大的突破：1、创设情境，通过看得到的圆周运动的分析，为卫星运动问题的学习做好铺垫。课堂上，通过“水流星”实验，演示小桶和水做圆周运动情形，引导学生分析下面三个问题：（1）为了保证水不会流出来，我们必须提供什么条件？（2）如果我们把拉绳子的手松开，会出现什么现象？（3）如果我们让水和桶的速度增大或让它们做轨迹半径更大的圆周运动，可能会出现什么情况？学生通过分析这三个问题，得出了几点结论，一是为了让水不流出来，必须保证桶和水的速度足够大（这为讲解卫星环绕速度

4、和第一宇宙速度做了铺垫），二是没有了手的拉力，桶和水不可能再做圆周运动（这使学生对物体做圆周运动的向心力条件有了比较深刻的认识），三是如果桶和水的速度大了或者运动轨道半径增加了，可能会导致绳子被拉断（这为学生学习卫星的发射问题提供了模型）。2、借助多媒体课件，模拟卫星运行情况，增加学生的感性认识。通过卫星运动的模拟演示，使学生清晰地看到了不同轨道上的“卫星”绕地球做“环绕运动”的情形。并引导学生观察，不同轨道上的卫星的运行情况有什么不同？（引导学生观察得出，高轨卫星慢，低轨卫星快的结论，为日后学生分析不同轨道上的卫星运动快慢提供了感性认识）3、通过类比，引导学生找出卫星做圆周运动的向心力条件。

5、将卫星的运动与“水流星”的运动对比，让学生找到卫星做圆周运动所需的向心力来源。学生通过分析，能确定万有引力提供了向心力。这就使卫星的运动方程有了着落。4、强记万有引力定律。要求学生写出万有引力定律公式，并清晰地讲出公式中各字母的含义。5、让学生推导卫星在半径为r的轨道上运动时的速度公式。学生通过第3点得出方程，并很容易地推出了速度公式，引导学生讨论这一结论，并理解，由于地球质量M及万有引力常数G都是恒量，故v仅由r决定。6、讨论“第一宇宙速度”与卫星的轨道参数的含义，并理解“每条轨道都是一个速度选择器”。结合教材P53，让学生理解第一宇宙速度的定义，并知道第一宇宙速度就是近地轨道的参数速度。不

6、同的轨道有不同的速度要求，轨道越高，速度越小。要把卫星送到某一轨道，并保证卫星在这一轨道稳定运行，卫星到达这一轨道时的速度必须等于这一轨道的参数速度。在这里，我把卫星的发射与大学生就业类比起来，学生理解得非常深刻。即把每一条轨道类比成社会上的每一个职位，把每一颗卫星类比成每一个大学毕业生，卫星送入轨道就好比大学生找到一个职位。通过这种类比，学生对“轨道选择卫星”，“轨道定了，运动参数都定了”理解得比较清楚。7、讨论卫星发射问题。通过前面的讨论，学生对“轨道选择卫星”有了一定的认识，而且知道高轨卫星速度慢，低轨卫星速度快，这时，学生容易有一个错误的认识，以为高轨道要求低，低轨道要求高，从而得出“

7、发射高轨卫星比发射低轨卫星容易”的错误结论。此时，我结合前面演示的“水流星”问题，要求学生分析，如何让一颗低轨卫星变轨到更高的轨道去？学生通过分析发现，要让低轨卫星“高就”，在低轨道上必须让它做离心运动，从而得出“高轨卫星在经过低轨道时，速度比低轨卫星大”的结论，从而纠正了上面的错误看法。同时通过这一讨论，还要引导学生得出“第一宇宙速度既是卫星运行的最大速度，又是卫星发射的最小速度”这一结论。8、讨论同步卫星问题。结合教材P54，引导学生认识同步卫星是一种特殊的卫星，特殊之处在于它的周期与地球自转周期相同，根据“轨道选择卫星”的结论，要想发射同步卫星，就必须送入同步轨道，世界上所有的同步卫星都在同一轨道。通过以上8点措