《人造卫星》教学设计

1、高二物理人造卫星教学设计太谷中学 籍钦光素质教育的核心是培养学生的创新精神和实践能力，在设计“人造地球卫星”这节课时应充分注意学生科学素质的培养和创新精神的体现。对中学生来说，创新精神主要体现在学生具有创新意识与创造性思维。而创新意识往往从疑问开始，学生有疑问才会进一步思考和探索，才能有所发现和有所创新。如果在教学过程中重视引导学生求异和质疑，营造解决问题的气氛，学生的创造性思维就可以得到培养和发展。因此本节课采用建构主义的理论，创设师生互动，生生互动，协作学习，交互式教学的情境，引导学生发现问题，提出问题，并由学生自己探索寻找解决问题的各种途径。本节课前我们预先给学生布置任务（见附件），学生

2、通过自主学习（上网、查资料、讨论等），总结学习，然后全班交流学习。这样做能有效地促进学生参与教学活动，主动学习，自主构建知识结构网络。【素质教育目标】知识教学点：当物体的速度足够大时，以致物体所受到地球引力全部用来提供它环绕地球运转所需要的向心力时，物体就不会落向地面，将成为人造“小天体”。能力训练点：在推导得出第一宇宙速度的基础上，训练学生开展变量分析的能力，学会从受力分析、运动分析和能量分析等多角度思维的方法。德育渗透点：在介绍我国航天技术飞速发展的基础上，使学生真正体会到科学技术对社会发展的巨大推动作用，从而牢固树立知识就是力量，科学是第一生产力的哲理。【重点和难点】重点：地球对卫星的万

3、有引力提供卫星绕地心作匀速圆周运动的向心力。难点：人造地球卫星的能量分析及变量讨论。这节课的流程如下：按照预先布置的预习问题的顺序来组织教学过程：问题一、学生已掌握了匀速圆周运动、平抛运动和万有引力定律，对宇宙中的天然天体的运动规律已有初步了解，而对人造卫星、宇宙飞船等人造天体也略有所闻，内心渴望对这些高新技术进一步探究。在此基础上，通过自主学习（上网、查资料、讨论），再现牛顿所描绘的人造卫星的原理图，猜想牛顿的思维程序。问题二、在学生充分讨论、发言的基础上，教师进行小结，并提出“人造地球卫星绕地球运转的最小半径、最小发射速度及卫星绕地球运转的最小周期分别为多大”等思考题，在学生展示自主学习成

4、果、互相讨论的基础上总结出轨道半径-环绕速度和周期的相互制约关系式。问题三、接着讨论能否发射一颗停止在赤道上空与地球自转同步的人造地球卫星？最后对人造地球卫星进行物理分析：受力分析、运动分析（轨道分析）和能量分析。教学过程：课题引入：大家知道：神州五号载人航天取得圆满成功，实现了中华民族的千年飞天梦想。而月球在边自转边绕地球公转，地球也是边自转边绕太阳公转。“神五”像月球一样成为一颗人造地球卫星，自然界万物运动都是有规律可循。在此基础上教师设疑：如何发射一颗人造地球卫星，使它和月球一样，绕地心运转呢？能否发射一颗人造行星，使它和地球一样绕太阳运转呢？师：请同学们猜想当时牛顿的思维程序，并请相关

5、小组的同学交流有关卫星发射的原理等问题。师结：（通过生生议论后）地球对周围物体有引力作用，因而在山顶上平抛出的物体要落回地面。但抛出物的初速越大，物体飞得越远，如果没有空气阻力，当初速很大时，物体有可能永远不会落回地面上，它将绕地心作匀速圆周运动或作椭圆轨道运动，成为地球的一颗人造卫星。生：（学生经讨论和计算后，有学生回答）当卫星贴近地面附近运行时，最小轨道半径就约等于地球半径。师：请相关小组的同学到讲台上交流有关卫星的最小发射速度等问题师：小结：第一宇宙速度：又称环绕速度。它是物体在地面附近贴近地面绕地心作匀速圆周运动的速度。它也是人造地球卫星的最小发射速度。（7.9km/s）第二宇宙速度：

6、如人造卫星进入轨道的水平速度7.9V/11.2km/s，它绕地球运动的轨道不是圆而是椭圆。当V/ 11.2km/s，物体就可脱离地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造行星。所以V/ = 11.2km/s是卫星脱离地球的速度，这一速度叫第二宇宙速度。第三宇宙速度：又称逃逸速度，它是物体能挣脱太阳的束缚，超出太阳系，进入恒星际所需的最小发射速度，叫第三宇宙速度。大小 16.7km/s生：因为人造地球卫星的最小运转周期约为 1.4 h 所以不能发射周期为 的人造地球卫星。师：（继续设疑提问）若引力恒量和地球质量的数值不告诉你，能否计算求得第一宇宙速度？生：（此时学生很活跃）利用在地面附近地球对物体的万

7、有引力近似等于物体的重力,进而求解。思维拓展：卫星是用火箭发射的，在发射升空阶段和到达预定轨道以后，以及卫星在回收阶段，卫星中的物体的重力和视重如何变化？师问：能否发射一颗相对地面静止不动的卫星？生：能。师：由于地球自转周期约为24h，欲使卫星相对地面静止不动，那么，卫星必须与地球自转同步，其周期也等于地球自转周期，请大家思考一下，对这样的卫星有何特定的制约条件？请相关小组的同学交流有关同步卫星的问题。生：（经过讨论后）这样的卫星必须在地球赤道平面内运动，距地面高度和绕地心作匀速圆周运动的线速度可由下式求得：略师：回答得很好。只有在地球赤道上空距地面: 在赤道平面内以-定的线速度绕地心运转的卫

8、星，才能相对地面是静止的，其运转方向与地球自转方向相同，其周期和地球自转周期相等。这样的卫星是地球同步卫星中的一种，往往用作通讯，称为通讯卫星。发射同步卫星的技术要求很高，我国已成为世界上少数几个能发射通讯卫星的国家之一。思维拓展：为了实现全球通讯，在赤道上空的同步轨道上，应等间隔地放置几颗通讯卫星？能否无限制地发射同步卫星？师：某人造地球卫星沿圆形轨道运行时，因受到宇宙垃圾的撞击，使其高度降低，则该卫星的线速度、周期如何变化？请相关小组同学交流你们获得的认识。F引F向 靠心运动 引力做正功 动能增大 线速度增大 周期减小课后思考题：通讯卫星除绕地心公转外，是否自转？月球自转吗？地球绕地轴自转

9、的原因是什么？师：由于课上时间有限，好多问题不可能与大家一一交流，某些问题老师还得查阅有关资料后才能解释清楚。我们在中学阶段只能学习一些最基本的原理，还有大量的知识有待同学们进入高校后进一步学习。对天体运动感兴趣的同学，可以到图书馆阅读有关图书和杂志或上网查询。给大家提供相关网址如下：附件： 人造卫星教学课前问题问题一、学生已掌握了匀速圆周运动、平抛运动和万有引力定律，对宇宙中的天然天体的运动规律已有初步了解，而对人造卫星、宇宙飞船等人造天体也略有所闻，内心渴望对这些高新技术进一步探究。在此基础上，通过自主学习（上网、查资料、讨论）再现牛顿所描绘的人造卫星的原理图，猜想牛顿的思维程序。（发射原理）问题二、在学生充分讨论、发言，教师进行小结的基础上，并提出人造地球卫星绕地球运转的最小半径、最小发射速度及卫星绕地球运转的最小周期分别为多大的思考题，通过学生自主学习、讨论的基础上总结出轨道半径-环绕速度和周期的相互制约关系式。（运行规律）思维拓展：卫星是用火箭发射的，在发射升空阶段和到达预定轨道以后，以及卫星在回收阶段，卫星中的物体的重力和视重如何变化？问题三、接着讨论能否发射一颗停止在赤道上空与地球自转同步的人