1、城东中学 林 东 槟 第六章 万有引力定律 高一物理教案课题第五节 人造卫星 宇宙速度教学目的一、知识教学： 1、了解人造卫星的有关知识；2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度；3、了解行星、恒星和星系等概念，知道宇宙的几个主要天体层次；4、了解宇宙大爆炸理论。二、能力训练： 通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。三、德育渗透： 1、通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情；2、通过简述宇宙的产生过程，使学生明确宇宙将如何演化下去的问题需要我们不断地去探索增强学生学习物理的兴趣。重点难点教学重点：1、第一宇宙速度的推导.2、运行速率与轨道半径之
2、间的关系教学难点： 运行速率与轨道半径之间的关系教学方法1、关于第一宇宙速度和地球同步卫星轨道的教学，采用电教法、推导法、归纳法、讲授法等综合教法进行.2、关于天体的几个层次的教学，采用电教法、讲授法进行教具投影片、CAI课件（牛顿描绘的人造卫星原理图）、有关天体的录像资料课时按排1课时教学过程教学过程教学过程教学过程教学过程教学过程教学过程一、引入新课：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
3、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.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、讲授新课： 二、新课教学（一）宇宙速度1、设一
4、颗人造卫星沿圆形轨道绕地球运转.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.据上述关系你能得到什么表达式？学生：所以我们得到教师：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的表达式.2、讨论v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.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
5、它绕地球的速率.学生解答.在多媒体实物投影仪上抽查展示解题过程.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：第一宇宙速度是卫星绕地球的最大速度，为什么？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：一是发射卫星进入最低轨道所必须具有的最小速度.二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.
6、教师讲解，并用多媒体模拟：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.当物体的速度等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行，这个速度叫做第二宇宙速度，也叫脱离速度.达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力，如果使卫星的速度等于或者大于16.7km/s,这个速度叫做第三宇宙速度.(二）用多媒体放映“航天技术的发展和宇宙航行”的录像资料，使学生了解我国在航天技术上所取得的巨大成就.（三）行星、恒星、星系和宇宙教师：在万有引力的应用中，我们谈到了利用万有引力定律发现了海王星和冥王星，本节课我们又学习了
7、人造卫星，那么在宇宙中还有哪些天体存在呢？1、学生阅读课文.2、学生总结天体的层次.行星恒星星团星系宇宙3、用多媒体展示天体各层次的实例.4、问：那么宇宙又是如何形成的呢？教师介绍宇宙大爆炸理论及该理论的依据：宇宙大爆炸理论认为：宇宙起源于约二百亿年前的一次大爆炸，爆炸初期，宇宙中现在可以看到的所有物质都聚积在一起，宇宙的密度非常大，温度非常高，随着宇宙的不断膨胀，温度逐渐下降.星系、恒星、行星、生命等逐渐形成，直至现在我们所处的这个宇宙.现代观测表明，除了银河系附近几个星系外，几乎所有的星系都在远离银河系，而且远离的速度与距离成正比，这说明宇宙在膨胀着，这一事实为宇宙大爆炸理论奠定了基础.学
8、生据课文内容，想象今后的宇宙将怎样发展演化下去.教师：有关宇宙是怎样产生的，又将如何演化下去等问题还有许多课题需要我们不断地去研究、探索，希望同学们努力学习，将来投入到这一研究中.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？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？三、总结、扩展通过本节课的学习，我们知道了：1、第一宇宙速度（环绕速度）v1=7.9km/s2、第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）
9、v3=16.7km/s2、宇宙中天体的层次：行星恒星星团星系宇宙四、作业：（一）课本P110练习二的（3），（4），（5），（6），（7）（二）思考题：1、要使人造卫星绕地球运行，它进入地面附近的轨道速度是km/s。要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行，必须使它的轨道速度等于或大于km/s，要使它飞行到太阳系以外的地方，它的速度必须等于或大于km/s。2、关于第一宇宙速度，下面说法正确的是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3、在环绕地球运行的宇宙飞船的实验舱内
10、，下面几项实验中可以正常进行的是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、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5、关于人造地球卫星与宇宙飞船的下列说法中，正确的是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
11、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6、某人造卫星距地面的高度为h，地球半径为R，质量为M，地面重力加速度为g，万有引力恒量为G.（1）试分别用h、R、M、G表示卫星的周期T、线速度v和角速度（2）试分别用h、R、g表示卫星的周期T、线速度v和角速度7、从地球发出的光讯号垂直于地面发射，讯号到达月球表面时正好能垂直射向水平月面，经反射返回地球被吸收，光速为c，光讯号往复经历的时间为t,地球的半径为R，月球的半径为r,月球绕地球转动的周期为T，试求地球的质量.参考答案：1、7.911.
12、2 16.7 2、BC3、CD4、D5、AB6、(1) （）7、五、板书：略六、素质能力训练1、具有第一宇宙速度的人造地球卫星的周期是秒，要想发射一颗周期为80分钟的人造地球卫星可能吗？2、关于人造地球卫星，下列说法正确的是（已知地球半径6400 km）A、运行的轨道半径越大，线速度也越大B、运行的速率可能等于8km/sC、运行的轨道半径越大，周期也越大D、运行的周期可能等于80min3、假设同步卫星的轨道半径是地球轨道半径的n倍，则A、同步卫星的向心加速度是赤道上物体向心加速度的（n+1）倍B、同步卫星的向心加速度是赤道上物体向心加速度的n倍C、同步卫星的向心加速度是赤道上物体加速度的倍D、
13、同步卫星的向心加速度是赤道上物体重力加速度的n倍4、两颗人造卫星A和B的质量之比为12，它们的轨道半径之比为31，某时刻它们恰好与地球在同一条直线上，可知两颗卫星的A、线速度之比vAvB=13B、向心加速度之比aAaB=13C、向心力之比FAFB=118D、周期之比TATB=315、宇宙飞船进入一个围绕太阳运行的近似圆形的轨道上运动，设地球绕太阳运行的周期为a,如果轨道半径是地球轨道半径的9倍，则宇宙飞船绕太阳运行的周期是A、3aB、9aC、27aD、81a6、我国在1984年4月8日成功发射了一颗试验通讯卫星.1986年2月1日又成功地发射了一颗实用通讯卫星.这两颗卫星都是地球同步卫星，设这二颗卫星运行周期之比,轨道半径比，角速度之比.向心加速度之比,则A、A=B=C=D=1B、A=B=1;C=D=2C、A=B=2;C=D=1D、A=B=C=D=2参考答案：1、5075;不可能2、C3、B4、C5、C6、A备注. .
