物理教案人造衛(wèi)星宇宙速度
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一、教材分析
1．知識特點：教材針對高一學生的基礎(chǔ)和接受能力，重點突出了“宇宙速度”的教學，并強調(diào)邏輯的嚴密性。
2．知識地位：人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學上應(yīng)用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現(xiàn)了知識的力量，是學生學習了解現(xiàn)代科技知識的一個極好素材。教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬有引力定律”中的重點內(nèi)容，是學生進一步學習研究天體物理問題的理論基礎(chǔ)。
二、教學目標
知識目標：
①了解人造衛(wèi)星的發(fā)展歷史；知道人造地球衛(wèi)星的運行原理，會運用萬有引力定律和圓周運動公式分析解答有關(guān)衛(wèi)星運行的原因；
②掌握三個宇宙速度，會推導第一宇宙速度；
③能用所學知識求解衛(wèi)星基本問題。
能力目標：
①培養(yǎng)學生科學探索能力；
②滲透物理方法教育，培養(yǎng)學生在處理實際問題時，如何忽略次要
因素，抓住主要因素，抽象出物理模型的能力；
③培養(yǎng)學生歸納、分析和推導能力。
情感目標：介紹我國航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，激發(fā)學生的求知欲和民族自豪感，
培養(yǎng)愛國熱情。
三、教學重點、難點
1重點；
（1）人造衛(wèi)星的運行原理
（2）第一宇宙速度的推導；
（3）衛(wèi)星做圓周運動時，各物理量的關(guān)系。
2難點；人造衛(wèi)星運行速度與發(fā)射速度的區(qū)別；
3疑點；黑洞真的存在嗎？
四、教學方法
啟發(fā)式教學、多媒體輔助教學。
1教師；通過多媒體將抽象的衛(wèi)星運動直觀展示，加強學生的理解，并引導學生進行分析，最后對學生的結(jié)論進行補充和總結(jié)。
2．學生：通過觀察，分析原理，并主動參與得出自己的觀點，并用練習加強結(jié)論的理解。
五、教學準備：
多媒體課件制作，
六、教學流程
引言——人造衛(wèi)星發(fā)展歷史——人造衛(wèi)星運行原理——衛(wèi)星各個物理量與半徑的關(guān)系——第一宇宙速度的推導——發(fā)射速度與運行速度的區(qū)別——第二宇宙速度與第三宇宙速度
七：教學過程
（一）引課(牛頓的衛(wèi)星遐想)
1．歷史：①蘇聯(lián)在1957年10月4日成功發(fā)射了世界第一顆人造地球衛(wèi)星。
②美國
③我國航天事業(yè)
2．分類：天文學衛(wèi)星通信衛(wèi)星地球觀察衛(wèi)星導航衛(wèi)星偵查衛(wèi)星空間衛(wèi)星3．過度：2009年2月10日一家美國公司的商業(yè)衛(wèi)星在與一顆已報廢的俄羅斯軍用衛(wèi)星發(fā)生的碰撞中遭到破壞。
（二）人造地球衛(wèi)星
1．拋物演示實驗：學生觀察落地點的變化，落地點為什么會變化？
2．牛頓的思考與設(shè)想：
△拋出的速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會出現(xiàn)什么結(jié)果？
△牛頓根據(jù)自己的設(shè)想草擬了一幅極富創(chuàng)意的人造衛(wèi)星原理圖。
△牛頓的設(shè)想由于受技術(shù)條件的限制，物體不可能達到這樣的速度，但他
的思想啟發(fā)了后人，在太空探索中立了頭功。
引出人造地球衛(wèi)星（簡稱人造衛(wèi)星）的概念。
（三）宇宙速度
問題的提出：①地球近似看成圓，則人造衛(wèi)星環(huán)繞地球旋轉(zhuǎn)時做的是什么運動？②人造衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力由誰提供？
公式推導：假設(shè)地球質(zhì)量M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，衛(wèi)星到地心的距離為r，衛(wèi)星運
轉(zhuǎn)的速度為v。
根據(jù)萬有引力和圓周運動規(guī)律，引導學生分析、研究，并自己獨立求出衛(wèi)星運轉(zhuǎn)速度：
公式拓展(學生自我推導)
角速度
衛(wèi)星運行周期
公式分析:
不同的人造地球衛(wèi)星，G、M是恒量，r是變量。
人造衛(wèi)星離地面越高，衛(wèi)星環(huán)繞地球的運動線速度、角速度越小，周期T越大。
學生思考：①將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？
②所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？
③發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說
明什么？衛(wèi)星運轉(zhuǎn)速度大又說明什么？
近地軌道衛(wèi)星分析方法：
方法1：啟發(fā)：靠近地面時，r的值近似等于多少？
r≈R（地球半徑）=6.37×106mG=6.67×10-11N.m2/kg2
M地=5.89×1024kg
提問：近地軌道衛(wèi)星的周期是多少？
學生上臺求解：T==2×3.14×=85分鐘
再問：能否發(fā)射一顆周期為80分鐘的衛(wèi)星？為什么？
讓學生討論、分析，叫學生回答，得出結(jié)果：不能
方法2：啟發(fā)：靠近地面時，r的值近似等于R地。
萬有引力學生分析出≈mg
由=mg=v1=
將數(shù)據(jù)代入求解v=
v1=7.9km/s是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度。
學生思考：我們剛研究過，當衛(wèi)星的軌道半徑越大時，衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)時的速
度越小，衛(wèi)星發(fā)射時越難，送入軌道需要消耗的能量越多，發(fā)射的
速度必須越大，由此我們可以得出要將人造衛(wèi)星送入軌道運行速度
必須大于多少？
學生分析得出v≥7.9km/s
引導：發(fā)射速度越大，人造衛(wèi)星就進入更高的軌道，當速度大到某一值時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運動我們把這個速度叫第二宇宙速度，它的大小為v2=11.2km/s。
同時分析飛到太陽系以外的宇宙空間，
速度必須等于或大小16.7km/s，這個速度
叫第三宇宙速度。
（四）知識鞏固
例1一位同學根據(jù)向心力公式F=，若人造衛(wèi)星質(zhì)量m不變，當軌道半徑r增大2倍時，人造衛(wèi)星需要的向心力減小為原來的。另一位同學根據(jù)衛(wèi)星的向心力繞地球行，由公式F=G推斷，當r增大2倍時，人造衛(wèi)星需要的向心力減小為原來的，哪位同學的說法對？說錯的錯在哪里？
例2地球同步衛(wèi)星是相對于地面靜止的和地球具有相同周期的衛(wèi)星，周期T=24n，同步衛(wèi)星必位于靠道上方n處，且n是一定的，已知地球半徑R=6400km，試計算同步衛(wèi)星的高度和速率。
（五）小結(jié)
（六）作業(yè)布置
1．閱讀了解書上P110的閱讀材料“黑洞”
2．P1042、7
