第二冊人造衛星 宇宙速度

教學目標 ：
1. 正確理解人造衛星作圓周運動時，各物理量之間的關系。
2. 知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度。
3. 培養學生自學和應用網絡資源的能力。
4. 理解科學技術與社會的互動關系，培養學生科學的民主意識。
重點難點：
第一宇宙速度的推導
教學方法：
講授、討論并輔以多媒體演示及網絡環境下的自學等多種形式的教學方法。體現STS教育和綜合化的思路，有效合理地應用各種教育教學手段，豐富學生的學習方式，優化教學過程 。
教學器材：
網絡設備及相應的教學軟件。
教學過程 ：
●引入新課
在科學技術欠發達的古代，"嫦娥奔月"只能是美麗的傳說。
1957年10月4日，前蘇聯成功地發射了第一顆人造地球衛星，從而開創人類的航天新紀元；1961年4月12日，前蘇聯成功地發射了第一艘"東方號"載人飛船，尤里·加加林成為人類第一位航天員，揭開了人類進入太空的序幕；1969年7月20日，美國航天員阿姆特朗和奧爾德林駕駛"阿波羅"11號飛船的登陸艙降落在月球赤道附近的靜海區，首次實現了人類登上月球的理想……
人類進入了航天時代。這節課我們就來學習人造地球衛星方面的基本知識。
【板書】§6.5 人造衛星 宇宙速度
●新課講授
離地面一定高度的物體以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物體將做平拋運動即最終要落回地面。但如果射出的速度增加，會發生什么情況呢？
【板書】 一、人造地球衛星
演示牛頓設想原理圖。由于拋出速度不同，物體的落點也不同。當拋出速度達到一定大小，物體就不會落回地面，而是在引力作用下繞地球旋轉，成為繞地球運動的人造衛星。
那么，速度多大時，物體將不會落回地面而成為繞地球旋轉的衛星呢？
【板書】 二、宇宙速度
下面討論人造衛星繞地球運動的速度。假如地球和人造衛星的質量分別為M 和m，衛星的軌道半徑和線速度分別為r和v，根據萬有引力提供向心力可知：

由此解出： v=
對于近地人造衛星，衛星的運轉半徑約等于地球半徑R，可求出：v=
將引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2和地球質量M=5.89×1024kg及地球半徑R=6.37×106m代入上式，可求得v1=7.9km/s 。這就是衛星繞地面附近作圓周運動所需的速度，叫第一宇宙速度，也稱環繞速度。
【板書】 1.第一宇宙速度(環繞速度) v1=7.9km/s
請學生根據所學的知識，推導第一宇宙速度的另一種表達式：v1=
推導：地面附近重力提供向心力：
即 mg=所以 v=
將R=6.37×106m, g=9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍為7.9km/s。
如果人造地球衛星進入軌道的水平速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它繞地球運動的軌道就不是圓，而是橢圓。當物體的速度等于或大于11.2km/s時，物體就可以掙脫地球引力的束縛，成為繞太陽運動的人造衛星。所以，11.2km/s 是衛星脫離地球的速度，這個速度叫作第二宇宙速度，也稱脫離速度。
【板書】 2.第二宇宙速度（脫離速度） v2=11.2km/s
達到第二宇宙速度的物體還受太陽引力的束縛，要想使物體掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個速度叫作第三宇宙速度，也稱逃逸速度。
【板書】 3.第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s
人造地球衛星的種類很多，有一種特別的衛星叫地球同步衛星。
【板書】 三、地球同步衛星
地球同步衛星是指其公轉周期和地球自轉的周期相等的衛星。地球同步衛星有幾個明顯的特點：（演示課件）
【板書】 特點：
周期一定--23小時56分4秒
方位一定--赤道上空
高度一定--3.6×107m
人造地球衛星有廣泛的應用。例如，靠人工進行資源調查，速度慢、效率低，調查和開發一個礦藏一般需要十幾年的時間。現在利用人造衛星進行調查，它一天繞地球轉十幾圈，在高空拍下衛星照片，回收下來，可以大面積了解全局，效率大大提高。例如，對北京以北十六萬平方公里地區的一次衛星勘察，就找到七個成礦預測區。
電視教育是培養人才的一種手段。但是電視靠中繼站轉播，每隔50km就要建一個中繼站，這要耗費大量的人力、物力。如果利用衛星傳播，象我們這樣幅員遼闊的國家，只要一顆同步通信衛星，邊遠地區也可以收看首都的電視節目。1984年4月我國發射的試驗通信衛星為我國通信事業的現代化開拓了極為廣闊的前景。1986年10月我國開始利用通信衛星進行電視教育廣播。
下面就請同學們利用網絡資源，上網查找有關人造衛星和航天方面的資料，增加對這方面知識的了解。并圍繞以下問題進行信息檢索：
1. 能否發射一顆相對靜止在北京上空的通信衛星？
2. 了解我國人造地球衛星的發展狀況。
3. 了解人造衛星的種類。
（學生上網）
● 鞏固練習
1. 一顆在圓形軌道上運行的人造地球衛星，軌道半徑為r，它的線速度大小為v，問:當衛星的軌道半徑增大到2r 時，它的線速度是多大？重力變為原來的多少倍？
2. 天文臺測得一顆衛星沿半徑為R的圓形軌道繞某行星轉動，周期為T，求衛星的向心加速度和行星的質量。
● 在線測試
做網頁上的試題，并可現場給出分數。
● 作業 
1. 復習本節課文及閱讀有關黑洞的知識。
2. 思考課本練習二第（4）、（5）、（6）題。
3. 練習二第（1）、（2）、（7）題做在練習本上。

說 明：
1. 本節教材從萬有引力提供向心力為出發點，講述了人造衛星的運行原理，推導了第一宇宙速度，了解了三個宇宙速度的含義。
2. 注意引導學生如何上網查資料，使學生在掌握本節內容的同時，學會正確利用網絡資源輔助自己的學習，優化了教學過程 。