人造衛星 宇宙速度

教學目標 

知識目標：
1、通過對行星繞恒星的運動及衛星繞行星的運動的研究，使學生初步掌握研究此類問題的基本方法：萬有引力作為圓周運動的向心力；
2、使學生對人造衛星的發射、運行等狀況有初步了解，使多數學生在頭腦中建立起較正確的圖景；

能力目標
通過學習萬有引力定律在天文學上的應用，通過解世界和中國的航天事業的發展，了解世界上第一顆人造衛星、第一個宇宙飛船、第一個宇航員的知識，了解中國的神州一號、神州二號、神州三號的發射與回收，增強學生的愛國主義熱情.

情感目標
通過學習萬有引力定律在天文學上的應用，使學生真切感受到用自己所學的物理知識能解決天體問題，能解決實際問題，增強學生學習物理的熱情

教學建議

本節的教學過程 中在加強應用萬有引力定律的同時，還應注重衛星的發射過程.請教師注意下列幾個問題.
一、天體運動和人造衛星運動模型
二、地球同步衛星
三、衛星運行速度與軌道
衛星從發射升空到正常運行的連續過程，一般可分為幾個階段，每個階段對應不同的軌道.例如發射軌道、轉移軌道、運行軌道、同步軌道、返回軌道等.有些衛星的發射并不是直接到達運行軌道，而需要多次變軌.例如地球同步衛星就是先發射到近地的圓軌道上，再變為橢圓形轉移軌道，最后在橢圓形軌道的遠地點變為同步軌道.因此發射過程需多級火箭推動.

教學設計方案

教學重點：萬有引力定律的應用

教學難點 ：人造地球衛星的發射

教學方法：討論法

教學用具：多媒體和計算機

教學過程 ：

一、人造衛星的運動

問題：

1、地球繞太陽作什么運動？

回答：近似看成勻速圓周運動.

2、誰提供了向心力？

回答：地球與太陽間的萬有引力.

3、人造衛星繞地球作什么運動？

回答：近似看成勻速圓周運動.

4、誰提供了向心力？

回答：衛星與地球間的萬有引力.

請學生思考討論下列問題：

例題1、根據觀測，在土星外圍有一個模糊不清的光環，試用力學方法判定土星的光環究竟是與土星相連的連續物，還是繞土星運轉的小衛星群？

分別請學生提出自己的方案并加以解釋：

1、如果是連續物則：這些物體作勻速圓周運動的線速度與半徑成正比，

2、如果是衛星則：這些物體作勻速圓周運動的線速度與半徑的平方根成反比， 這個題可以讓學生充分討論.

二、人造衛星的發射

問題：1、衛星是用什么發射升空的？

回答：三級火箭

2、衛星是怎樣用火箭發射升空的？

學生可以討論并發表自己的觀點.

下面我們來看一道題目：

例題2、1999年11月21日，我國“神州”號宇宙飛船成功發射并收回，這是我國航天史上重要的里程碑.新型“長征”運載火箭，將重達8.4t的飛船向上送至近地軌道1，飛船與火箭分離后，在軌道1上以速度7.2km/s繞地球作勻速圓周運動.試回答下列問題：

（1）根據課文內容結合例題（2）（3）（4）問畫出圖示.

（2）軌道1離地的高度約為：

A、8000km     B、1600km      C、6400km       D、42000km

解：由萬有引力定律得：

解得： =1600km

故選（B）

（3）飛船在軌道1上運行幾周后，在 點開啟發動機短時間向外噴射高速氣體使飛船加速，關閉發動機后飛船沿橢圓軌道2運行，到達 點開啟發動機再次使飛船加速，使飛船速率符合圓軌道3的要求，進入軌道3后繞地球作圓周運動，利用同樣的方法使飛船離地球越來越遠，飛船在軌道2上從 點到 點過程中，速率將如何變化？

解：由萬有引力定律得：

解得：

所以飛船在軌道2上從 點到 點過程中，速率將減小.

（4）飛船在軌道1、2、3上正常運行時：

①飛船在軌道1上的速率與軌道3上的速率哪個大？為什么？

回答：軌道1上的速率大.

②飛船在軌道1上經過 點的加速度與飛船在軌道2上經過 點的加速度哪個大？為什么？

回答：一樣大

③飛船在軌道1上經過 點的加速度與飛船在軌道3上經過 點的加速度哪個大？為什么？

回答：軌道1上的加速度大.

探究活動
收集資料。組織學生編寫相關論文。
1、世界第一顆人造衛星到中國的第一顆人造衛星的歷史過程。
2、我國的人造衛星現在在天空中飛翔的有多少顆及它們的周期。