§人造衛星·宇宙速度教學設計設計意圖本節課重點講述人造衛星的發射原理，推導第一宇宙速度，介紹三個宇宙速度的含義。本節內容是萬有引力定律在天體運動中的具體運用，是航天科學技術理論基礎。引導學生運用科學的思維方法，探究人造衛星的發射原理，進行知識的正向遷移，順利、流暢地推導第一宇宙速度，有助于培養學生的發散思維、邏輯思維，發展分析推理的能力。另外，學生通過對人造衛星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產生對航天科學的熱愛，增強民族自信心和自豪感。學情分析：本班學生基礎較差但熱愛科學，學習積極性較高。師生關系和諧融洽，課堂氣氛活躍，敢于交流、討論，發表自己的觀點、看法。通過前面的學習，學生已對曲線運動的特點、萬有引力定律已有一定的了解。在此基礎上，通過教師合理誘導，按照遷移規律科學地設計問題情境，促進學生探究，獲得新知。盡管學生對天體運動的知識儲備不足，猜想可能缺乏科學性，表達也許欠妥。但只要始終參與到學習情境中，五官體驗激活思維，大膽猜想，敢于表達，就都能獲得發展和提高。教學目標知識與技能掌握衛星的速度、角速度、周期及半徑關系原理。會計算人造衛星的環繞速度.知道第二宇宙速度和第三宇宙速度.了解同步衛星的有關知識過程與方法由牛頓曾設想的人造衛星原理圖，結合萬有引力定律和勻速圓周運動的知識推出第一宇宙速度.從衛星要擺脫地球或太陽的引力而需要更大的發射速度出發，引出第二宇宙速度和第三宇宙速度.情感、態度與價值觀體會科學定律對人類探索未知世界的作用.教學重點、難點三、教學重點：（1）速度、角速度、周期與半徑關系及推導。（2）人造衛星的發射原理.四、教學難點：環繞速度計算和理解教學方法自主討論思考、推導、引導分析教具準備多媒體課件自制同步衛星模型教學活動[新課導入]

復習上節課內容：1、地球在作什么運動？人造地球衛星在作什么運動？通過展示圖片為學生建立清晰的圖景．2、作勻速圓周運動的向心力是誰提供的？地球與衛星間的萬有引力即由牛頓第二定律得：導出新課：問題：衛星繞地球做勻速圓周運動，那么其線速度、角速度、周期又是與什么因素有關系？

一、人造地球衛星的v、w、T、a與r的關系①衛星繞地球的線速度：②衛星繞地球的周期：③衛星繞地球的角速度：例、如圖所示，三顆人造地球衛星的質量Ma=Mb＜Mc，b與c半徑相同，則： （） A．線速度vb=vc＜va B．周期Tb=Tc＞Ta C．b與c的向心加速度大小相等，大于a的向心加速度D．b所需的向心力最小討論v、T與r之間的關系：學生：由于GM一定，r越小，線速度v越大，反之，r越大，v越小.即：r↑→v↓同理：r↑→T↑。結論：v,w,a，T的大小只跟r及M有關，與衛星本身質量m無關。1、當軌道半徑不變時，則衛星的周期不變、衛星的線速度不變、衛星的角速度也不變．2、軌道半徑r越大，周期為T越大，v,w,a越小。3、向心力大小除了與r及M有關外，還與m有關。課堂練習：1、一做勻速圓周運動的人造地球衛星的軌道半徑增大到原來的2倍，仍做勻速圓周運動，則： （） A．根據公式v=ωr，可知衛星的線速度增大到原來的2倍 B．根據公式F=mv2/r，可知衛星所需的向心力減小到原來的1/2 C．根據公式F=GMm/r2，可知地球提供的向心力將減小到原來的1/4 D．根據上述B和A給出的公式，可知衛星的線速度將減小到原來的√2/2提問：距地面越高的衛星運轉速率越小。那么，是向高軌道發射困難，還是向低軌道發射衛星困難呢？學生：向高軌道發射衛星比向低軌道發射衛星要困難，因為向高軌道發射衛星，火箭上升過程重要消耗更多的能量

課堂練習：2、假如地球和人造衛星的質量分別為M

和m，地球半徑為R，對于靠近地面運行的人造衛星，求它繞地球的速率對于靠近地面運行的人造衛星，可以認為此時的r近似等于地球的半徑R，則我們知道，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某一數值，則將成為地球衛星，這一速度（即衛星的最小發射速度）多大？

總結：這個速度就是人造衛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。也稱環繞速度。

注意:第一宇宙速度就是最大的運行速度和最小的發射速度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。

二、宇宙速度

1、第一宇宙速度v1=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推導：地面附近重力提供向心力：mg=mv2/r

將R=×106m,

g=s2代入，求出第一宇宙速度仍為s。

如果人造地球衛星進入軌道的水平速度大于s，而小于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，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。

2.第二宇宙速度（脫離速度）

v2=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s，這個速度叫作第三宇宙速度，也稱逃逸速度。

3.第三宇宙速度（逃逸速度）

v3=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。

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）

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×107m

地球同步衛星。1、同步的含義（引導學生分析）：與地球同步，同步衛星的公轉周期與地球自轉周期相同，即24小時。2、判斷軌道位置：有人說軌道必須在赤道正上方，對不對？學生分析：（提示：建立正確的物理模型，明確運動情景）假如不在赤道正上方，對衛星受力分析（畫圖），通過分析可知，衛星將向赤道移動，即此衛星不可能與地球同步。3、判斷軌道高度：讓學生自己推導：（依據的主要關系是向心力與萬有引力相等，且同步衛星的公轉周期是24小時）由（Ｒ＋ｈ）得：ｈ＝ｋｍ=５．６Ｒ由此可見，地球同步衛星距地面的高度是固定的，又因所有同步衛星只能位于赤道正上方，故所有地球同步衛星均位于同一軌道。課堂例題及練習3．可以發射一顆這樣的人造地球衛星，使其圓軌道A．與地球表面上某一緯度線(非赤道)是共面同心圓B．與地球表面上某一經度線所決定的圓是共面同心圓C．與地球表面上的赤道線是共面同心圓，且衛星相對地球表面是靜止的D．與地球表面上