3-3 飞向太空 教学设计

飞向太空
1教学目标
1、了解人造卫星的发射过程及火箭的特点
2、知道第一宇宙速度的定义，并且知道第一宇宙速度的计算方法
3、通过计算，了解同步卫星的特点，并进一步熟悉万有引力定律的应用
4、通过观看嫦娥二号的模拟视频，了解卫星变轨的原理
2学情分析
学生在上一堂课已经学会了万有引力的基本应用，已经初步接触了卫星的运行问题，懂得F万=F向，F万=mg，mg=F向等方程的应用。在此基础上，再学习宇宙速度、同步卫星及卫星变轨问题，既是知识的深化，又能巩固前一节课的知识。
3重点难点
【重点】
1、第一宇宙速度的计算
2、同步卫星的特点
【难点】卫星变轨原理
4教学过程
4.1
第一学时
4.1.1教学活动
活动1【导入】一、引入
介绍三百多年前牛顿对卫星发射的猜想。
活动2【讲授】二、第一宇宙速度
1、根据牛顿的猜想，物体若能围绕地球做圆周运动，那么圆周运动所需要的向心力，是由什么力提供呢？（生答：万有引力）
2、引导学生写出方程：GMm/R2=mv2/R，其中R为地球半径（因为此时物体离地面还是很近）
3、要求学生写出v的表达式：
4、告诉学生结果：v1=7.9km/s
5、该结果的物理意义：①从发射卫星的角度来看，如果速度小于7.9km/s，则物体会掉回地面，故v1是物体成为卫星的最小发射速度；②从已经成为卫星的角度来看，根据
可知，离地球越近，线速度越大，故v1由是最大的环绕速度。
6、根据方程可知，第一宇宙速度与星球的质量M及半径r有关，故不同的星球的第一宇宙速度一般不同
活动3【讲授】三、同时介绍三个宇宙速度
1、第一宇宙速度7.9km/s：成为地球卫星的最小发射速度
2、第二宇宙速度11.2km/s：脱离地球，成为太阳的人造行星或飞到其他行星所必须的最小发射速度
3、第三宇宙速度16.7km/s：从地面发射，脱离太阳系的最小发射速度
活动4【讲授】四、卫星发射的动力来源——火箭
通过观看关于火箭发射过程的视频，了解火箭的特点
活动5【讲授】五、人造卫星的运动
1、轨道：可以是圆，也可以是椭圆
2、轨道位置：轨道平面必须过地心
3、同步卫星：①介绍什么是同步卫星——与地球相对静止（周期为24h）；②分析轨道可能的位置：根据两个特点（轨道平面必须过地心及与地球相对静止）得到：必须在赤道上方；③根据
可知
，即所有同步卫星r相同，也就意味着高度相同；通知又由
可知，所有同步卫星的v和w都相同。列牛顿第二定律方程时，发现m都可以消掉，故同步卫星的质量m可以不同。
活动6【练习】六、习题
1、已知地球的质量为M，半径为R，地球同步卫星的质量为m，引力常数为G，关于同步卫星，下列描述正确的是：（
）
A、这颗同步卫星可能在广州的正上方
B、同步卫星的运行速度小于第一宇宙速度
C、同步卫星受到的万有引力为
D、同步卫星向心加速度小于地球表面的重力加速度
2、已知地球同步卫星的轨道半径是地球半径的k倍，则（
）
A、第一宇宙速度是同步卫星运行线速度的k倍
B、第一宇宙速度是同步卫星运行线速度的
倍
C、地球表面附近的重力加速度是同步卫星向心加速度的k倍
D、地球表面附近的重力加速度是同步卫星向心加速度的k2倍
活动7【讲授】七、卫星变轨问题
1、观看嫦娥二号的模拟视频
2、回顾离心运动的条件：合力突然消失或者合力不足以提供向心力
3、引导学生思考：原本满足
，若要离心，则需出现
，意味着我们只要瞬间加速，就能出现离心现象。
4、瞬间加速，卫星出现离心现象，但在远离圆心过程中，速度在减小而且速度方向在不断变化，当速度方向与地面平行时，卫星又会向地球运动，从而形成一个椭圆的轨道。
5、问：如果想由椭圆轨道变成一个大圆的轨道，需要做什么事情？生答：再一次加速。
6、高轨变低轨是反过程
活动8【练习】八、习题
3、宇宙飞船在轨道上运行，由于地面指挥人员发现某一火箭残体的轨道与飞船轨道有一交点，通知宇航员某一时间飞船有可能与火箭残体相遇.宇航员随即开动飞船上的发动机使飞船加速，脱离原轨道，关于飞船的运动，下列说法正确的是(
)
A.飞船高度降低
B.飞船高度升高
C.飞船周期变小
D.飞船的向心加速度变大
4、如图：轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是(
)
A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度
C.卫星在轨道1上经过Q点时的速度小于它在轨道2上经过Q点时的速度
D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度
活动9【讲授】九、小结
1、第一宇宙速度
v1是卫星在星球表面做圆周运动的线速度。
v1是卫星的最小发射速度
v1是卫星的最大环绕速度
不同的星球有各自的第一宇宙速度
2、同步卫星：与地面相对静止的卫星
①都在赤道的正上方
②都与地球自转方向一致
③都有相同的周期、高度、线速度、角速度
变轨问题：
低轨变高轨：瞬间加速
高轨变低轨：瞬间减速
活动10【作业】十、课后作业
1、已知地球自转周期为T，地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常数为G，求同步卫星离地面的高度h。
2、地球与某行星质量之比为4:1，半径之比为2:1，求地球与该行星的第一宇宙速度之比