山东省枣庄四中高三物理卫星与航天教案

1、百度文库-让每个人平等地提升自我课日33山东省枣庄四中高三物理卫星与航天教案适用年级高三/'所需课时1课时作者姓名单位联系电话电子邮箱概述本课时是在对前一部分 万有引力定理及应用 比较熟悉的基础上， 把研究的对象集中 在了卫星（飞行器）的发射、运行上，再次结合万有引力和向心力等知识，从理论上解释了 卫星的设想、发射、变轨、定轨等情况以及航天相关知识。故本节的内容将理论与实际稍作对应，能使学生能体会物理学之于科技的价值；而且每年的这部分的高考题大都是以航天新科技信息为背景的， 学好这一节，能使学生在心理上拉近理论与实用科技的距离，”能敢于利 用所学知识去抽象所见所闻。知识与技能1 .了解

2、人造卫星的有关知识2 .分析人造卫星的运动规律3 .掌握三个宇宙速度的物理意义，4 .会推导第一宇宙速度；5 .简单了解航天发展史；6 .能用所学知识求解卫星基本问题。过程与方法1 .培养学生观察数据分析数据的能力；2 .培养学生科学推理、探索能力；3.培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；、4.学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。情感态度与价值观介绍世界及我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情 重点!卫星运行的动力学特点规律，第一宇宙速度的推导。城 点|卫星的变轨过程的理解运行速度与发射速度的区别；第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星运行的

3、最大速度。P情分析学生E 用，所以* 得学生将一 节仍旧要生 仕字 对经常考缭 了也能找至 的参与度。甘于在本节前已经复可了万有引力定律及与其他知识点(主要是向心力)的综合应力于本节的知识接受有了一定的理论基础。 但是正是有了以前的练习， 所以往往使 一些之前既得的结论进行机械地错位挪用，结果容易造成了矛盾与混乱。所以这一艮调情景与原理的对应，/而'用结论，让学生能木好会一些概念和过程。L的活动上，主要通过问题引导，让学生自己去推导，体会结果得出的过程，笄针9的几个点， 设置了典型题目， 尽量给学生较多的时间去独立思考，这样即使做错|J错的根本。对十-些普遍存在的错误，引导学生去讨论、

4、彼此纠错，以提高学生哆房展师再进行梳理和强调，画龙点睛。悭学资源/导学京、多媒体投影评价设计1.通过课营2.通过例是老上学生对问题驱动的回答，检查学生对本节内容的预复习效果口的展示及讨论，检验学生对基本知识的理解和灵活应用、及自我剖析纠错能力。学习活动设计活动顺序及 时间安排学生活动教师活动设计意图问题驱动、自主学习展小交流、 合作探究(5min)问题在学案上，已经提前卜发：1 .试推导地球的第一宇宙速 度.已知地球半径为 6 400 km , 地球质量为x 10 kg ,力有引力 常量为X 10 11 Nl- m2/kg 2.2 .已知地球的半径为 R,质量为 M万有引力常量为G,试求出轨

5、道半径为r的卫星的线速度、角 速度和周期的表达式.3 .什么叫发射速度，发射速度 是否就是环绕速度？小组内简单交流，然后小组代表 展示组内研讨结果。引导、聆听、展示、剖析、强调通过学生的自主学 习及独立思考，检 验自己对几个概念 的的理解程度。-12 -知识梳理、 点拨归纳10min一.卫星的发射与宇宙速度1、第一宇宙速度牛顿设计卫星的最初模型（作图A、在地面附近处，给物体一个初速度（发射速度），速度越大，射程越远，当速度达到某一值时就可以绕地球 表面做匀速圆周运动而不会落回地面了，也就成为地球的一颗卫星了。第一宇宙速度：能使物体不落回地面的最小发射速度，产（学生推导）v JGM 7.9km/

6、s （R为地球半径） 进一步提问：（投影） 牛顿设想的卫星能实现吗？为什么？ 类似于地球，若其他天体也有的第一宇宙速度，其值使否也等于s? 若发射速度大于第一宇宙速度，则物体如何运动？ 卫星又如何进入大的圆轨道的呢？情景的回顾的引发 学生学生对原理的 应用，经历概念的 得出的过程，更能 体会概念的意义， 以便将来正确引用 概念。变换条件，设置问 题，引导学生应用 原理灵活思考，并 能承上启下。推得此时的速度v'此处，通过语言与 图像结合进行解 释，并渗透了科学 的思维方法，让学 生尽可能的从原理 上理解这种情况下 的受力与运动的。2、卫星的发射与入轨若发射速度大于第一宇宙速度，物体只在

7、引力作用 下会以地球为焦点，以发射点为长轴一端（近地点），绕着地球以椭圆轨道运动。在远离地球的过程中，速度 不断减小，直至达到远地点（即椭圆的长轴的另一端） ， 如果此时不采取任何措施， 则物体就会继续在引力作用 下加速返回近地点（类似于行星围绕太阳的运转）。设 远地点到地心距离为 r,由物体的运动可知，在远地点 处物体欲（相对以r为半径的圆）做向心运动，所以可问：如果想让物体在远地点，接着做以r为半径的匀速圆周运动，则需要采取什么措施？、答：在远地点 将其速度（很 短时间内）加速 到此处设问给学生留 2min思考讨论纠错 时间，目的为检验 学生对变轨的过程 和原理的理解是否 到位。以上就是卫

8、星的发射与入轨的全过程。进一步提问（投影）：/ 当卫星的在远地点的速度由 v'增为v"后，加速度是否变化了 ？若想让卫星的进入更高的圆轨道，可以怎么做？ 若想让卫星进入低些的圆轨道，又需要怎样做？根据学生对回答做出结论：第一宇宙速度是所有卫星发射速度中值最小的。3、第二、第三宇宙速度使物体一直远离地球不再绕地球转动（摆脱地球的 束缚）最小的发射速度，叫第二宇宙速度，值为s使物体摆脱太阳束缚的最小发射速度，叫第三宇宙 速度，其值为s。/二、卫星的运转（稳态）入轨后的卫星除了绕地球 做匀速圆周运动，其运动又 有什么特点呢？右图甲中三 个轨道，是否都能作为卫星 的运转轨道呢？右图乙

9、中三个卫星（质量不 等）的速度、角速度、周期 的大小关系如何？根据引力提供向心力的原 理，我们可以得到1 .卫星的轨道圆心一定是地心。 因为引力是指向地心的2Mm v 22Tt 2学生：分组讨论阐述观点教师：结合学生 讨论引导学生从动 力学角度解决问 题，并总结规律2 . Grr = mr= mrco = n（） r例题评析、 深化提高20min引导学生准确、灵 活应用条件、概念、 原理。这几个例题分别 针对于常见的两个 个考点。指导学生 先独立思考，再小 组讨论，最后表达 错误的根本原因， 梳理正确的解题思 路。转轨道半径越大，速度越小、角速度越小、周期越大 由此可以看出：第一宇宙速度也是环

10、绕速度中最大的值。3 .地球同步卫星的特点相对地面时静止的， 与地球自转的角速度、 周期 相同。轨道与赤道共面同心，且半径大小确定，即所有的地球同步卫星都运行在同一轨道上，且速率相等。进一步思考：若地球将来的自转角速度比现在快了，则已经发射的同步卫星将来还能同步吗？将来的同步卫星的轨道半 径将较之现在如何？考点一、涉及卫星变轨问题考点解读：在涉及卫星运行变轨问题中，一定要注意卫星所处的状态。卫星能够做匀速圆周运动的状态称为 稳态，此时满足 尸向=尸万，结合向心力公式即可判定 卫星的线速度、角速度、周期的大小比较问题.卫星 从一个稳定轨道变到另一稳定轨道的过程，称为变轨问题，应结合离心运动和近心

11、运动的知识以及能量守恒定律去解决.例1、某人造地球卫星因受高空稀薄空气的阻力作用，绕地球运转的轨道会慢慢改变，某次测量卫星的轨道此例题是主要比较 变轨后的稳态，但 其中也涉及变轨过 程中的动能变化， 这容易让一些粗心 的学生产生思维上 的混乱，矛盾。半径为ri,后来变为2（2<ri）,用 国、国表示卫星 在这两个轨道上的动能， Ti、T2表示卫星在这两个轨 道上的运行周期，则 （）A.52<国，T2<T1 B ,良<曰, T2>T1C.良汨1, T2<T1 D ,良>国, T2>T1解析：轨道的降低固然是因为空气阻力做负功，速度减 小的原因。在下

12、降的过程，又有引力做正功，所以由已 知条件出发，从做功的角度不能判断出动能的变化。但 由于此处比较的是两个相对稳定状态（都近似看做是匀速圆周运动），所以从引力恰好提供向心力的角度来进 行推导、比较。答案：C变式训练此题检验学生对几 个概念及变轨过程 的详细了解。2011年下半年，我国发射了 “天宫一号”目标飞行器， 随后发射神舟八号飞船与之进行第一次无人交会对 接.对接前“天宫一号”和“神舟八号”绕地球做匀速 圆周运动的位置如图所示，A代表“天宫一号”，B代表“神舟八号”，虚线为各自的轨道。由此判定 （）A. “天宫一号”发射速度应大于第二宇宙速度B. “天宫一号”的运行速度大于第一宇宙速度C

13、. “天宫一号”的周期大于“神舟八号”的周期D. “神舟八号”减速后有可能与“天宫一号”实现 对接 答案：C例2: 2010年10月26日21时27分，北京航天飞行控制中心对“嫦娥二号”卫星实施了降轨控制，约18分钟后，卫星成15公里的试验轨道，如图5为“嫦娥二功进入了远月点100公里、近月点 为在月球虹湾区拍摄图像做好准备.号”某次在近地点 A由轨道1变轨为轨道2的示意图，下列说法中正确的是（/厂）此题考查的知识点 较多，综合性较强。A. “嫦娥二号”在轨道、1的A点处应点火加速B. “嫦娥二号”在轨道1的A点处的速度比在轨道 2 的A点处的速度大能够检验学生有针C. “嫦娥二号”在轨道 1

14、的A点处的加速度比在轨对性灵活应用各种 原理的能力。道2的A点处的加速度大D. “嫦娥二号”在轨道 1的B点处的机械能比在轨 道2的C点处的机械能大解析：在A点处变速前后，飞船的受力没有变化，只受 引力，所以不论在那个轨道上的 A点，物体的加速度都 是一样的。但是很明显在 A处轨2的曲率半径大于轨道 1的，根据引力提供向心力，即可推得：由轨道 1变为 轨道2需要在A加速。由于加速前 B- A过程机械能守% 恒，加速后 Z C机械能也守恒，比较 B、C两点的机械 能即比较A点加速前后的机械能， 即B点的机械能小于 C点的机械能。答案：A考点二、混淆同步卫星、近地卫星、地球赤道上物体运动的特点例3

15、、如图所示，同步卫星与 地心的距离为r,运行速率为V1,向心加速度为a1；地球赤 道上的物体随地球自转的向V2,地球半径为 R则此题重点考察学生 对于信息的区分、 联系能力。心加速度为a2,第一宇宙速度为卜列比值正确的是R2=(r)解析本题中涉及三个物体，其已知量排列如下：地球同步卫星： 轨道半径 r,运行速率 V1,力口速度 a" 地球赤道上的物体：轨道半径 R加速度a2； |近地卫星：轨道半径 R,运行速率 V2.|对于卫星，其共同特点是万有引力提供向心力，有单对于同步卫星和地球赤道上的物体，其共同特点是角速度相等，有a=co2r，故0>R-答案 AD变式训练2011年4月

16、10日4时47分，我国在西昌卫星发射中心 用“长征三号甲”运载火箭，成功将第八颗北斗导航卫星送入太空轨道./“北斗”卫星导航定位系统将由5颗静止轨道卫星和/ 30颗非静止轨道卫星组成、，30颗非静 止轨道卫星中有 27颗是中轨道卫星，中轨道卫星平均 分布在倾角55度的三个平面上，轨道高度约为21 500此题除了考查上题 中的点以外，还考 查学生的审题、计 算能力，及沉着的 心理素质。公里，静止轨道卫星的高度约为36 000公里，地球半径约为6 400公里.已知、/(279)全球定位系统有 24颗卫星分布在绕地球的6个轨道上运行，距地面的高度都为2万千米.已知地球同步卫星离地面的高度为万千米，地

17、球半径约为 6400 km ,则 这些卫星的运行速度约为()A. s B . s C . s D . km/s",下列关于北斗导 424航 卫 星 的 说 法 正 确 的 是 ()A.静止轨道卫星的向心加速度比中轨道卫星大B.静止轨道卫星和中轨道卫星的线速度均大于地球的第一宇宙速度C.中轨道卫星的周期约为 hD.地球赤道上随地球自转物体的向心加速度比静止轨道卫星大1. 据媒体报道，嫦娥一号卫星环月工作轨道为圆轨道，轨道高度 200 km,运行周期127分钟.若还知 道引力常量和月球平均半径，仅利用以上条件不能求 出的是 ()A.月球表面的重力加速度B.月球对卫星的吸引力C.卫星绕月运

18、行的速度夯实基础、 当堂达标10min限时自测，展示答 案，学生自评，教 师点评。D.卫星绕月运行的加速度2. 据报道，“嫦娥一号”和“嫦娥二号”绕月飞 行器的圆形轨道距月球表面分别约为200 km和100 km,运行速率分别为 V1和V2.那么，V1和V2的比值为(月球半 径取 1 700 km)()4. “嫦娥二号”卫星已成、功发射，这次发射后卫星直接进入：/益近地点高度200公里、远地点高度 、 约38万公里的地月转移轨道直接奔月，当卫星到达月球附近的特定位置时，卫星就必 须“急刹车”，也就是近月制动，以确保卫星既能被 月球准确捕获，又不会撞上月球，并由此进入近月点100公里、周期12小时的椭圆轨道 a.再经过两次轨道 调整，进入100公里的近月圆轨道 b,轨道a和b相切 于 P点，如图所示，下列说法正确是 （）A. “嫦娥二号”卫星的发射速度大于km/s ,小于km/sB. “嫦娥二号”卫星的发射速度大于 km/sC. “嫦娥二号”卫星在轨道a、b上经过P点的速度 Va=VbD. “嫦娥二号”卫星在轨道a、b上经过P点的加速度分别为aa、ab