人造卫星正式版

1、湖北省中学物理教学大赛孝感市选拔赛教案总课题万有引力定律及其应用II总课时2第2课时课题人造卫星课型复习讲授余利军学情分析天体运动是人类探索自然和宇宙奥秘的一个重要窗口，由于现 代航天技术、空间探测和深空探测的飞速发展，特别是我国航天事 业取得骄人成绩，力有引力与航天成为历年高考的重点与热点.考情分析近五年，以天体问题为背景的信息给予题在全国各类高考试卷 中频频出现，不仅考查学生对知识的掌握，而且考查考生从材料、 信息中获取有用信息的综合能力，多以选择题或计算题形式出现，题 目以中低难度为主。教学目标知识 与技能埋解万有引力定律与大体、人造卫星的运动规律之间的关联掌握用力有引力定律和牛顿运动定

2、律解决卫星运动问题的基本方 法和基本技能过程 与方法以“嫦娥奔月”为主线，贯穿人造卫星的发射、变轨和回收，引导 学生自己总结、归纳并建立和完善万有引力定律知识体系情感态度 与价值观了解万有引力定律在天文学上的重大应用认识、体会物理学理论对人类探索认识世界所起的重要作用教学重点同步卫星问题；能量问题及变轨道问题；万有引力定律的应用教学难点综合运用万有引力定律和牛顿运动定律解决大体运动问题教学过程教师活动学生活动预设与札记一、导入：观看“嫦娥奔月”影片剪辑，欲探究“嫦娥”是如何实现 奔月的，首先应弄清与人造卫星相关的三个问题：人造卫星有哪些动力学共性？地球同步卫星有哪些特点？卫星是如何实现发射、变

3、轨和回收的？复习归纳：【问题一】人造卫星有哪些共性？幻灯片展示各种各样的卫星。按轨道分类：赤道轨道卫 星，极地轨道卫星，其他轨道卫星；按用途分类：科学 卫星(用于科学探测和研究)，技术试验卫星(新技术 试验)，应用卫星(直接为人类服务，种类最多：通信 卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星等)人造卫星运动的基本原理:万有引力提供向心力.学生自由作答，在，情景 模拟中捡拾以前已学的 基础理论以影片剪辑场 影调动学生学习 兴趣和热情.引导学生回忆 基本理论，为接 下来探讨总结作 铺垫。教师活动学生活动预设与札记北f mv2GM rGM、一一J7加:a riL T: 7 T GM J3.动画展示不同轨道

4、卫星运动情况，并归纳人造地球卫星 基本规律：当r增大时，V、3、a减小，T增大.中心天体确定后，卫星运行的V、3、a、T由r唯一确定， 与卫星质量无关【学生训练】引导学生分析训练1，强化规律应用，并引导 学生思考问题二.【问题二】地球同步卫星有哪些特点？轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合.周期一定：与地球自转周期相同角速度一定：与地球自转的角速度相同.高度一定：卫星离地面高度he3.6X10朱m线速度大小一定：v R 3.1km/s绕行方向一定：与地球自转的方向一致.【学生训练】动画辅助让学生自行分析讲解训练2，引导 学生理解和区分人造地球卫星与赤道物体的规律差别.【问题三】卫星是如何实现发

5、射、变轨和回收的？以同步卫星发射为例，动画展示其发射、变轨过程.引导学生回忆并分析卫星处于不同轨道各物理量如何 变化.圆轨道和椭圆轨道的形成变轨过程中能量的变化【学生训练】动画辅助让学生自行分析训练3,小结规律.规律小结：(1)当G她=竺时，卫星将做圆周运动.卫星处于完全失 r 2r重状态.训练1: (2012广东高考 题改编)同一飞船分别 在轨道1、轨道2上均 做匀速圆周运动，相比 在轨道1，飞船在轨道2 上的(CD )动能大向心加速度大运行周期长角速度小轨道2，-一 、轨道 1、Z、 /XX、 一 -训练2： (2012 高考四 川卷改编)今年4月，西 昌卫星发射中心发射的 中圆轨道卫星B

6、，其轨 道半径为2.8X 107m.它 与另一颗同质量的同步 轨道卫星A (轨道半径为 4.2 X 107m)以及赤道上 同质量物体C比较(B )A、B发射速度都 是第一宇宙速度三者中B的角速 度最大三者中A的向心 力最小三者中C的动能 最大训练3：航天飞机在完 成对哈勃太空望远镜的 维修任务后，在A点短 时间开动小型发动机进 行变轨，从圆形轨道I 进入椭圆轨道II，B为 轨道II上的一点，如图检验学生分析 问题和应用规律 解题的能力。通过动画让学 生自我建立物理 模型，体会地球 卫星的线速度、 角速度、向心加 速度和周期均由 轨道半径决定.引导学生独立 思考问题并自行 总结物理规律。让学生进

7、一步 理解和区分人造 地球卫星与赤道 物体的规律差 另U，灵活运用。(2)当卫星由于某种原因速度大小突然改变时(开启或关 闭发动机或空气阻力作用)，万有引力不再等于向心力，卫星 将做变轨运行：当卫星的速度突然增加时，G竺 即万有引力大r2 r于所需要的向心力，卫星将做近心运动，脱离原来的圆轨道， 轨道半径变小，在这一过程中，因引力对其做正功，卫星进入 新的轨道稳定运行时其运行速度比原轨道时增大，导致其动能 将增大;卫星的发射和回收就是利用这一原理.(3)同样质量的卫星在不同高度轨道上的机械能不同。轨 道半径越大，即离地面越高，卫星具有的机械能越大，发射越 困难。【探究】“嫦娥一号”是如何实现“

8、奔月”的？动画模拟“嫦娥一号”发射、变轨和最后绕月飞行让学生自己分析卫星变轨中关键结点的物理量变化【总结提升】人造卫星问题的解题技巧利用万有引力提供向心力的不同表述形式：将卫星运动视为匀速圆周运动处理，万有引力充当向心力，再根据已知条件选择向心加速度的表达式，借助黄金代换式推导化简运算过程。Mm mv2m47i2r G= m(02r =ri rT 2G- = mg (黄金代换式)尸2解决力与运动关系的思想还是动力学思想，解决力与运动 的关系的桥梁还是牛顿第二定律.卫星的a、v、3、T是相互联系的，其中一个量发生变化，其他各量也随之发生变化.所示。下列说法中正确 的有(B)在轨道II上经过A的

9、加速度小于在轨道I上 经过A的加速度在轨道II上运动的周 期小于在轨道I上运动 的周期在轨道I上A点短时 间开动发动机后航天飞 机的动能增大了在轨道II上经过A的 机械能大于经过B的机 械能轨道I枷ii思考与讨论“嫦娥一号” 的“奔月”过程。【课后探究】：A、B、C 三个小球套在赤道上垂 直地面的光滑高竿上并 锁定，其中虚线为地球 同步轨道，在突然解锁 后，三小球将沿杆怎运 动？如果在三个小球处 各系一个单摆，三处摆 球将如何运动？让学生结合自 己总结的规律分 析和讲解具体题 目进一步理解卫 星变轨原理和能 量变化规律。通过动画模拟， 让学生思考、讨 论与分析实例中 涉及的物理情 景，并能用所

10、学 理论知识加以解 释。通过对本节知识 的归纳与总结， 引导学生完善万有引力定律 及其应用的总 体框架和解题思 路。发散学生思维, 提高学生分析问 题和解决问题的 能力a、v、3、T均与卫星的质量无关，只由轨道半径r和中 心天体质量共同决定.注意行星表面重力加速度、轨道重力加速度的区别.【课后探究】幻灯出示动画模型，布置任务学生课后完成分析 报告。图1作业：如图1所示，某次发射同步卫星时，先进入一个近地的圆轨道I, 然后在P点点火加速，进入椭圆形转移轨道II （该椭圆轨道的近地点 为近地圆轨道上的P,远地点为同步轨道上的Q）,到达远地点时再次自 动点火加速，进入同步轨道III。设卫星在近地圆轨道上运行的速率为 V ,在P点短时间加速后的速率为V ,沿转移轨道刚到达远地点Q时的 TOC o 1-5 h z 12速率为V ,在Q点短时间加速后进入同步轨道后的速率为V o试比较34V、V、V、V的大小，并用小于号将它们排列起来。1234检验学生应用万 有引力定律和牛 顿定律解题的综 合能力如图2所示，嫦娥一号卫星在地面发射后，通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫