运用信息技术构建创新物理课堂教学设计教案

1、文档编码 : CS2U7R7P1T2 HK4U5A9V8Y9 ZT9W7Q7Y8O8学习好资料 欢迎下载运用信息技术构建创新物理课堂教学设计教案课题：人造卫星 宇宙速度石河子市第一中学 王奔 832022 教材分析 1学问特点： 人造卫星是高一新教材第六章万有引力定律中的最终一 节课的内容,新教材的编排与原教材相比,稍有变动：由选修内容改编 为必修内容；删掉了原材料中的“ 人造卫星的应用” 和“ 航天技术的发 展” 的内容；加入了“ 向不同轨道发射卫星,火箭克服地球引力而做功 v= gR的推导放入课后的习题中；不同” 问题的分析；把第一宇宙速度 新教材针对高一同学的基础和接受才能,删减了部分内

2、容, 重点突出了“ 宇 宙速度” 的教学,并加强了规律的严密性；2学问位置： 人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例,是人类战胜自然的见证,表达了学问的力气,是同学学习明白现代科技知 识的一个极好素材；教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论,更是在其 中渗透了很多争辩实际物理问题的物理方法；因此,本节课是“ 万有引力 定律” 中的重点内容,是同学进一步学习争辩天体物理问题的理论基础；教学目标 ：一、学问目标 1、懂得人造卫星的发射原理；2、知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度；3、明白人造卫星的有关学问,正确懂得人造卫星做圆周运动时,各物理量 之间的关系；二、才能目标1、培养同学的

3、科学探究才能 2、培养同学的分析推理才能 三、情感目标 介绍我国人造卫星的进展史及航天事业进展的现状,激发同学的求知 欲和民族自豪感,培养同学的爱国热忱；设计思想 本节课是应用课,同学已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定 律等基本理论,具备明白决问题的基本工具；所以在设计中突动身挥同学 的主体作用；课堂中通过设疑摸索启示引导这样一条主线,让同学 通过自己的分析争辩来把握猎取相关的学问和方法；以多媒体技术为手段,以万有引力与向心力的“ 供需平稳” 关系为争辩基准,以逐步提高发射速 度为思维主线,激发鼓励同学的大胆摸索、积极参与充分拓展同学想象空 间,结合理性的数学运算,解决重点、难点问题；教

4、学重点 ：1、懂得人造卫星所需的向心力由地球的万有引力供应；2、把握第一宇宙速度的推导；学习好资料 欢迎下载教学难点 ：1、懂得人造卫星的发射速度与围绕速度的区分；2、应用力学学问分析人造卫星的运动 教学方法 ：启示式教学；多媒体帮忙教学 教具：多媒体课件、投影仪 教学过程 ：一、新课引入：（老师）地球是人类的摇篮,但是人不能永久生活在摇篮中；自古以来,人类远眺着广袤而深邃的星空,期盼着有朝一日能离开地球,飞向太空；中国古代就有嫦娥奔月的美丽传奇；早在十四世纪末,我国明朝一位名叫 万虎的人就做过首次升空的尝试；他在椅子上装上 47 枚大火箭,让人把自 己捆在椅子上,并两手各拿一个大风筝,试图借

5、助火箭的推力和风筝飞上 天,当火箭被点燃喷火后,这只被称为“ 飞龙” 的座椅一下冲出山头,并 急速上升,但没过多久,当火光消散后,飞龙突然下坠,撞毁在山下；万 虎的尝试虽然失败,但他以自己的鲜血和生命,勇敢和聪慧,宣告了人类 航天活动的开头,并鼓励后人去进行新的尝试,为了纪念这位航天先驱,在二十世纪六十岁月,国际天文联合会以“ 万虎山” 来命名月球上的一座 环形山,以表彰他对航天事业的贡献；今日,人类已经实现了登上月球的理想,我国也将在 2022 年实施登月 的“ 嫦娥工程” ,人类已进入新的航天时代,这节课我们就来学习有关卫星 的一些学问；（板书）第五节 人造卫星 宇宙速度 二、新课教学：1

6、 人造卫星（介绍） 1957 年 10 月,前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星,从今,开创了人类航天时代的新纪元我国在 1970 年 4 月 20 日发射了第一颗人 造地球卫星,现在已成为世界上第五个依靠自己力气研制成火箭发射卫星、第三个把握卫星回收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国家（课件出现）我国所发射的各种功能的卫星；（老师）人造地球卫星在各个领域中应用越来越广泛和深化,那么人造地 球卫星是怎样发 射升空的,它为什么绕地球运行而不会掉下来？（争辩）我们知道在地面上确定高度以初速度 0向水 平方向抛射出的物 体由于重力作用, 将会沿一条不断向下弯的曲线抛 物线运动, 最终落到地面上,

7、 物体的运动可以看作是它 同时参与了两个各自独立的分运动：沿水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动,运算：其射程可以这样学习好资料0t 欢迎下载s =h1 gt 22假如物体的初速度增大一倍,就它的射程也增大一倍,人们普遍认为,不论初速度多大,物体总会落到地面,这是由于地球引力作用的结果；但是同样在地球旁边的月球,也受到地球引力作用,为什么不掉向地球 呢？在上面的分析中,我们总是把地球表面看成是 理想平面,重力的大小和方向都是不变的, 当物体初 速度较小,射程不大时,这样处理是可以的,但是,地球实际上是一个球体,假如物体的初速度比较大,射程比较远, 上述处理就不精确了, 这是由于当抛出

8、 的物体沿曲线轨迹下落时,地面也沿着球面对下弯 曲,重力的方向也跟着转变了, 牛顿对物体的运动作 了进一步设想： 假如物体抛出的初速度更大些, 物体 就能抛的更远些,运动曲线向下弯曲的程度也小些,只要初速度足够大,使物体运动曲线的弯曲程度恰好和地球表面相同,就物体就永久落不到地面上；它将围绕地球旋转,成为一颗绕地球运动 的人造地球卫星；（多媒体动画出现牛顿假想图）那么人造卫星围绕地球转动时的速度究竟要有多大呢？2、宇宙速度：问题的提出 ： 地球近似看成圆,就人造卫星围绕地球旋转时做的是 什么运动？人造卫星做匀速圆周运动的向心力由谁供应？（1）第一宇宙速度 M,半径为 R；人造地球卫星在圆轨道上

9、运行,公式推导： 设地球质量为 质量为 m,轨道半径为 r；依据万有引力和圆周运动规律,引导同学分析、争辩,并自己独立求出卫星运转速度：2 GM m m v 2 r r由此得出 v GM（ 1）r从（1）式可以看出：卫星离地心越远,它运行的速度越慢；（提问争辩） 靠近地面时, r 的值近似等于多少？此时卫星运行速度是多 少？（同学在下面算） r R（地球半径） =6.37 10 6m,在（ 1）中把 r 用地球 半径代入,可以求出学习好资料欢迎下载（2）v1GM Rv 1GM6 . 6710115 . 8924 10m/s.79 km/sR6 . 37106这就是人造卫星在地面邻近绕地球做匀速

10、圆周运动所必需具有的速度,叫 第一宇宙速度；（争辩表达）第一宇宙速度的意义：a、人造地球卫星的最小发射速度；b、卫星围绕地球做匀速圆周运动的最大速度；（同学活动）请同学们利用所学过的学问来推导第一宇宙速度的另一表 达式：v1 Rg（）争辩比较第（）、（）、（）三个表达式,明确各自的含义： （）表达式为人造卫星线速度的运算式,适合任何情形,（）（）两个表达 式只适合近地卫星线速度的运算；假如卫星的速度小于第一宇宙速度,卫 星将落到地面而不能绕地球运转；等于这个速度卫星刚好能在地球表面附 近作匀速圆周运动；假如大于 7.9km/s,而小于 11.2km/s,卫星将沿椭圆轨 道绕地球运行,地心就成为

11、椭圆轨道的一个焦点（）其次宇宙速度（脱离速度） ：（多媒体课件出现） 当发射速度大于 7.9km/s 时卫星的运行情形；（表达）v=11.2km/s,是使物体摆脱地球引力束缚, 成为绕太阳运行的 人造卫星或飞到其他行星上去的最小发射速度；当 11.2km/sv16.7km/s 时,卫星脱离地球束缚,成为太阳系的一颗“ 小行星”；（）第三宇宙速度（逃逸速度） ：（表达）v=16.7km/s,是使物体摆脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的宇 宙空间去的最小发射速度； 当 v16.7km/s 时,假如人造天体具有这样的速 度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时,就可以摆脱地球和太阳引力的束 缚而邀游太空了

12、即跑到太阳系以外的宇宙空间中去；a、意义：使卫星摆脱地球的引力束缚,成为绕太阳运行的人造行星的 最小发射速度b、假如人造天体的速度大于 11.2km/s而于 16.7km/s,就它的运行轨道相对于太阳将椭圆,太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点动画出现三个宇宙速度 见右图 小 是3人造卫星的发射速度和运行速度人造卫星的发射速度与运行速度是两个 不学习好资料 欢迎下载同的概念（1）发射速度：所谓发射速度是指被发射物在地面邻近离开发射装置时的初速度,并且一旦发射后就再无能量补充,被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升确定的高度,进入运动轨道要发射一颗人造地球卫星,发射速度不能小于第一宇宙速度如发射速

13、度等于第一宇宙速度,卫星只能“ 贴着”地面近地运行假如要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行,就必需使发射速度大于第一宇宙速度（2）运行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“ 贴着” 地面运行时,运行速度等于第一宇宙速度依据可知,人造卫星距地面越高（即轨道半径 r 越大）,运行速度越小实际上,由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径,所以卫星的实际运行速度确定小于发射速度（3）人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小关系是：例 1：怎样正确懂得第一宇宙速度？【解析】第一宇宙速度也叫围绕速度它是在地面邻近绕地球做匀速圆周运动所必需具备的速度它即是人造地球卫星的最小发射速度,也

14、是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度学习好资料 欢迎下载第一宇宙速度既可由所以也可由由于地球自转所造成的物体所受的重力跟万有引力间的差异很小,可略去不计,所以因此第一宇宙速度的两种表达式是一样的例：甲、乙两个人造地球卫星都绕地球做匀速圆周运动,如它们的轨道半径之比为 9：1,它们的线速度之比是多少？【解析】当卫星在轨道上运转时,地球对卫星的引力是卫星做匀速圆周运动的向心力对卫星甲有对卫星乙有以上两式相除化简化得学习好资料 欢迎下载例：有两个人造地球卫星,都绕地球做匀速圆周运动,已知它们的轨道半径之比,求这两个卫星的：（ 1）线速度之比；（ 2）角速度之比；（ 3）向心加速度之比；（ 4

15、）运动周期之比【解析】（ 1）1：2 得（2）1：8 （3）1：16 （4）8：1 （1）由可以看出卫星的线速度与轨道半径的次方成反比,卫星的轨道半径越大, 线速度越小； 全部地球卫星的 都相同（2）由得可以看出卫星的角速度与轨道半径的次方成反比,卫星的轨道半径越大, 角速度越小； 全部地球卫星的 都相同（3）由 可以看出卫星的向心加速度与轨道半径的平方成反比,卫星的轨道半径越大,向心加速度越小（4）由得卫星的运行周期与轨道半径的次方成正比,卫星的轨道半径越大,周期越大；全部卫星的 都相同小结：卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力供应的,三种宇宙速度,学习好资料 欢迎下载同学摸索：

16、将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更简洁？为什么？所需要的发射速度,哪一个更大？为什么？发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？从能的角度,圆周运动的公式引导同学分析二者的不同；同学摸索： 我们刚争辩过,当卫星的轨道半径越大时,卫星绕地球旋转时的速度越慢,但向高轨道发射卫星却比向低轨道发射卫星要难,由于向高轨道发射卫星,火箭要克服地球引力做更多的功,需要消耗更多的能量学问巩固练习 、关于第一宇宙速度,下面说法中正确选项（、它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 、它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度bc）、它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度、它是卫星在椭圆轨道上运行时在近地点的速度、某宇航局试图发射一颗绕地球做圆周运动的卫星,设地球表面的重力加速度 9.8m/s2,以下设想中哪些是可以实现的？（bc）、围绕速度为 9.7km/s 、围绕速度为 6.5km/s C、周期为 12h 、周期为 1h 2mv3、一位同学依据向心力公式 F=R,如人造卫星质量 m不变,当轨道半径 r 增大 2 1时,人造卫星