专题4：卫星的变轨问题（教学设计） 2023-2024学年高一物理同步讲练课堂（人教版2019必修第二册）

专题4：卫星的变轨问题（教学设计）2023-2024学年高一物理同步讲练课堂（人教版2019必修第二册）.主备人备课成员课程基本信息1.课程名称：卫星的变轨问题

2.教学年级和班级：2023-2024学年高一物理同步讲练课堂（人教版2019必修第二册）

3.授课时间：第15周第3节

4.教学时数：45分钟

核心素养目标分析本节课旨在通过卫星的变轨问题，培养学生的科学思维和科学探究能力，提高学生的物理学科核心素养。具体目标如下：

1.科学思维：通过分析卫星变轨的原理，培养学生的逻辑思维、抽象思维和创新思维，使其能够运用科学的方法分析和解决问题。

2.科学探究：通过观察卫星变轨的现象，引导学生运用实验和观察的方法，培养学生的实证意识和数据分析能力，使其能够从实践中得出结论。

3.科学态度：通过卫星变轨问题的学习，培养学生的科学态度和科学精神，使其能够积极探究科学问题，勇于面对挑战，注重事实和证据。

4.科学价值观：通过卫星变轨问题的学习，引导学生认识到物理科学对社会发展和人类生活的重要性，培养学生的科学责任感和使命感。重点难点及解决办法重点：

1.卫星变轨的原理和条件

2.卫星变轨过程中受力分析

3.卫星变轨问题在实际应用中的意义

难点：

1.卫星在变轨过程中受力分析及力的合成与分解

2.卫星变轨的计算和轨道参数的理解

3.卫星变轨问题在实际应用中的复杂性

解决办法：

1.对于卫星变轨的原理和条件，可以通过多媒体演示和实际案例分析来帮助学生理解和掌握。

2.对于卫星在变轨过程中的受力分析，可以利用物理实验和模拟实验来直观展示力的合成与分解，帮助学生理解和掌握。

3.对于卫星变轨的计算和轨道参数的理解，可以通过数学模型和实际案例来进行讲解和练习，引导学生运用数学知识解决物理问题。

4.对于卫星变轨问题在实际应用中的复杂性，可以结合时事新闻和科技发展，让学生了解卫星变轨在现代科技领域的应用和重要性，提高学生的学习兴趣和实际应用能力。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源1.软硬件资源：多媒体投影仪、白板、教学黑板、物理实验器材（如小车、细线、滑轮等）、计算器

2.课程平台：学校教学管理系统、物理学科教学平台

3.信息化资源：人教版2019必修第二册物理教材、教学PPT、卫星变轨问题相关视频资料、卫星轨道图示、物理学习软件

4.教学手段：讲解、演示、实验、讨论、小组合作、练习题、互动提问教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对卫星变轨问题的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们知道卫星变轨是什么吗？它与我们的生活有什么关系？”

展示一些关于卫星变轨的视频片段，让学生初步感受卫星变轨的魅力。

简短介绍卫星变轨的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.卫星变轨基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解卫星变轨的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解卫星变轨的定义，包括其主要组成元素或结构。

详细介绍卫星变轨的组成部分或功能，使用图表或示意图帮助学生理解。

3.卫星变轨案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解卫星变轨的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的卫星变轨案例进行分析。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解卫星变轨的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用卫星变轨解决实际问题。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与卫星变轨相关的主题进行深入讨论。

小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对卫星变轨的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调卫星变轨的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括卫星变轨的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调卫星变轨在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用卫星变轨。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于卫星变轨的短文或报告，以巩固学习效果。学生学习效果1.理解卫星变轨的基本概念和原理，包括卫星在变轨过程中的受力分析和力的合成与分解。

2.掌握卫星变轨的计算方法和轨道参数的理解，能够进行简单的卫星变轨问题计算。

3.了解卫星变轨在实际应用中的意义和重要性，认识到物理科学对社会发展和人类生活的影响。

4.培养学生的科学思维和科学探究能力，能够运用科学的方法分析和解决问题。

5.培养学生的实验观察能力和数据分析能力，能够运用实验和观察的方法来解决问题。

6.培养学生的科学态度和科学精神，积极探究科学问题，勇于面对挑战，注重事实和证据。

7.培养学生的合作能力和解决问题的能力，能够与他人合作进行讨论和解决问题。

8.提高学生的学习兴趣和实际应用能力，能够将所学知识应用到实际问题中。教学反思本节课结束后，我对教学过程进行了一些反思。

首先，我觉得在导入新课时，我成功地引起了学生的兴趣，他们对于卫星变轨的问题感到好奇，并且通过展示视频片段，学生初步感受到了卫星变轨的魅力。但是，我在导入时没有给出足够的时间让学生提出问题，下次我可以让学生在观看视频后提出他们的疑问，这样可以更好地激发他们的探索欲望。

其次，在卫星变轨基础知识讲解环节，我详细介绍了卫星变轨的基本概念和原理，使用图表和示意图帮助学生理解。但是，我在讲解时没有让学生积极参与，下次我可以鼓励学生提出自己的观点和问题，引导学生主动学习。

在卫星变轨案例分析环节，我选择了几个典型的案例进行分析，让学生深入了解卫星变轨的特性和重要性。但是，我没有给学生足够的时间来讨论这些案例，下次我可以增加学生讨论的时间，让他们更好地理解和应用所学知识。

在学生小组讨论环节，我给了学生足够的时间来讨论与卫星变轨相关的主题。学生积极参与，提出了很多有创意的想法和建议。但是，我没有给予每个小组足够的反馈和评价，下次我可以更加关注每个小组的讨论过程，并提供及时的反馈和指导。

在课堂展示与点评环节，学生能够很好地表达自己的观点，并且其他学生和教师也能够提出问题和建议。但是，我在点评时没有给予每个学生足够的肯定和鼓励，下次我可以更加积极地评价学生的表现，并鼓励他们继续努力。

最后，在课堂小结环节，我简要回顾了本节课的学习内容，并强调了卫星变轨的重要性和意义。但是，我没有给学生足够的时间来提出自己的疑问和问题，下次我可以让学生在小结环节提出问题，并给予及时的解答和指导。重点题型整理1.题型一：卫星变轨原理的应用

题目：一颗卫星在地球赤道上空以8000米/秒的速度做圆周运动，试求该卫星的轨道半径。

解答：根据卫星变轨原理，卫星的轨道半径可以通过以下公式计算：

\[r=\sqrt[3]{\frac{GMT^2}{4\pi^2}}\]

其中，\(G\)是万有引力常数，\(M\)是地球的质量，\(T\)是卫星的周期。由于卫星在赤道上空做圆周运动，其周期\(T\)可以通过以下公式计算：

\[T=\frac{2\pir}{v}\]

将卫星的速度\(v=8000\)米/秒和地球的质量\(M\)代入上述公式，可以求得卫星的轨道半径\(r\)。

2.题型二：卫星变轨过程中的受力分析

题目：一颗卫星从低轨道向高轨道变轨，忽略地球自转的影响，试分析卫星在变轨过程中受到的力。

解答：在卫星变轨过程中，卫星主要受到两个力的作用：地球的万有引力和卫星的向心力。地球的万有引力指向地心，而卫星的向心力指向卫星轨道的中心。当卫星从低轨道向高轨道变轨时，需要增加卫星的向心力，使其能够克服地球的万有引力，从而实现轨道的升高。这通常通过燃烧卫星的推进器来增加向心力，使卫星能够顺利变轨。

3.题型三：卫星变轨问题的实际应用

题目：卫星变轨技术在现代通信系统中扮演着重要的角色，请问卫星变轨技术在通信系统中的主要应用是什么？

解答：卫星变轨技术在通信系统中的主要应用包括：

1)卫星通信：通过卫星的中继，实现全球范围内的无线通信。

2)卫星电视：利用卫星传输电视信号，实现广播电视的覆盖。

3)卫星导航：通过卫星的导航信号，为地面用户提供精确的定位和导航服务。

4.题型四：卫星变轨问题的数学建模

题目：假设一颗卫星在地球同步轨道上以40000公里/小时的速度运行，请建立卫星运行轨迹的数学模型。

解答：卫星运行轨迹的数学模型可以通过以下方程表示：

\[\frac{GMm}{r^2}=\frac{mv^2}{r}\]

其中，\(G\)是万有引力常数，\(M\)是地球的质量，\(m\)是卫星的质量，\(r\)是卫星与地心的距离，\(v\)是卫星的速度。另外，卫星的轨道周期\(T\)与轨道半径\(r\)之间的关系可以通过以下公式表示：

\[T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}\]

5.题型五：卫星变轨问题的实际案例分析

题目：请分析国际空间站（ISS）的变轨过程，并解释其重要性。

解答：国际空间站的变轨过程是一个复杂的操作，涉及到多个因素的考虑。首先，空间站的轨道高度和倾角需要根据科学实验和宇航员的生活需求进行调整。其次，空间站变轨时需要考虑地球引力和空间站推进系统的相互作用。此外，空间站的变轨还需要与其他航天器和空间碎片保持安全的距离。通过精确的变轨操作，国际空间站能够继续为宇航员提供稳定的生活和工作环境，同时开展各种科学实验和技术测试。国际空间站的变轨过程对于空间科学研究和人类探索宇宙具有重要意义。课堂-通过提问：在课堂教学中，我会通过提问来了解学生对卫星变轨问题的理解程度。例如，我会问学生卫星变轨的原理是什么，卫星在变轨过程中受到哪些力的作用，以及卫星变轨在实际应用中有哪些重要意义。通过学生的回答，我可以了解他们对知识的掌握程度，并及时解答他们的疑惑。

-观察学生的参与度：在课堂教学中，我会观察学生是否积极参与讨论和提问，是否能够主动思考问题。如果学生在课堂上表现出消极态度，我会采取一些措施来激发他们的兴趣，例如通过实际案例分析、小组合作等方式，让学生更加投入到学习中。

-测试：在课堂的最后，我会进行一个小测试，测试学生对卫星变轨问题的理解和掌握程度。测试题目可以是选择题、填空题或解答题，通过测试结果，我可以了解学生对知识的掌握程度，及时发现问题并进行解决。

2.作业评价：

-认真批改作业：我会认真批改学生的作业，查看他们是