人造卫星宇宙速度教案
人造卫星宇宙速度
平谷区平谷中学分校李招娣
教学设计思路：
本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义．本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术的理论基础．引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理，进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维，发展的分析推理的能力．另外，学生通过了解人造卫星、宇宙速度，也将产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感．
学习任务分析：
通过对前几节知识的学习，学生对曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解．在此基础上，教师通过设计问题情境，引导学生探究，获得新知识．
学习者分析：
尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高．
教学目标：
一、知识与技能
了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用，培养学生科学服务于人类的意识．
二、过程与方法
学习科学的思维方法，发展思维的独立性，提高发散思维能力、分析推理能力和语言表达能力．
三、情感态度与价值观
在主动学习、合作探究的过程中，体验和谐、民主、愉悦的学习氛围，在探究中不断获得美的感受不断进步．
学习科学，热爱科学，增强民族自信心和自豪感．
教学准备：
多媒体电脑及相关软件．
可求出：
式：
所以
五人造卫星宇宙速度
人造卫星宇宙速度 一、素质教育目标 （一）知识教学点 1．了解人造卫星的有关发射、运行的知识 2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度 （二）能力训练点 培养学生对知识的转化能力 （三）德育渗透点 通过介绍我国航天技术的发展水平，激发他们学习科学知识的热情，培养他们的民族自豪感． （四）美育渗透点 通过对天体运动轨迹的描绘展示了物理图像的形式美． 二、学法引导 通过教师的讲解和分析，使学生了解人造卫星的运转原理及规律． 三、重点·难点·疑点及解决办法 1．重点 卫星运行的速度、周期、加速度 2．难点 卫星运动的速度和卫星发射速度的区别 3．疑点 同步通讯卫星为什么要定点在赤道正上方的确定轨道上？如何发射同步卫星？ 4．解决办法 理解万有引力是人造卫星做圆周运行的向心力，从而求得卫星的运动速度，周期，加速度就是由它离地心距离r惟一因素决定的． 四、课时安排 1课时 五、教具学具准备 自制同步卫星模型 六、师生互动活动设计 1．教师通过讲解、分析、介绍人造卫星的运动规律及相关的航天知识．
2．学生通过讨论，阅读相关的材料扩大知识面，通过例题的分析巩固知识． 七、教学步骤 （一）明确目标 （略） （二）重点、难点的学习与目标的完成过程 1．卫星运动的速度，周期，加速度． 卫星脱离助推火箭后，获得了一定的速度v ，设卫星绕地球做圆周运动，其运行半径为r ，根据万有引力等于向心力可得： G r v m r Mm 2 2= 等式两边都有m ，可以约去，说明卫星的速度与其质量无关，我们得到： r GM v = （1） 由22 )2(T m r Mm G π=·r 得： T ＝GM r 3 24π （2） 由G 2 r Mm ＝ma 得： a ＝G 2r M （3） 从公式（1）、（2）、（3）式中可以看出，地球卫星的运动情况（速度、周期、加速度）是由r 惟一决定的．轨道半径越大，卫星运行速度越小，周期越大，加速度越小；轨道半径越小，运行速度越大，周期越小，加速度越大．当卫星运动的半径等于地球半径为R 时，卫星运动速度，周期和速度的大小分别为：v ＝×310m ／s ，T ＝5100s ，a ＝／2 s ． 所以所有的人造地球卫星的运行速度v ＜×310m ／s ，运行周期T ＞5100s ，运行的加速度a ＜／2s ． 2．同步通讯卫星 同步通讯卫星从地面上看，它总是某地的正上方，因而它的运动周期和地球自转周期相同；且它的轨道必然要和赤道平面处在同一个平面内（让学生讨论同步卫星为什么要满足这
人造卫星 宇宙速度测试题及答案提示
高中一年级（下学期）物理学科测试试卷 （人造卫星 宇宙速度） 测试时间：120分钟 满分：100分 班级__________姓名__________成绩__________ 一、选择题（每题3分，共36分） 1．宇宙飞船进人一个围绕太阳运行的近乎圆形轨道上运动，如果轨道半径是地球轨道半径 的 9 倍 ， 那 么 宇 宙 飞 船 绕 太 阳 运 行 的 周 期 是 （ ） （A ）3年 （B ）9年 （C ）27年 （D ）81年 2．人造卫星由于受大气阻力，轨道半径逐渐减小，则线速度和周期变化情况为 （ ） （A ）线速度增大，周期增大 （B ）线速度增大，周期减小 （C ）线速度减小，周期增大 （D ）线速度减小，周期减小 3．某一颗人造卫星（同步）距地面高度为h ，设地球半径为R ，自转周期为T ，地面处的重力加速度为g ，则该同步卫星线速度大小为 （ ） （A ） g h R )(+ （B ） 2π（h ＋R ）／T （C ） )(2 h R g R + （D ） Rh 4．如图所示，发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送人同步圆轨道3。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 点时的加速度大于在轨道2上经过Q 点时的加速度 （D ）卫星在轨道2上经过P 点时的加速度大于它在轨道3上经过P 点的加速度 5．两颗人造地球卫星质量之比是1∶2，轨道半径之比是3∶1，则下述说法中，正确的是（ ） （A ）它们的周期之比是3∶1 （B ）它们的线速度之比是1∶3 （C ）它们的向心加速度之比是1∶9 （D ）它们的向心力之比是1∶9 6．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动，则（ ） （A ）根据公式v ＝ωr ，可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍 （B ）根据公式F= mv 2/r ，可知卫星所需的向心力减小到原来的1／2 （C ）根据公式F ＝GMm/r 2，可知地球提供的向心力将减小到原来的1／4
六年级科学下册 人造卫星与飞船第二
人造卫星与飞船第二课时 1．导入。 （1）提问：上节课，我们召开了科学讨论会，学习了书上的资料，谁能说一说人造卫星分哪几种？各有什么用途？ （2）谈话：今天我们将继续和大家共同研究这方面的知识。 2．继续研究人造卫星的相关知识。 （1）谈话：上次要求大家回家继续搜集人造卫星的资料，下面老师来了解一下大家搜集的情况。 （2）提问：你们又搜集了哪些资料？ （3）先来看看邮票中有关卫星的资料，谁来说一说你搜集了哪些有关卫星的邮票？邮票上面讲的是什么内容？ （4）将邮票展示给大家观察。 （5）小结。 （6）提问：同学们搜集了哪些卫星的图片？ （7）谈话：观察xx的图片。 （8）提问：图中是什么卫星，它有什么特点？ （9）小结：有关卫星的图片很多，图片可以告诉我们很多信息。书上的两幅图片分别是中国气象卫星——“风云”二号和世界上第一颗人造卫星——“斯普特尼克”一号。 3．了解不同的xx的不同用途。 （1）谈话：同学们看教材上的四幅图片，说出图中告诉了我们什么。 （2）教师提问：同是卫星传输的信息图片，我们看到的图片为什么完全不同？
（3）学生猜测，形成假设 可能是卫星的种类不同，或者是卫星的功能不同等等。 （4）教师出示相关资料，供学生学习。 （5）学生汇报学习结果。 （6）教师小结 不同的卫星有不同的用途，书中的几幅图分别是气象卫星和通讯卫星所拍摄的照片。 4．总结我们知道的人造卫星和用途。 （1）提问：我们学习了这么多，知道了哪些人造卫星？它们各有什么用途？ 1（2）谈话：请大家将自己所知道的填写在课本的54页。每总结出一条，就给自己评一个“优”。 看谁得的优多。 （3）学生活动，教师观察、巡视。 （4）学生汇报 （5）小结：通过研究同学们知道了人造卫星的种类很多，不同种类的卫星有不同的用途。 5．了解载人宇宙飞船的情况。 （1）提出问题：谁来说一说什么是宇宙飞船？ （2）小组讨论： （3）汇报讨论结果。 （4）谈话：说说你所知道的载人宇宙飞船的情况。
高中物理 第三章 万有引力定律 第4节 人造卫星 宇宙速度教学案 教科版必修2
第4节 人造卫星__宇宙速度 1．第一宇宙速度为7.9 km/s ，其意义为最小发 射速度或最大环绕速度。 2．第二宇宙速度为11.2 km/s ，其意义表示物 体脱离地球的束缚所需要的最小发射速度。 3．第三宇宙速度为16.7 km/s ，其意义为物体 脱离太阳引力的束缚所需的最小发射速度。 4．同步卫星的线速度、角速度、周期、轨道、向 心加速度均是一定的。 一、人造卫星 1．卫星：一些自然的或人工的在太空绕行星运动的物体。 2．原理：一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对它 的万有引力提供，即G M E m r 2＝m v 2 r ，则卫星在轨道上运行的线速度v ＝ GM E r 。 二、宇宙速度 1．第一宇宙速度 使卫星能环绕地球运行所需的最小发射速度，其大小为v 1＝7.9_km/s ，又称环绕速度。 2．第二宇宙速度 使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为v 2＝11.2_km/s ，又称脱离速度。 3．第三宇宙速度 使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系，从地球表面发射所需的最小速度，其大小为v 3 ＝16.7_km/s ，也叫逃逸速度。 1．自主思考——判一判 (1)在地面上发射人造卫星的最小速度是7.9 km/s 。(√) (2)绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的速度可以是10 km/s 。(×) (3)无论从哪个星球上发射卫星，发射速度都要大于7.9 km/s 。(×) (4)当发射速度v >7.9 km/s 时，卫星将脱离地球的吸引，不再绕地球运动。(×)
(5)如果在地面发射卫星的速度大于11.2 km/s，卫星会永远离开地球。(√) (6)要发射一颗人造月球卫星，在地面的发射速度应大于16.7 km/s。(×) 2．合作探究——议一议 (1)人造卫星能够绕地球转动而不落回地面，是否是由于卫星不再受到地球引力的作用？ 图3-4-1 提示：不是，卫星仍然受到地球引力的作用，但地球引力全部用来提供向心力。 (2)通常情况下，人造卫星总是向东发射的，为什么？ 提示：由于地球的自转由西向东，如果我们顺着地球自转的方向，即向东发射卫星，就可以充分利用地球自转的惯性，节省发射所需要的能量。 (3)“天宫一号”目标飞行器在距地面355 km的轨道上做圆周运动，它的线速度比7.9 km/s大还是小？ 提示：第一宇宙速度7.9 km/s是卫星(包括飞船)在地面上空做圆周运动飞行时的最大速度，是卫星紧贴地球表面飞行时的速度。“天宫一号”飞行器距离地面355 km，轨道半径大于地球半径，运行速度小于7.9 km/s。 人造卫星的运动规律 1．人造卫星的轨道：卫星绕地球做匀速圆周运动时，由地球对它的万有引力充当向心力。因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合，而这样的轨道有多种，其中比较特殊的有与赤道共面的赤道轨道和通过两极点上空的极地轨道。当然也存在着与赤道平面呈某一角度的圆轨道。如图3-4-2所示。 图3-4-2 2．人造卫星的运行规律：人造卫星的运行规律类似行星运行规律。
2020高考物理卫星运行规律与宇宙速度(解析版)
2020年高考物理备考微专题精准突破 专题2.7 卫星运行规律与宇宙速度 【专题诠释】 卫星运行规律及特点 1．卫星的轨道 (1)赤道轨道：卫星的轨道在赤道平面，同步卫星就是其中的一种． (2)极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面，如极地气象卫星． (3)其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道，且轨道平面一定通过地球的球心． 2．地球同步卫星的特点：六个“一定” 3．卫星的各物理量随轨道半径变化的规律 4．解决天体圆周运动问题的两条思路 (1)在中心天体表面或附近而又不涉及中心天体自转运动时，万有引力等于重力，即G Mm R 2＝mg ，整理得GM ＝gR 2，称为黄金代换．(g 表示天体表面的重力加速度) (2)天体运动的向心力来源于天体之间的万有引力，即 G Mm r 2＝m v 2r ＝mrω2 ＝m 4π2r T 2＝ma n .
宇宙速度的理解与计算 1．第一宇宙速度的推导 方法一：由G Mm R 2＝m v 2 1 R 得v 1＝ GM R ＝7.9×103 m/s. 方法二：由mg ＝m v 21 R 得v 1＝gR ＝7.9×103 m/s. 第一宇宙速度是发射地球人造卫星的最小速度，也是地球人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，T min ＝2π R g ≈85 min. 2．宇宙速度与运动轨迹的关系 (1)v 发＝7.9 km/s 时，卫星绕地球表面附近做匀速圆周运动． (2)7.9 km/s ＜v 发＜11.2 km/s ，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆． (3)11.2 km/s≤v 发＜16.7 km/s ，卫星绕太阳做椭圆运动． (4)v 发≥16.7 km/s ，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间． 【高考领航】 【2019·高考】1970年成功发射的“红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动。如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v 1、v 2，近地点到地心的距离为r ，地球质量为M ，引力常量为G 。则( ) A ．v 1>v 2，v 1＝ GM r B ．v 1>v 2，v 1> GM r C ．v 1 1．宇宙中两个星球可以组成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕球心连线的某点做周期相同的匀速圆周运动．根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法正确的是 A．双星相互间的万有引力增大B．双星做圆周运动的角速度不变 C．双星做圆周运动的周期增大D．双星做圆周运动的速度增大 2．两个靠近的天体称为双星，它们以两者连线上某点O为圆心做匀速圆周运动，其质量分别为m1、m2，如图所示，以下说法正确的是（） A.它们的角速度相同． B.线速度与质量成反比． C.向心力与质量的乘积成正比． D.轨道半径与质量成反比． 3 两个靠得很近的恒星称为双星，这两颗星必定以一定角速度绕二者连线上的某一点转动才不至于由于万有引力的作用而吸引在一起，已知两颗星的质量分别为M、m，相距为L，试求：（1）两颗星转动中心的位置；（2）这两颗星转动的周期。 4．两颗靠得很近的天体成为双星，它们都绕着两者连线上某点做匀速圆周运动，因而不至于由于万有引力而吸引在一起，以下说法正确的是（） A．它们做圆周运动的角速度之比与其质量成反比 B．它们做圆周运动的线速度之比与其半径成反比 C．它们做圆周运动的半径与其质量成正比 D．它们做圆周运动的半径与其质量成反比 5.宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船想与前面的空间站对接，飞船为了追上轨道空间站，可采取的方法是 A.飞船加速直到追上空间站，完成对接 B.飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上空间站完成对接 C.飞船加速至一个较高轨道再减速追上空间站完成对接 D.无论飞船采取何种措施，均不能与空间站对接 6发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道上，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P 点（如图所示），则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运动时，下列说法正确的是 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点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度 2019-2020学年高中物理《人造卫星宇宙速度》教案（2）教科版必 修2 设计思想： 本节内容是万有引力定律应用的重点内容，是匀速圆周运动和万有引力定律的结合。通过本节的学习，树立万有引力定律在天体运动中应用的基本思想，理清各物理量之间的关系，把握求解天体运动问题的基本思路和方法。在设计思想上力求起点低，更直观，体现新课标的理念。让学生充分参与课堂教学，真正成为课堂的主体。教学方法：讲授、讨论并辅以多媒体演示以及网络环境下的自学等多种形式的教学方法，体现STS教育和综合化思路，有效地利用各种教学手段，丰富学生的学习方法，优化教学过程。本节课的难点是第一宇宙速度的推导，先给学生一个物理情境，去推导一个运行速度，然后在辅以第一宇宙速度的概念，再去讨论第一宇宙速度的意义，这样学生更容易掌握，理解，更容易突破难点。 一、教学目标 （一）知识与技能 1了解人造卫星的发射与运行原理,知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度 2通过了解人造卫星的运行原理,认识万有引力定律对科学发展所起的作用,培养学生科学服务于人类的意识. （二）过程与方法i 1体验概念的形成过程 2培养学生自学和应用网络资源的能力。 3通过万有引力推导第一宇宙速度，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力 （三）情感、态度与价值观： 1通过介绍我国在卫星方面的知识，激发学生的爱国情怀 2感知人类探索宇宙的梦想，促使学生形成为献身科学的人生价值观。 3理解科学技术与社会的互动关系，同时培养学生科学的民主意识。 二、教学重点与难点 教学重点：人造卫星的发射和运行原理 教学难点：第一宇宙速度的推导 三教学内容的变化 1教学要求的区别 旧教材：演示牛顿设想原理图。由于抛出速度不同，物体的落点也不同。当抛出速度达到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球旋转，成为绕地球运动的人造卫星。那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的卫星呢？ 新教材：通过短片，图片，影象资料引入，更容易激发学生对本节内容的兴趣。 3旧教材中只有两副图，显得呆板，而新教材中有五副图且画面色彩丰富，更容易激发学生的兴趣并引起学生的注意。 人造卫星宇宙速度 平谷区平谷中学分校李招娣 教学设计思路： 本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义．本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术的理论基础．引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理，进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维，发展的分析推理的能力．另外，学生通过了解人造卫星、宇宙速度，也将产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感． 学习任务分析： 通过对前几节知识的学习，学生对曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解．在此基础上，教师通过设计问题情境，引导学生探究，获得新知识． 学习者分析： 尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高． 教学目标： 一、知识与技能 了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用，培养学生科学服务于人类的意识． 二、过程与方法 学习科学的思维方法，发展思维的独立性，提高发散思维能力、分析推理能力和语言表达能力． 三、情感态度与价值观 在主动学习、合作探究的过程中，体验和谐、民主、愉悦的学习氛围，在探究中不断获得美的感受不断进步． 学习科学，热爱科学，增强民族自信心和自豪感． 教学准备： 多媒体电脑及相关软件． 人类进入了航天时代．这节课我们就来学习人造地球卫星 方面的基本知识． § 3.4 人造卫星宇宙速度 进行新 课 问：离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由 于重力作用，物体将做平抛运动，即最终要落回地面．但如果 射出的速度增大，会发生什么情况呢？ 思考 演示牛 顿设想原理 图 一、人造地球卫星 由于抛出速度不同，物体的落点也不同．当抛出速度达 到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球 旋转，成为绕地球运动的人造卫星． 那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的 卫星呢？ 观察、分析 引导学 生讨论 二、宇宙速度 下面讨论人造卫星绕地球运动的速度．假如地球和人造卫 星的质量分别为M和m，卫星的轨道半径和线速度分别为r 和v，根据万有引力提供向心力，可解出 对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径R， 可求出： 将引力常量G＝6.67×10-11N·m2/kg2和地球质量M＝ 5.98× 1024kg 及地球半径 R＝ 6.37× 106m 代入上式，可求 得 讨论并推 导 （鄂教版）六年级科学下册教案 第四单元 人造卫星与飞船 一、教学目标 1.知道人造地球卫星、宇宙飞船是重要的探测宇宙的工具。 2.通过搜集资料、学习资料，了解人造地球卫星和宇宙飞船的种类和用途 3.通过开科学讨论会，培养同学们敢于发表不同意见的习惯、兴趣和能力 4.意识到人类对太空的认识随技术的进步而深化和拓展。 5.关注我国空间技术的最新发展。 二、教学准备 教师、学生搜集人造卫星和飞船的资料、邮票和图片 三、教学过程 第一课时 1.了解学生搜集资料情况。 （1）谈话：上次课要求同学们在家里搜集有关人造卫星与飞船的资料，现在请每一小组的组长检查一下。 （2）各组组长检查，教师巡视。 （3）各组汇报检查情况。 （4）教师小结。 2.组织学生召开科学讨论会。 （1）教师谈话：同学们根据自己搜集的资料，说一说你知道的人造卫星有哪些？它们各有什么用途？先在小组内交流，再请代表在全班交流。 （2）小组交流，并且每组组长做好纪录，将本组搜集的资料可以贴在大纸上。 教师巡视。 （3）每一组派代表上讲台交流，将本组搜集的资料贴在黑板上，同组同学可以补充，其他同学可以提出不同看法，有不同的观点可以展开讨论。当一组发言，讨论完毕后，下一组再发言，再讨论。 （4）讨论会开始，由科代表主持，教师可作为一分子参与讨论，有时可以给他们帮助。 （5）提问：通过开科学讨论会，你有哪些收获？ （6）小结：刚才同学们召开了一次非常有意义的科学讨论会，在讨论会上，每一组同学根据自己搜集的资料，谈了人造卫星的种类及用途，大家展开了激烈的讨论，发表了各自不同的看法。虽然有的同学的看法不一致，但每位同学都有自己的理由。通过讨论同学们对人造卫星的种类和用途有了更加深刻的认识，为探索太空，探索宇宙打下了坚实的基础。 3.学习课本资料。 （1）谈话：刚才大家讨论了人造卫星的种类和用途，下面大家看书52页，请大家仔细阅读这段资料，看看与我们刚才的讨论是否一样。 （2）学生阅读资料，教师巡视。 （3）提问：这段资料告诉了我们什么？ （4）学生汇报，其他同学补充。 （5）提问：这段资料告诉我们的信息与刚才大家的讨论有哪些相同和不同？（6）小结。按照卫星的用途，可以将卫星分为三类：科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。 人造卫星宇宙速度 教学目的: 1．了解人造卫星的有关知识 2．掌握第一宇宙速度的推导。了解第二、第三宇宙速度的意义。 教学重点：第一宇宙速度的推导 教学难点：发射速度与环绕速度的区别 教学方法:启发、讲授 教学过程： 一导入新课 1．问：在高山上用不同的水平初速度抛出一个物体，不计空气阻力，它们的落地点相同吗？ 学生：它们的落地点不同，速度越大，落地点离山脚越远.因为在同一座高山上抛出，它们在空中运动的时间相同，速度大的水平位移大，所以落地点也较远。 教师：假设被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？ 学生进行猜想。 教师总结，并用多媒体模拟。 如果地面上空有一个相对于地面静止的物体，它只受重力的作用，那么它就做自由落体运动，如果物体在空中具有一定的初速度，且初速度的方向与重力的方向垂直，那么它将做平抛运动，牛顿曾设想过：从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也一次比一次离山脚远，如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。 1970年4月24日,我国发射了第一颗人造地球卫星, 到现在我国已发射了多颗人造地球卫星。1975年,我国就掌握了使卫星返回地面的回收技术,成为世界上第三个掌握这种先进技术的国家。1984年4月8日, 我国发射了一颗试验通讯卫星, 把卫星准确地运送到指定位置的同步轨道上。这是一个难度非常大的多维控制问题.同步卫星的定点成功, 标志着我国在运载火箭和卫星技术方面已加入世界先进行列。近几年,我国一直利用火箭为其它国家发射卫星。这节课我们来学习人造地球卫星的基本知识。 2．人造卫星的分类 第4节人造卫星宇宙速度 教师活动教学内容学生活动 引入新课 § 3.4 人造卫星宇宙速度 进行新 课 问：离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由 于重力作用，物体将做平抛运动，即最终要落回地面．但如果 射出的速度增大，会发生什么情况呢？ 思考 演示牛 顿设想原理 图 一、人造地球卫星 由于抛出速度不同，物体的落点也不同．当抛出速度达 到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球 旋转，成为绕地球运动的人造卫星． 那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的 卫星呢？ 观察、分析 引导学 生讨论 二、宇宙速度 下面讨论人造卫星绕地球运动的速度．假如地球和人造卫 星的质量分别为 M 和 m，卫星的轨道半径和线速度分别为 r 和 v，根据万有引力提供向心力，可解出 对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径 R， 可求出： 将引力常量 G＝6.67×10-11N·m2/kg2和地球质量 M＝5.98 × 1024kg 及地球半径 R＝6.37× 106m 代入上式，可求得 v1 讨论并推 导 展示课 件并讲解 ＝ 7.9km/s．这就是卫星绕地面附近做圆周运动所需的速度， 叫第一宇宙速度，也称环绕速度． 【板书】 1. 第一宇宙速度 ( 环绕速度 ) v1＝ 7.9km/s 请学生根据所学知识，推导第一宇宙速度的另一种表达 式： 推导：地面附近重力提供向心力， 即所以 将 R＝6.37×106m , g＝ 9.8m/s2代入，求出第一宇宙速 度仍为 7.9km /s． 如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于 7.9km /s， 而小于 11.2km /s，它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭 圆．当物体的速度等于或大于 11.2km /s 时，物体就可以挣 脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星．所以， 11.2km /s 是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速 度，也称脱离速度． 观察、思考 人造卫星 宇宙速度 主讲人：市二中 周龙 教学目标： 认识目标：使学生了解人造卫星的有关知识,知道卫星的发射原理,知道三 个宇宙速度. 能力目标：会推导第一宇宙速度,理解v 、r 之间的关系,理解同步卫星必 须定点在赤道上方一定高度处. 情感目标：通过介绍我国航天事业的发展,加强学生的爱国主义教育. 教学过程：一、新课引入：课件展示：在地面上高度为h 的一点,以初速 度v 0向水平方向抛射的物体,将沿抛物线轨道落到地平面上. 二、授新课： （一）人造卫星的原理 课件展示：人造卫星的原理图 （二）宇宙速度： 设地球质量为m /,卫星质量为m,卫星到地面的距离为r,卫星的环绕速度为 v,则有： 对于靠近地面运行的人造卫星,可以认为轨道半径r 与地球的半径R 近似 R Gm v /= 将m /=5.89×1024kg,G=6.67×相等,则有： 10-11N.m 2/kg 2 R=6.37×106m 代入可将 或者：对于靠近地面运行的人造卫星,可以认为地球对卫星的引力差不多 等于卫星的重量mg,即：mg R m m G =21将 Gm /=gR 2将其代入R Gm v /= 将 gR v = 将g=9.8m/s 2 R=6.37×106m 代入得s km v /9.7= v=7.9km/s 第一宇宙速度绕地道行的最大环绕速度也是地球卫生的最小发射速度. V=11.2km/s 第二宇宙速度 卫星挣脱地球束缚的最小发射速度. V=16.7km/s 第三宇宙速度 卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度. 2、人造卫星的发射速度是决定其运行轨道的主要因素. 地球对人造卫星的万有引力为2/r m m G F = 人造卫星绕地球做圆周运动所需的向心力r v m F 2/ = ①当F=F /时,人造卫星轨道为圆形 ②当F 小学科学六年级下册《人造卫星与飞船》教案教学目标 1.知道人造地球卫星、宇宙飞船是重要的探测宇宙的工具。 2.通过搜集资料、学习资料，了解人造地球卫星和宇宙飞船的种类和用途 3.通过开科学讨论会，培养同学们敢于发表不同意见的习惯、兴趣和能力 4.意识到人类对太空的认识随技术的进步而深化和拓展。 5.关注我国空间技术的最新发展。 教学准备 教师、学生搜集人造卫星和飞船的资料、邮票和图片 教学建议 第一课时 1.了解学生搜集资料情况。 （1）谈话：上次课要求同学们在家里搜集有关人造卫星与飞船的资料，现在请每一小组的组长检查一下。 （2）各组组长检查，教师巡视。 （3）各组汇报检查情况。 （4）教师小结。 2.组织学生召开科学讨论会。 （1）教师谈话：同学们根据自己搜集的资料，说一说你知道的人造卫星有哪些？它们各有什么用途？先在小组内交流，再请代表在 全班交流。 （2）小组交流，并且每组组长做好纪录，将本组搜集的资料可以贴在大纸上。教师巡视。 （3）每一组派代表上讲台交流，将本组搜集的资料贴在黑板上，同组同学可以补充，其他同学可以提出不同看法，有不同的观点可以展开讨论。当一组发言，讨论完毕后，下一组再发言，再讨论。 （4）讨论会开始，由科代表主持，教师可作为一分子参与讨论，有时可以给他们帮助。 （5）提问：通过开科学讨论会，你有哪些收获？ （6）小结：刚才同学们召开了一次非常有意义的科学讨论会，在讨论会上，每一组同学根据自己搜集的资料，谈了人造卫星的种类及用途，大家展开了激烈的讨论，发表了各自不同的看法。虽然有的同学的看法不一致，但每位同学都有自己的理由。通过讨论同学们对人造卫星的种类和用途有了更加深刻的认识，为探索太空，探索宇宙打下了坚实的基础。 3.学习课本资料。 （1）谈话：刚才大家讨论了人造卫星的种类和用途，下面大家看书52页，请大家仔细阅读这段资料，看看与我们刚才的讨论是否一样。 （2）学生阅读资料，教师巡视。 （3）提问：这段资料告诉了我们什么？ （4）学生汇报，其他同学补充。 人造卫星宇宙速度物理教案 1、通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力； 通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情 本节的教学过程（）中在加强应用万有引力定律的同时，还应注重卫星的发射过程.请教师注意下列几个问题. 一、天体运动和人造卫星运动模型 二、地球同步卫星 三、卫星运行速度与轨道 卫星从发射升空到正常运行的连续过程，一般可分为几个阶段，每个阶段对应不同的轨道．例如发射轨道、转移轨道、运行轨道、同步轨道、返回轨道等．有些卫星的发射并不是直接到达运行轨道，而需要多次变轨．例如地球同步卫星就是先发射到近地的圆轨道上，再 变为椭圆形转移轨道，最后在椭圆形轨道的远地点变为同步轨道．因此发射过程需多级火箭推动． 教学方法：讨论法 教学用具：多媒体和计算机 问题： 1、地球绕太阳作什么运动？ 回答：近似看成匀速圆周运动． 2、谁提供了向心力？ 回答：地球与太阳间的万有引力． 3、人造卫星绕地球作什么运动？ 回答：近似看成匀速圆周运动． 4、谁提供了向心力？ 回答：卫星与地球间的万有引力． 请学生思考讨论下列问题： 例题1、根据观测，在土星外围有一个模糊不清的光环，试用力学方法判定土星的光环究竟是与土星相连的连续物，还是绕土星运转的小卫星群？ 分别请学生提出自己的方案并加以解释： 1、如果是连续物则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径成正比， 2、如果是卫星则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比，这个题可以让学生充分讨论． 问题：1、卫星是用什么发射升空的？ 回答：三级火箭 2、卫星是怎样用火箭发射升空的？ 3.4 人造卫星宇宙速度 重点和难点 人造卫星的分析 知识要点分析 1. 天体的运动是指由于受到中心天体的万有引力作用，绕中心天体所做的匀速圆周运动。它的特点是万有引力提供向心力： 2. 天体质量M、平均密度ρ的估算：测量出其它天体绕中心天体圆运动的半径R和周期T，若中心天体的半径为R0，则 ∴中心天体质量 中心天体密度 3. 重力是地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的。由于地球自转，地面上的物体随地球一起做匀速圆周运动，其旋转中心是地轴上的某点。旋转时所需向心力由万有引力的一个分力提供，另一个分力就是重力。但重力和万有引力差别很小，一般可认为二者相等。 4. 人造地球卫星一般是沿椭圆轨道运行，为使问题简化，我们认为卫星以一个恰当的速率绕地心做匀速圆周运动，地球对它的万有引力提供它圆运动所需向心力。 5. 卫星的绕行速度v、角速度ω、周期T都与轨道半径r有关： 由，得，可见r越大，v越小。当卫星贴地球表面绕行时，其速度最大，约为7.9km/s； 由，得，可见r越大，ω越小； 由，得，可见r越大，T越大。当卫星贴地球表面绕行 时，其周期最短，约为84分钟。 以上分析说明，轨道半径r是关键量，解决这类问题，抓住半径，就抓住了解题的关键。 6. 运行速度与发射速度：对于人造地球卫星，由算出的速度指的是人造地球卫星在轨道上的运行速度，其大小随轨道半径的增大而减小。但由于人造地球卫星发射过程中要克服地球引力做功，增大势能，所以将卫星发射到离地球越远的轨道上，在地面所需要的发射速度却越大。 关于第一宇宙速度的两种推导方法：（1）由，R为地球半径，M为地球质量，可得第一宇宙速度。（2）由，g为地表重力加速度，R为地 球半径，可得第一宇宙速度。 7. 地球同步卫星的特点：所谓同步卫星是指卫星与地球以同一角速度旋转，则卫星运行周期等于地球自转周期24小时。为了维持这种同步状态，卫星的轨道平面必定与地球的赤道平面重合。通过计算可知，地球同步卫星的轨道高度，在赤道上空36000km处。 例题分析 1. 已知地月距离r＝60R（R为地球半径），计算月球相对于地球的引力加速度g’。 分析：我们认为天体表面上物体所受的万有引力等于它在该星体上的重力，由此可以找到引力加速度的表达式，从而求解。 解答：设月球质量为m，地球质量为M，则由万有引力定律有 对于地球表面上质量为m0的物体，在忽略地球自转影响的情况下，重力等于地球对它 的万有引力，即 联立上述两式可解得 m/s2m/s2 说明：1. 由关系式可知，随圆运动半径的增大（即随距天体表面高度的增大）， 人造卫星和宇宙飞船的疾病阅读训练题及答案 茫茫太空中，生活着很多人造卫星和宇宙飞船，它们身处广袤的太空，难免会染上一些“疾病”。 人造卫星和宇宙飞船的“疾病”有好多种。 一种是“不治之症”。一般来说，人造卫星的运行轨道越高，寿命越长。我国在1970年发射的第一颗卫星，轨道高，已经几十岁了，仍在太空运行。一些低轨道的人造卫星，寿命短，有的才运行几个月，甚至只有几天，就像醉汉一样摇摇晃晃，姿态失控，最终陨落。这种“重症”，是很难治好的。 另一种是“小毛病”。1966年，前苏联向月球发射了一颗卫星——“月亮10号”。这颗卫星绕月飞行不久，就报废了。因为这颗卫星上用的是化学电池，电力用光了，也就失效了。其实，当时卫星上的仪器都完好无损，倘能派出“太空医生”，换上新电池，就不会报废。 也有的是“急性病”。1970年美国发射了“阿波罗13号”，起飞后46小时，飞船里的一个燃油箱爆炸了，使飞船无法完成太空科研任务。三名宇航员历尽艰辛，才使生了“急性病”的飞船溅落在太平洋上。卫星或飞船生“急性病”，需要“太空医生”及时赶来抢救。 谁是最合适的“太空医生”呢?1981年，美国“哥伦比亚”号航天飞机飞上太空，成功地进行了人类历史上第一次航天飞行。从此，航天飞机成为“太空医生”极其合适的“候选人”。 为什么人们会看中航天飞机呢? 这是因为航天飞机可以来回于地球和太空之间，一般可以重复使用100多次，使花钱如流水的空间科学活动大大降低了费用。据美国科学家统计，“阿波罗”太阳观测卫星发射5次，耗资达200多亿美元，而航天飞机飞行一次，大约只花费1000万美元，这比重新发射一颗卫星要合算得多。随着航天飞机技术的改进，它的飞行成本还将进一步降低。 另外，航天飞机返回之后，一般经过两星期检修，又可上天，使用方便。科学家建议，今后在发射宇宙飞船或人造卫星时，应同时让一架航天飞机进入待命状态，一旦飞船或卫星在发射后生了“急性病”，“太空医生”就立即出发，及时进行抢救。(根据有关材料改编) 7.给文章拟一个合适的标题。(2分) 8.根据本文提供的信息，完成下面表格。(4分) “疾病”类型病因结果 “不治之症”轨道低 “小毛病” “急性病”无法完成太空科研任务 9.文中划线句子说明了什么?(2分) 10.本文通篇采用了拟人和比喻来说明，请你说说这样说明有什么好处。(3 《人造卫星、宇宙速度》测验题B 一、选择题（每小题中至少有一个选项是正确的） 1．如图1所示，a 、b 、c 是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地 球卫星，a 、b 质量相同，且小于c 的质量，则 （ ） A ．b 所需向心力最小 B ．b 、c 周期相等，且大于a 的周期 C ．b 、c 的向心加速度相等，且大于a 的向心加速度 D ．b 、c 的线速度大小相等，且小于a 的线速度 2．绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星内，其内物体处于完全失重状 态，物体 （ ） A ．不受地球引力作用 B ．所受引力全部用来产生向心加速度 C ．加速度为零 D ．物体可在飞行器悬浮 3．两个行星各有一个卫星绕其表面运行，已知两个卫星的周期之比为1∶2，两行星半径之比为2∶1 ，则 （ ） A ．两行星密度之比为4∶1 B ．两行星质量之比为16∶1 C ．两行星表面处重力加速度之比为8∶1 D ．两卫星的速率之比为4∶1 4．地球上有两位相距非常远的观察者，都发现自己的正上方有一颗人造地球卫星，相对自己静止不动，则这两位观察者的位置以及两颗人造卫星到地球中心的距离可能是（ ） A ．一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离一定相等 B ．一人在南极，一人在北极，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍 C ．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离一定相等 D ．两人都在赤道上，两卫星到地球中心的距离可以不等，但应成整数倍 5．卫星在到达预定的圆周轨道之前，最后一节运载火箭仍和卫星连接在一起，卫星先在大气层外某一轨道a 上绕地球做匀速圆周运动，然后启动脱离装置，使卫星加速并实现星箭脱离，最后卫星到达预定轨道．星箭脱离后 （ ） A ．预定轨道比某一轨道a 离地面更高，卫星速度比脱离前大 B ．预定轨道比某一轨道a 离地面更低，卫星的运动周期变小 C ．预定轨道比某一轨道a 离地面更高，卫星的向心加速度变小 D ．卫星和火箭仍在同一轨道上运动，卫星的速度比火箭大 6．已知万有引力常量G ，某行星的半径和绕该星表面运行的卫星的周期，可以求得下面哪些量？ （ ） A ．该行星的质量 B ．该行星表面的重力加速度 C ．该行星的同步卫星离其表面的高度 D ．该行星的第一宇宙速度 7．设地面附近重力加速度为g ， 地球半径为R 0，人造地球卫星圆形运行轨道半径为R ，那么以下说法正确的是： ( ) A ．卫星在轨道上向心加速度大小为g R R 22 B ．卫星在轨道上运行速度大小为R g R 20 C ．卫星运行的角速度大小为 g R R 203 D ．卫星运行的周期为g R R 2 03 2 。 8．地球赤道上有一物体随地球的自转而做圆周运动，所受的向心力为F 1，向心加速度为a 1， 线速度为v 1，角速度为ω1；绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星（高度忽略）所受的向心力为F 2，向心加速度为a 2，线速度为v 2，角速度为ω2；地球同步卫星所受的向心力为F 3，向心加速度为a 3，线速度为v 3，角速度为ω3；地球表面重力加速度为g ，第一宇宙速度为v ，假设三者质量相等，则 （ ） A ．F 1=F 2＞F 3 B ．a 1=a 2=g ＞a 3 C ．v 1=v 2=v ＞v 3 D ．ω1=ω3＜ω2 图1 人造卫星 宇宙速度教学设计 课前预习： 1．第一宇宙速度是指卫星在__________绕地球做匀速圆周运动的速度，也是绕地球做匀 速圆周运动的____________速度．第一宇宙速度也是将卫星发射出去使其绕地球做圆周 运动所需要的________发射速度，其大小为________． 2．第二宇宙速度是指人造卫星不再绕地球运行，从地球表面发射所需的最小速度，其大 小为________． 3．第三宇宙速度是指使发射出去的卫星挣脱太阳________的束缚，飞到________外所需 要的最小发射速度，其大小为______． 4．人造地球卫星绕地球做圆周运动，其所受地球对它的______提供它做圆周运动的向心 力，则有：G Mm r 2＝________＝____________＝__________，由此可得v ＝_____________， ω＝____________，T ＝____________. 5．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其环绕速度可以是下列的哪些数据( ) A ．一定等于7.9 km/s B ．等于或小于7.9 km/s C ．一定大于7.9 km/s D ．介于7.9 km/s ～11.2 km/s 6．关于第一宇宙速度，以下叙述正确的是( ) A ．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B ．它是近地圆轨道上人造卫星运行的速度 C ．它是使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度 D ．它是人造卫星发射时的最大速度 7．假如一做圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增加到原来的2倍，且仍做圆周运动， 则下列说法正确的是( ) ①根据公式v ＝ωr 可知卫星运动的线速度将增大到原来的2倍 ②根据公式F ＝mv 2 r 可 知卫星所需的向心力将减小到原来的12 ③根据公式F ＝GMm r 2，可知地球提供的向心力 将减小到原来的1 4 ④根据上述②和③给出的公式，可知卫星运行的线速度将减小到原 来 的22 A ．①③ B ．②③ C ．②④ D ．③④ 课堂探究：（学生看书，讨论，做题，总结） 知识点一 第一宇宙速度 1．下列表述正确的是( ) A ．第一宇宙速度又叫环绕速度 B ．第一宇宙速度又叫脱离速度 C ．第一宇宙速度跟地球的质量无关 D ．第一宇宙速度跟地球的半径无关 2．恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径 较小，一般在7～20 km ，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km ，密度为 1.2×1017 kg/m 3 ，那么该中子星上的第一宇宙速度约为( )人造卫星和卫星中的追击问题
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