人造衛(wèi)星正式版

1、湖北省中學物理教學大賽孝感市選拔賽教案總課題萬有引力定律及其應用II總課時2第2課時課題人造衛(wèi)星課型復習講授余利軍學情分析天體運動是人類探索自然和宇宙奧秘的一個重要窗口，由于現(xiàn) 代航天技術、空間探測和深空探測的飛速發(fā)展，特別是我國航天事 業(yè)取得驕人成績，力有引力與航天成為歷年高考的重點與熱點.考情分析近五年，以天體問題為背景的信息給予題在全國各類高考試卷 中頻頻出現(xiàn)，不僅考查學生對知識的掌握，而且考查考生從材料、 信息中獲取有用信息的綜合能力，多以選擇題或計算題形式出現(xiàn)，題 目以中低難度為主。教學目標知識 與技能埋解萬有引力定律與大體、人造衛(wèi)星的運動規(guī)律之間的關聯(lián)掌握用力有引力定律和牛頓運動定

2、律解決衛(wèi)星運動問題的基本方 法和基本技能過程 與方法以“嫦娥奔月”為主線，貫穿人造衛(wèi)星的發(fā)射、變軌和回收，引導 學生自己總結、歸納并建立和完善萬有引力定律知識體系情感態(tài)度 與價值觀了解萬有引力定律在天文學上的重大應用認識、體會物理學理論對人類探索認識世界所起的重要作用教學重點同步衛(wèi)星問題；能量問題及變軌道問題；萬有引力定律的應用教學難點綜合運用萬有引力定律和牛頓運動定律解決大體運動問題教學過程教師活動學生活動預設與札記一、導入：觀看“嫦娥奔月”影片剪輯，欲探究“嫦娥”是如何實現(xiàn) 奔月的，首先應弄清與人造衛(wèi)星相關的三個問題：人造衛(wèi)星有哪些動力學共性？地球同步衛(wèi)星有哪些特點？衛(wèi)星是如何實現(xiàn)發(fā)射、變

3、軌和回收的？復習歸納：【問題一】人造衛(wèi)星有哪些共性？幻燈片展示各種各樣的衛(wèi)星。按軌道分類：赤道軌道衛(wèi) 星，極地軌道衛(wèi)星，其他軌道衛(wèi)星；按用途分類：科學 衛(wèi)星(用于科學探測和研究)，技術試驗衛(wèi)星(新技術 試驗)，應用衛(wèi)星(直接為人類服務，種類最多：通信 衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、導航衛(wèi)星等)人造衛(wèi)星運動的基本原理:萬有引力提供向心力.學生自由作答，在，情景 模擬中撿拾以前已學的 基礎理論以影片剪輯場 影調動學生學習 興趣和熱情.引導學生回憶 基本理論，為接 下來探討總結作 鋪墊。教師活動學生活動預設與札記北f mv2GM rGM、一一J7加:a riL T: 7 T GM J3.動畫展示不同軌道

4、衛(wèi)星運動情況，并歸納人造地球衛(wèi)星 基本規(guī)律：當r增大時，V、3、a減小，T增大.中心天體確定后，衛(wèi)星運行的V、3、a、T由r唯一確定， 與衛(wèi)星質量無關【學生訓練】引導學生分析訓練1，強化規(guī)律應用，并引導 學生思考問題二.【問題二】地球同步衛(wèi)星有哪些特點？軌道平面一定：軌道平面和赤道平面重合.周期一定：與地球自轉周期相同角速度一定：與地球自轉的角速度相同.高度一定：衛(wèi)星離地面高度he3.6X10朱m線速度大小一定：v R 3.1km/s繞行方向一定：與地球自轉的方向一致.【學生訓練】動畫輔助讓學生自行分析講解訓練2，引導 學生理解和區(qū)分人造地球衛(wèi)星與赤道物體的規(guī)律差別.【問題三】衛(wèi)星是如何實現(xiàn)發(fā)

5、射、變軌和回收的？以同步衛(wèi)星發(fā)射為例，動畫展示其發(fā)射、變軌過程.引導學生回憶并分析衛(wèi)星處于不同軌道各物理量如何 變化.圓軌道和橢圓軌道的形成變軌過程中能量的變化【學生訓練】動畫輔助讓學生自行分析訓練3,小結規(guī)律.規(guī)律小結：(1)當G她=竺時，衛(wèi)星將做圓周運動.衛(wèi)星處于完全失 r 2r重狀態(tài).訓練1: (2012廣東高考 題改編)同一飛船分別 在軌道1、軌道2上均 做勻速圓周運動，相比 在軌道1，飛船在軌道2 上的(CD )動能大向心加速度大運行周期長角速度小軌道2，-一 、軌道 1、Z、 /XX、 一 -訓練2： (2012 高考四 川卷改編)今年4月，西 昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射的 中圓軌道衛(wèi)星B

6、，其軌 道半徑為2.8X 107m.它 與另一顆同質量的同步 軌道衛(wèi)星A (軌道半徑為 4.2 X 107m)以及赤道上 同質量物體C比較(B )A、B發(fā)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的動能 最大訓練3：航天飛機在完 成對哈勃太空望遠鏡的 維修任務后，在A點短 時間開動小型發(fā)動機進 行變軌，從圓形軌道I 進入橢圓軌道II，B為 軌道II上的一點，如圖檢驗學生分析 問題和應用規(guī)律 解題的能力。通過動畫讓學 生自我建立物理 模型，體會地球 衛(wèi)星的線速度、 角速度、向心加 速度和周期均由 軌道半徑?jīng)Q定.引導學生獨立 思考問題并自行 總結物理規(guī)律。讓學生進

7、一步 理解和區(qū)分人造 地球衛(wèi)星與赤道 物體的規(guī)律差 另U，靈活運用。(2)當衛(wèi)星由于某種原因速度大小突然改變時(開啟或關 閉發(fā)動機或空氣阻力作用)，萬有引力不再等于向心力，衛(wèi)星 將做變軌運行：當衛(wèi)星的速度突然增加時，G竺 即萬有引力大r2 r于所需要的向心力，衛(wèi)星將做近心運動，脫離原來的圓軌道， 軌道半徑變小，在這一過程中，因引力對其做正功，衛(wèi)星進入 新的軌道穩(wěn)定運行時其運行速度比原軌道時增大，導致其動能 將增大;衛(wèi)星的發(fā)射和回收就是利用這一原理.(3)同樣質量的衛(wèi)星在不同高度軌道上的機械能不同。軌 道半徑越大，即離地面越高，衛(wèi)星具有的機械能越大，發(fā)射越 困難。【探究】“嫦娥一號”是如何實現(xiàn)“

8、奔月”的？動畫模擬“嫦娥一號”發(fā)射、變軌和最后繞月飛行讓學生自己分析衛(wèi)星變軌中關鍵結點的物理量變化【總結提升】人造衛(wèi)星問題的解題技巧利用萬有引力提供向心力的不同表述形式：將衛(wèi)星運動視為勻速圓周運動處理，萬有引力充當向心力，再根據(jù)已知條件選擇向心加速度的表達式，借助黃金代換式推導化簡運算過程。Mm mv2m47i2r G= m(02r =ri rT 2G- = mg (黃金代換式)尸2解決力與運動關系的思想還是動力學思想，解決力與運動 的關系的橋梁還是牛頓第二定律.衛(wèi)星的a、v、3、T是相互聯(lián)系的，其中一個量發(fā)生變化，其他各量也隨之發(fā)生變化.所示。下列說法中正確 的有(B)在軌道II上經(jīng)過A的

9、加速度小于在軌道I上 經(jīng)過A的加速度在軌道II上運動的周 期小于在軌道I上運動 的周期在軌道I上A點短時 間開動發(fā)動機后航天飛 機的動能增大了在軌道II上經(jīng)過A的 機械能大于經(jīng)過B的機 械能軌道I枷ii思考與討論“嫦娥一號” 的“奔月”過程?！菊n后探究】：A、B、C 三個小球套在赤道上垂 直地面的光滑高竿上并 鎖定，其中虛線為地球 同步軌道，在突然解鎖 后，三小球將沿桿怎運 動？如果在三個小球處 各系一個單擺，三處擺 球將如何運動？讓學生結合自 己總結的規(guī)律分 析和講解具體題 目進一步理解衛(wèi) 星變軌原理和能 量變化規(guī)律。通過動畫模擬， 讓學生思考、討 論與分析實例中 涉及的物理情 景，并能用所

10、學 理論知識加以解 釋。通過對本節(jié)知識 的歸納與總結， 引導學生完善萬有引力定律 及其應用的總 體框架和解題思 路。發(fā)散學生思維, 提高學生分析問 題和解決問題的 能力a、v、3、T均與衛(wèi)星的質量無關，只由軌道半徑r和中 心天體質量共同決定.注意行星表面重力加速度、軌道重力加速度的區(qū)別.【課后探究】幻燈出示動畫模型，布置任務學生課后完成分析 報告。圖1作業(yè)：如圖1所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星時，先進入一個近地的圓軌道I, 然后在P點點火加速，進入橢圓形轉移軌道II （該橢圓軌道的近地點 為近地圓軌道上的P,遠地點為同步軌道上的Q）,到達遠地點時再次自 動點火加速，進入同步軌道III。設衛(wèi)星在近地圓軌道上運行的速率為 V ,在P點短時間加速后的速率為V ,沿轉移軌道剛到達遠地點Q時的 TOC o 1-5 h z 12速率為V ,在Q點短時間加速后進入同步軌道后的速率為V o試比較34V、V、V、V的大小，并用小于號將它們排列起來。1234檢驗學生應用萬 有引力定律和牛 頓定律解題的綜 合能力如圖2所示，嫦娥一號衛(wèi)星在地面發(fā)射后，通過自帶的小型火箭多次變軌，進入地月轉移軌道，最終被月球引力捕獲，成為繞月衛(wèi)