高中物理宇宙速度教案

高中物理宇宙速度教案

【篇一：3.《人造卫星宇宙速度》教案】

4．人造卫星宇宙速度

【教学目标】

1．知识与技能

（1）简单了解航天发展史，了解人造卫星的有关知识

（2）分析人造卫星的运动规律，能用所学知识求解卫星基本问题。（3）掌握三个宇宙速度的物理意义，会推导第一宇宙速度2．过程

与方法

（1）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力

（42）学习科学的思维方法，培养学生归纳、分析和推导及合理表

达能力。3．情感态度与价值观

介绍世界及我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的

激情，增强民族自信心和自豪感。

【教学重点】

1、对宇宙速度的理解，第一宇宙速度的推导。

2、根据万有引力提供人造卫星做圆周运动的向心力的进行相关计算【教学难点】

对运行速度及发射速度的理解与区分。学习本节要注意抓住人造卫

星运动特点，结合圆周运动知识及万有引力定律进行综合分析。

【教学方法】

把握几个典型问题，掌握解决问题的一般方法【教学过程】

第一课时

一、引入课题

仰望星空，浩瀚的宇宙苍穹给人以无限遐想，千百年来，人类一直

向往能插上翅膀飞出地球，去探索宇宙的奥秘，李白的“俱怀逸兴壮

思飞，欲上青天揽明月”是怎样的一种豪情？到今天这一梦想实现了吗？

世界上第一颗人造卫星的发射，揭开了人类探索宇宙的新篇章。二、新课

1．简介人造卫星的发展史

世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的？我国哪一年发

射了自己的人造卫星？迄今我国共发射了多少颗人造卫星？（从

1970年4月24日东方红一号的成功发射，到2007年10月24日

嫦娥一号发射，我国发射人造卫星和其他探测器60多个，他们分别

在通信，气象，探测，导航等多个领域发挥着重要作用）

通过展示图片介绍我国发射人造卫星的基本情况，包括数量，种类，用途。

2．人造卫星的规律

（1）定性分析人造卫星的运行规律

问：现在我们地球上空有这么多卫星，他们运行的速度一样吗？他

们是怎样被发射升空的？

观察：我国目前发射的部分卫星的运行规律的数据(见下表)：思考：（1）不同卫星的其运行轨道相同吗？（2）不同的卫星运行时有什

么规律？

（3）你能试着用你学过的知识解释为什么有这样的规律吗？教师引

导学生讨论发现规律：

①轨迹：椭圆，有的近似为圆。

（2）定量分析卫星运行的线速度、角速度、周期与高度的关系

基本思路：卫星围绕地球作匀速圆周运动，地球和卫星之间的引力

提供向心力。学生自主讨论推导：（1）由g

mm

(r+h)

mm

2

v2=m，得v=h↑，v↓

r+h2

（2）由g

r+hmm

2

gm

r+h3

=m2(r+h)，得t=（3）由g ∴当h↑，t↑ 2gmtr+h 教师帮助归纳小结：卫星绕地运转轨道半径越大，速度越小、角速度越小、周期越大。

（3）直观感受人造卫星的运动规律

演示课件：几颗不同轨道卫星同时绕地运行动画,从而直观判断以上

变化关系 3．例题解析

结合学生讨论引导学生从动力学角度解决问题。卫星近似做匀速圆

周运动，需要向心力，且向心力时刻指向圆心。所以地球与卫星之

间指向地心的万有引力提供向心力，所以卫星作圆周运动的圆心应

该是地心。

例2．如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3

颗卫星。（1）1．试比较三颗卫星的线速度、角速度、加速度、周期、万有引力的关系。（2）如果c 的速度增加，能否与同轨道的b

相撞。

学生思考、讨论后回答。

教师适当分析讲解。讲解重点：①指出万有引力因为不确定其质量，所以无法比较。②介绍美俄两国卫星相撞的原因（结合视频资料：

美俄两国卫星相撞的原因），指出太空垃圾的危害。

三、当堂训练

1．地球的半径为r，地面的重力加速度为g，一颗离地面高度为r

的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，则（）

a．卫星加速度的大小为

12gg

b．卫星运转的角速度为 24r

12r

4g

Ｃ．卫星运转的线速度为

2．两行星a、b各有一颗卫星a和b ，卫星的圆轨道接近各自行星

表面，如果两行星质量之比

ma：mb=p，两行星半径之比ra：rb＝q则两个卫星周期之比ta：

tb为 ( )

a．q?

q

p

b.q?p

c. p?

q p

d. q?qp

3．三颗人造地球卫星a、b、c在同一平面内沿不同的轨道绕地球

做匀速圆周运动，且绕行方向相同，已知ra＜rb＜rc 。若在某一时刻，它们正好运行到同一条直线上，如图所示。那么再经过卫星a

的四分之一周期时，卫星a、b、c的位置可能是（）

三、小结四、作业

第二课时

一、复习引课

1．万有引力定律的内容及应用：

2．人造卫星的运动规律及求解思路：

问：不同的轨道的卫星其速度不同，那人类是怎样将卫星发送到指定轨道上的呢？二、新课

4．卫星的发射原理

（1）介绍牛顿的卫星设想（flash）

思考并求解：物体需要多大的发射速度，才能不落加地面，刚好贴着地面运转？

教师点拨、帮助学生得出第一宇宙速度v1=7．9 km/s

5．宇宙速度

（1）第一宇宙速度v1=7．9 km/s

定义：人造卫星在地面附近绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度。

第一宇宙速度的计算方法：

方法一：地球对卫星的万有引力就是卫星做圆周运动的向心力．

g

mm

r+h2

v2

=m，v=

r+hgm

。当h↑，v↓， r+h

所以在地球表面附近卫星的速度是它运行的最大速度。其大小为r＞＞h

（地面附近）时，

v1=

3

的向心力．

v12

．当r＞＞h时．gh≈g mg=m

思考并讨论后回答：以第一宇宙速度发射卫星时其刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动，而如果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，即进入半径越大的轨道，所需要的发射v 越大。这与上节课得出的半径越大的轨道，所需要的运行速度v 越小矛盾吗？

简略介绍人造卫星的发射速度与运行速度。①发射速度

所谓发射速度是指被发射物在地面附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

服地球引力上升一定的高度，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。若发射速度等于第一宇宙

速度，卫星只能“贴着”地面近地运行。如果要使人造卫星在距地面

较高的轨道上运行，就必须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。根据运行速度一定小于发

射速度。

类比得出：

（2）第二宇宙速度（脱离速度）：

可知，人造卫星距地面越高（即轨道

3

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

①意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星

的最小发射速度。②如果人造天体的速度大于11．2km/s而小于16．7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点。（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：

①意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。

②如果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。

这个速度目前能做到吗？教师介绍以第三速度发射的探测器，先驱

者一号。

教师小结：只有你想不到的，没有你做不到的。随着科学技术的发展，我们探测太空的脚步会越走越快，越走越远。也许有一天我们

也能到其它星球旅游定居。但是今天我们就必须掌握一些必备知识。也就是我们这节课的重点。

6．两种最常见的卫星⑴近地卫星。

神舟号飞船的运行轨道离地面的高度为340km，线速度约7.6km/s，周期约90min。⑵同步卫星。

“同步”的含义就是和地球保持相对静止，所以其周期等于地球自转

周期，即t=24h。由式g

mm

r+h2

gm

7．卫星的超重和失重

（1）卫星进入轨道前加速过程，卫星上物体超重． (2)卫星进入轨

道后正常运转时，卫星上物体完全失重．

三、当堂训练

1．关于第一宇宙速度，下面说法有（）

a．它是人造卫星绕地球飞行的最小速度

Ｂ．它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最小速度Ｃ．它是人造卫

星绕地球飞行的最大速度

Ｄ．它是发射人造卫星进入近地圆轨道的最大速度

【篇二：宇宙速度教学设计】

现代教育技术课堂教学设计

【篇三：物理必修二宇宙航行教案2014】

宇宙航行 (教案)

三维教学目标：

知识与技能： 1．了解人造卫星的有关知识．

2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．

过程与方法：通过用万有引力定律推导第一宇宙速度．培养学生运

用知识解决

问题的能力

情感态度与价值观：1．通过介绍我国在卫星发射方面的情况．激发学生的爱

国热情．

2．感知人类探索宇宙的梦想．促使学生树立献身科学的人

生价值观．

教学重点及解决方法：第一宇宙速度的推导．

教学难点及解决方法：运行速率与轨道半径之间的关系．

教学内容：

一、教学引入：

1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的

新纪元。我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同

种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，99年发射了“神舟”号试验飞船。这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。（结合视频播放）

二、新课教学：

（一）牛顿的设想

（1）牛顿对人造卫星原理的描绘。

设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程

就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，

将和月球一样成为地球的一颗卫星。

（2）人造卫星绕地球运行的动力学原因。

人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造

卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。

（3）人造卫星的运行速度。

设地球质量为m，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提

供向心力，则

mmv2

g2=m，

rr

∴v= 可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。

提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？

（二）宇宙速度

（1）第一宇宙速度

⑴推导：

问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附

近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km。

分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引

力提供向心力：

2mmvg2=m， rr

得：v=

又∵mg=gmm r2

结论：如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为

一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于

7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。

⑵意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周

运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。（老师与学生一起

推导）

（2）第二宇宙速度

大小v2=11.2km/s。

意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小

发射速度，也称为脱离速度。

注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动

的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。

（3）第三宇宙速度。

大小：v3=16.7km/s。

意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作

椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，

卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。

3、人造卫星的发射速度与运行速度

（1）发射速度：

发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后

再无能量补充，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。

（2）运行速度：

运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当

卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨

道半径大于地球半径

时，运行速度小于第一宇宙速度。

4、同步卫星

m、r分别为地球的质量，半径）。代入数值得h=3.6?107m。

（老师讲解介绍并强调学生记住有关数据）

例题分析

【例题1】有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们

的轨道半径之比r1：r2＝4：1，求这颗卫星的：⑴线速度之比；⑵

角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。 mmv2解：⑴由

g2=

m得v=rr所以v1:v2=1:2 ⑵由gmm2=

⑵由g2=m2r rt

思考：能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？

（三）.梦想成真

(展示问题)

探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，那么梦想成真了吗?请同学们阅读教材“梦想成真”部分．

1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功．

1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了“东方一号”载人飞船．火箭点火起飞绕地球飞行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑．

1969年7月16日9时32分，“阿波罗11号”成功登临月球，蛾人

航天技术迅速发展．

1992年，中国载人航天工程正式启动．2003年10月15日9时，

我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第

一位航天员杨利伟送人太空．飞船绕地球飞行14圈后，于10月16

日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场．这次成功发射实现了中华

民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展

载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础．伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开

始了宇宙探索的新征程．（结合视频播放）

三、课堂小结：1、人造地球卫星

2、宇宙速度：第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度

3、梦想成真 ------飞出地球、实现太空梦想

布置作业：p48 问题与练习1、3

教学反思：宇宙速度是中学物理中的重要概念之一，尤其是第一

宇宙速度既要能够要已知的知识推导其大小是多少，更要注意它是

发射速度的最小值，是运行速度的最大值。学生对这一概念的理解

不够深刻，这需要老师通巧妙的方法让学生正确理解发射速度与运

行速度两个概念的关系。对于第二宇宙速度、第三宇宙速度只要求

了解其大小及意义，而拓展的第二、三宇宙速度大小的推理过程只

要求学有余力的同学去了解。飞出地球是人类的梦想，学生通过这

些内容的学习能够逐步了解中国甚至世界航天事业发展的概况，从

而进一步让学生真正意义上理解科学的伟大意义。