人造衛(wèi)星正式版

1、湖北省中學(xué)物理教學(xué)大賽孝感市選拔賽教案總課題萬(wàn)有引力定律及其應(yīng)用II總課時(shí)2第2課時(shí)課題人造衛(wèi)星課型復(fù)習(xí)講授余利軍學(xué)情分析天體運(yùn)動(dòng)是人類探索自然和宇宙奧秘的一個(gè)重要窗口，由于現(xiàn) 代航天技術(shù)、空間探測(cè)和深空探測(cè)的飛速發(fā)展，特別是我國(guó)航天事 業(yè)取得驕人成績(jī)，力有引力與航天成為歷年高考的重點(diǎn)與熱點(diǎn).考情分析近五年，以天體問題為背景的信息給予題在全國(guó)各類高考試卷 中頻頻出現(xiàn)，不僅考查學(xué)生對(duì)知識(shí)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(jì)算題形式出現(xiàn)，題 目以中低難度為主。教學(xué)目標(biāo)知識(shí) 與技能埋解萬(wàn)有引力定律與大體、人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律之間的關(guān)聯(lián)掌握用力有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定

2、律解決衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)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(dǎo) 學(xué)生自己總結(jié)、歸納并建立和完善萬(wàn)有引力定律知識(shí)體系情感態(tài)度 與價(jià)值觀了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重大應(yīng)用認(rèn)識(shí)、體會(huì)物理學(xué)理論對(duì)人類探索認(rèn)識(shí)世界所起的重要作用教學(xué)重點(diǎn)同步衛(wèi)星問題；能量問題及變軌道問題；萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)綜合運(yùn)用萬(wàn)有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決大體運(yùn)動(dòng)問題教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)與札記一、導(dǎo)入：觀看“嫦娥奔月”影片剪輯，欲探究“嫦娥”是如何實(shí)現(xiàn) 奔月的，首先應(yīng)弄清與人造衛(wèi)星相關(guān)的三個(gè)問題：人造衛(wèi)星有哪些動(dòng)力學(xué)共性？地球同步衛(wèi)星有哪些特點(diǎn)？衛(wèi)星是如何實(shí)現(xiàn)發(fā)射、變

3、軌和回收的？復(fù)習(xí)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(xué) 衛(wèi)星(用于科學(xué)探測(cè)和研究)，技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星(新技術(shù) 試驗(yàn))，應(yīng)用衛(wèi)星(直接為人類服務(wù)，種類最多：通信 衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星等)人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本原理:萬(wàn)有引力提供向心力.學(xué)生自由作答，在，情景 模擬中撿拾以前已學(xué)的 基礎(chǔ)理論以影片剪輯場(chǎng) 影調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí) 興趣和熱情.引導(dǎo)學(xué)生回憶 基本理論，為接 下來(lái)探討總結(jié)作 鋪墊。教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)預(yù)設(shè)與札記北f mv2GM rGM、一一J7加:a riL T: 7 T GM J3.動(dòng)畫展示不同軌道

4、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)情況，并歸納人造地球衛(wèi)星 基本規(guī)律：當(dāng)r增大時(shí)，V、3、a減小，T增大.中心天體確定后，衛(wèi)星運(yùn)行的V、3、a、T由r唯一確定， 與衛(wèi)星質(zhì)量無(wú)關(guān)【學(xué)生訓(xùn)練】引導(dǎo)學(xué)生分析訓(xùn)練1，強(qiáng)化規(guī)律應(yīng)用，并引導(dǎo) 學(xué)生思考問題二.【問題二】地球同步衛(wèi)星有哪些特點(diǎn)？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(zhuǎn)周期相同角速度一定：與地球自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的方向一致.【學(xué)生訓(xùn)練】動(dòng)畫輔助讓學(xué)生自行分析講解訓(xùn)練2，引導(dǎo) 學(xué)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(shí)現(xiàn)發(fā)

5、射、變軌和回收的？以同步衛(wèi)星發(fā)射為例，動(dòng)畫展示其發(fā)射、變軌過程.引導(dǎo)學(xué)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(xué)生訓(xùn)練】動(dòng)畫輔助讓學(xué)生自行分析訓(xùn)練3,小結(jié)規(guī)律.規(guī)律小結(jié)：(1)當(dāng)G她=竺時(shí)，衛(wèi)星將做圓周運(yùn)動(dòng).衛(wèi)星處于完全失 r 2r重狀態(tài).訓(xùn)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(yùn)動(dòng)，相比 在軌道1，飛船在軌道2 上的(CD )動(dòng)能大向心加速度大運(yùn)行周期長(zhǎng)角速度小軌道2，-一 、軌道 1、Z、 /XX、 一 -訓(xùn)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(zhì)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(zhì)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(dòng)能 最大訓(xùn)練3：航天飛機(jī)在完 成對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的 維修任務(wù)后，在A點(diǎn)短 時(shí)間開動(dòng)小型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn) 行變軌，從圓形軌道I 進(jìn)入橢圓軌道II，B為 軌道II上的一點(diǎn)，如圖檢驗(yàn)學(xué)生分析 問題和應(yīng)用規(guī)律 解題的能力。通過動(dòng)畫讓學(xué) 生自我建立物理 模型，體會(huì)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(dǎo)學(xué)生獨(dú)立 思考問題并自行 總結(jié)物理規(guī)律。讓學(xué)生進(jìn)

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(yùn)用。(2)當(dāng)衛(wèi)星由于某種原因速度大小突然改變時(shí)(開啟或關(guān) 閉發(fā)動(dòng)機(jī)或空氣阻力作用)，萬(wàn)有引力不再等于向心力，衛(wèi)星 將做變軌運(yùn)行：當(dāng)衛(wèi)星的速度突然增加時(shí)，G竺 即萬(wàn)有引力大r2 r于所需要的向心力，衛(wèi)星將做近心運(yùn)動(dòng)，脫離原來(lái)的圓軌道， 軌道半徑變小，在這一過程中，因引力對(duì)其做正功，衛(wèi)星進(jìn)入 新的軌道穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)其運(yùn)行速度比原軌道時(shí)增大，導(dǎo)致其動(dòng)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(zhì)量的衛(wèi)星在不同高度軌道上的機(jī)械能不同。軌 道半徑越大，即離地面越高，衛(wèi)星具有的機(jī)械能越大，發(fā)射越 困難。【探究】“嫦娥一號(hào)”是如何實(shí)現(xiàn)“

8、奔月”的？動(dòng)畫模擬“嫦娥一號(hào)”發(fā)射、變軌和最后繞月飛行讓學(xué)生自己分析衛(wèi)星變軌中關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)的物理量變化【總結(jié)提升】人造衛(wèi)星問題的解題技巧利用萬(wàn)有引力提供向心力的不同表述形式：將衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)處理，萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，再根據(jù)已知條件選擇向心加速度的表達(dá)式，借助黃金代換式推導(dǎo)化簡(jiǎn)運(yùn)算過程。Mm mv2m47i2r G= m(02r =ri rT 2G- = mg (黃金代換式)尸2解決力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的思想還是動(dòng)力學(xué)思想，解決力與運(yùn)動(dòng) 的關(guān)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(gè)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(yùn)動(dòng)的周 期小于在軌道I上運(yùn)動(dòng) 的周期在軌道I上A點(diǎn)短時(shí) 間開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后航天飛 機(jī)的動(dòng)能增大了在軌道II上經(jīng)過A的 機(jī)械能大于經(jīng)過B的機(jī) 械能軌道I枷ii思考與討論“嫦娥一號(hào)” 的“奔月”過程。【課后探究】：A、B、C 三個(gè)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?qū)⒀貤U怎運(yùn) 動(dòng)？如果在三個(gè)小球處 各系一個(gè)單擺，三處擺 球?qū)⑷绾芜\(yùn)動(dòng)？讓學(xué)生結(jié)合自 己總結(jié)的規(guī)律分 析和講解具體題 目進(jìn)一步理解衛(wèi) 星變軌原理和能 量變化規(guī)律。通過動(dòng)畫模擬， 讓學(xué)生思考、討 論與分析實(shí)例中 涉及的物理情 景，并能用所

10、學(xué) 理論知識(shí)加以解 釋。通過對(duì)本節(jié)知識(shí) 的歸納與總結(jié)， 引導(dǎo)學(xué)生完善萬(wàn)有引力定律 及其應(yīng)用的總 體框架和解題思 路。發(fā)散學(xué)生思維, 提高學(xué)生分析問 題和解決問題的 能力a、v、3、T均與衛(wèi)星的質(zhì)量無(wú)關(guān)，只由軌道半徑r和中 心天體質(zhì)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(dòng)畫模型，布置任務(wù)學(xué)生課后完成分析 報(bào)告。圖1作業(yè)：如圖1所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星時(shí)，先進(jìn)入一個(gè)近地的圓軌道I, 然后在P點(diǎn)點(diǎn)火加速，進(jìn)入橢圓形轉(zhuǎn)移軌道II （該橢圓軌道的近地點(diǎn) 為近地圓軌道上的P,遠(yuǎn)地點(diǎn)為同步軌道上的Q）,到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)再次自 動(dòng)點(diǎn)火加速，進(jìn)入同步軌道III。設(shè)衛(wèi)星在近地圓軌道上運(yùn)行的速率為 V ,在P點(diǎn)短時(shí)間加速后的速率為V ,沿轉(zhuǎn)移軌道剛到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)的 TOC o 1-5 h z 12速率為V ,在Q點(diǎn)短時(shí)間加速后進(jìn)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(hào)將它們排列起來(lái)。1234檢驗(yàn)學(xué)生應(yīng)用萬(wàn) 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(hào)衛(wèi)星在地面發(fā)射后，通過自帶的小型火箭多次變軌，進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，最終被月球引力捕獲，成為繞月衛(wèi)