第一篇：高中物理《人造衛星宇宙速度》教案教科版解析

人造衛星 宇宙速度

教學目的:

1．了解人造衛星的有關知識

2．掌握第一宇宙速度的推導。了解第二、第三宇宙速度的意義。教學重點：第一宇宙速度的推導 教學難點：發射速度與環繞速度的區別 教學方法:啟發、講授 教學過程： 一 導入新課

1．問：在高山上用不同的水平初速度拋出一個物體，不計空氣阻力，它們的落地點相同嗎？

學生：它們的落地點不同，速度越大，落地點離山腳越遠.因為在同一座高山上拋出，它們在空中運動的時間相同，速度大的水平位移大，所以落地點也較遠。

教師：假設被拋出物體的速度足夠大，物體的運動情形又如何呢？ 學生進行猜想。

教師總結，并用多媒體模擬。

如果地面上空有一個相對于地面靜止的物體，它只受重力的作用，那么它就做自由落體運動，如果物體在空中具有一定的初速度，且初速度的方向與重力的方向垂直，那么它將做平拋運動，牛頓曾設想過：從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落地點也一次比一次離山腳遠，如果沒有空氣阻力，當速度足夠大時，物體就永遠不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉，成為一顆繞地球運動的人造地球衛星，簡稱人造衛星。1970年4月24日,我國發射了第一顆人造地球衛星, 到現在我國已發射了多顆人造地球衛星。1975年,我國就掌握了使衛星返回地面的回收技術,成為世界上第三個掌握這種先進技術的國家。1984年4月8日, 我國發射了一顆試驗通訊衛星, 把衛星準確地運送到指定位置的同步軌道上。這是一個難度非常大的多維控制問題.同步衛星的定點成功, 標志著我國在運載火箭和衛星技術方面已加入世界先進行列。近幾年,我國一直利用火箭為其它國家發射衛星。這節課我們來學習人造地球衛星的基本知識。

2．人造衛星的分類

a．軌道分類：同步衛星、極地衛星、任一軌道衛星。

b．用途分類：通訊衛星、軍事衛星、氣象衛星等等。3．同步衛星

1．軌道；一定在赤道上空。

2．必須有一定的高度、周期、線速度、角速度。（為什么？）

3．引入：那么人造衛星的軌道半徑和它的運動速率之間有什么關系呢？本節課我們就來學習這個問題。

二 新課教學

（一）宇宙速度

1．設一顆人造衛星沿圓形軌道繞地球運轉。

①教師：衛星繞地球運轉的向心力由什么力提供？

學生：由衛星所受地球的萬有引力來提供。

②據上述關系你能得到什么表達式？

學生：＝mr

③所以我們得到,T=2л

教師：在公式中，M為地球質量，G為引力恒量，r為衛星軌道半徑。此式為衛星繞地球正常運轉的線速度(環繞速度)和運行周期表達式。

2．討論v、T與r之間的關系：

學生：由于GM一定，r越小，線速度v越大，反之，r越大，v越小.即：r↑→v↓ 同理：r↑→T↑,對于人造衛星vmax=7.9km/s,Tmin=84.4min

教師：由此我們得到：距地面越高的衛星運轉速率越小。那么，是向高軌道發射困難，還是向低軌道發射衛星困難呢？

學生：向高軌道發射衛星比向低軌道發射衛星要困難，因為向高軌道發射衛星，火箭要克服地球對它的引力做更多的功。

3．對于靠近地面運行的人造衛星，求解它繞地球的速率

對于靠近地面運行的人造衛星，可以認為此時的r近似等于地球的半徑R，則

或者：mg=mv/r v

2==7.9km/s

教師：這個速度就是人造衛星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度。

4．討論：

①第一宇宙速度是衛星繞地球的最大速度，為什么？

②為什么說第一宇宙速度是發射人造衛星的最小速度

學生討論后，教師總結：

第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成：

(1)是發射衛星進入最低軌道所必須具有的最小速度。

(2)是衛星進入軌道正常運轉的最大環繞速度，即所有衛星的環繞速度均小于7.9km/s。

過渡：如果衛星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,此時衛星的運行軌道又如何呢？

5．教師講解，并用多媒體模擬：

①當人造衛星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,而小于11.2 km/s,它繞地球運動的軌跡就不是圓形，而是橢圓。

②當衛星從地面飛出時的速度大于或等于11.2km/s時，衛星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行，為太陽的行星這個速度叫做第二宇宙速度，也叫脫離速度。

③當衛星從地面上飛出時的速度大于或等于16.7km/s,則能脫離太陽的束縛，進入太陽系以外的宇宙空間中去，這個速度叫做第三宇宙速度，也叫逃逸速度。

（二）地球同步衛星

下面我們再來研究一種衛星──同步通信衛星。這種衛星繞地球運動的角速度與地球自轉的速度相同，所以從地面上看，它總在某地的正上方，因此叫同步衛星。這種衛星一般用于通訊，又叫同步通訊衛星。我們平時看電視實況轉播時總聽到解說員所說的太平洋上空或印度洋上空的衛星都是通訊衛星，在北京上空有沒有同步衛星呢？同步衛星有何特點呢？ 若在北緯或南緯某地上空真有一顆同步衛星，那么這顆衛星軌道平面的中心應是地軸上的某點，而不是地心，其需要的向心力也指向這一點。而地球所能夠提供的引力只能指向地心，所以北緯或南緯某地上空是不可能有同步衛星的。另外由于同步衛星的周期與地球自轉周期相同，所以此衛星離地球的距離只能是一個定值。換句話說，所有地球的同步衛星只能分布在赤道正上方的一條圓弧上，而為了衛星之間不相互干擾，大約3度角左右才能放置一顆衛星，地球的同步通訊衛星只能有120顆。可見，空間位置也是一種資源。(讓學生推導同步衛星的高度)。

同步通訊衛星的特點：1．在赤道平面內。2．與地球自轉方向相同。3．高度一定。值得說明的是：衛星在發射的過程中處于超重狀態，和在升降機中相同。衛星進入軌道，在正常運行的過程中，衛星中的物體處于完全失重狀態，凡是工作原理與重力有關的儀器（天平，水銀氣壓計）在衛星中都不能正常使用，凡是與重力有關的實驗都無法進行。地球同步衛星是指運轉周期與地球自轉周期相同，與地球同步轉動，相對于地面上某一點始終保持靜止的人造衛星。有一下特點：

（1）周期、角速度與地球相同，即T＝24h（2）軌道確定。因為ω、T與地球相同，又在做勻速圓周運動，所以只能在赤道面上與地球自轉同步，所有地球同步衛星的軌道均在赤道平面內，且離地面的高度和環繞速度相同。

三 鞏固練習

1．發射一個用來轉播電視節目的同步衛星，應使它與地面相對靜止，已知地球半徑為6400km,問此衛星應發射到什么高度？（h=-R=3.59χ104km）

2．宇航員坐在人造衛星里，試說明衛星在發射過程中人為什么會產生超重現象？當衛星繞地球做勻速圓周運動時又為什么會產生完全失重現象？

3．在環繞地球運行的宇宙飛船的實驗艙內，下面幾項實驗中可以正常進行的是（CD）

A．用天平稱物體的質量

B．同彈簧秤稱物體的重力

C．上緊鬧鐘上的發條

D．用體溫表測宇航員的體溫

4.關于第一宇宙速度，下面說法正確的是(BC)A．它是人造地球衛星繞地球飛行的最小速度

B．它是近地圓形軌道上人造地球衛星的運行速度

C．它是使衛星進入近地圓形軌道的最小發射速度

D．它是衛星在橢圓軌道上運行時在近地點的速度

5．某行星的衛星，在靠近行星的軌道上飛行，若要計算行星的密度，需要測出的物理量是(D)A．行星的半徑

B．衛星的半徑

C．衛星運行的線速度

D．衛星運行的周期

6．關于人造地球衛星與宇宙飛船的下列說法中，正確的是(AB)A．如果知道人造地球衛星的軌道半徑和它的周期，再利用萬有引力恒量，就可算出地球質量

B．兩顆人造地球衛星，只要它們的繞行速率相等，不管它們的質量、形狀差別有多大，它們的繞行半徑和繞行周期就一定是相同的

C．原來在同一軌道上沿同一方向繞行的人造衛星一前一后，若要后一衛星追上前一衛星并發生碰撞，只要將后者速率增大一些即可

D．一只繞火星飛行的宇宙飛船，宇航員從艙內慢慢走出，并離開飛船，飛船因質量減小，所受萬有引力減小，故飛行速度減小

第二篇：人造衛星 宇宙速度教案

新人教<人造衛星 宇宙速度>教案

●教學目標

一、知識目標

1.了解人造衛星的有關知識.2.知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度.3.了解行星、恒星和星系等概念，知道宇宙的幾個主要天體層次.4.了解宇宙大爆炸理論.二、能力目標

通過用萬有引力定律推導第一宇宙速度，培養學生運用知識解決問題的能力.三、德育目標

1.通過介紹我國在衛星發射方面的情況，激發學生的愛國熱情.2.通過簡述宇宙的產生過程，使學生明確宇宙將如何演化下去的問題需要我們不斷地去探索，增強學生學習物理的興趣.●教學重點

1.第一宇宙速度的推導.2.運行速率與軌道半徑之間的關系.●教學難點

運行速率與軌道半徑之間的關系.●教學方法

1.關于第一宇宙速度和地球同步衛星軌道的教學，采用電教法、推導法、歸納法、講授法等綜合教法進行.2.關于天體的幾個層次的教學，采用電教法、講授法進行.●教學用具

投影片、CAI課件(牛頓描繪的人造衛星原理圖)、有關天體的錄像資料.●課時安排 1課時

●教學過程

［投影］本節課的學習目標 1.了解人造衛星的有關知識.2.知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度.3.了解行星、恒星和星系等概念，知道宇宙的幾個主要天體層次.4.了解宇宙大爆炸理論.學習目標完成過程

一、導入新課

上節課我們學習了萬有引力定律在天文學上的應用.現在請同學們回憶下列問題.1.萬有引力定律在天文學上有何作用？

2.如何應用萬有引力定律計算天體的質量？能否計算環繞天體的質量？ ［學生活動］經過思考，回答上述問題：

1.應用萬有引力定律可以估算天體的質量；可以來發現未知天體.2.應用萬有引力定律求解天體質量時，我們可以用下面三個方程求解： F引=F心 ① F引=mg

② mg=F心 ③

二、新課教學 1.人造衛星 A.基礎知識

請同學們閱讀課文第一自然段，同時思考下列問題.［投影出示］

1.在地面拋出的物體為什么要落回地面？ 2.什么叫人造地球衛星？

［學生活動］閱讀課文,從課文中找出相應的答案.1.在地面上拋出的物體，由于受到地球引力的作用，所以最終都要落回到地面.2.如果在地面上拋出一個物體時的速度足夠大，那么它將不再落回地面，而成為一個繞地球運轉的衛星，這個物體此時就可認為是一顆人造地球衛星.B.深入探究

1.月球也要受到地球引力的作用，為什么月亮不會落到地面上來？ 2.物體做平拋運動時，飛行的距離與飛行的水平初速度有何關系? 3.若拋出物體的水平初速度足夠大，物體將會怎樣？ ［學生活動］分組討論，得出結論.1.由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉，此時月球受到的地球的引力(即重力)，用來充當繞地運轉的向心力，故而月球并不會落到地面上來.2.由平拋物體的運動規律知： x=v0t

①

t=2hg

②

聯立①、②可得： x=v02hg

即物體飛行的水平距離和初速度v0及豎直高度h有關，在豎直高度相同的情況下，水平距離的大小只與初速度v0有關，水平初速度越大，飛行的越遠.3.當平拋的水平初速度足夠大時，物體飛行的距離也很大，由于地球是一圓球體，故物體將不能再落回地面，而成為一顆繞地球運轉的衛星.C.教師總結

［用多媒體演示］平拋物體的速度逐漸增大，飛行距離也跟著增大，當速度足夠大時，成為一顆繞地運轉的衛星.牛頓曾依據平拋現象猜想了衛星的發射原理，但他沒有看到他的猜想得以實現.今天，我們的科學家們把牛頓的猜想變成了現實.D.基礎知識應用

1.在地面拋出的物體，最終要落回地面的主要原因是________，________.2.平拋物體________時，就會成為一顆人造地球衛星.參考答案: 1.受重力的作用；初速度不夠大 2.水平初速度足夠大 2.宇宙速度 ［過渡語］從上面學習可知，當平拋物體的初速度足夠大時就可成為衛星.那么，大到什么程度就叫足夠大了呢？下面我們來討論這一個問題.A.基礎知識

請同學們閱讀第二部分——宇宙速度，同時考慮下面幾個問題.［投影出示］

1.衛星環繞地球運轉的動力學方程是什么？

2.為什么向高軌道發射衛星比向低軌道發射要困難？

3.什么叫第一宇宙速度？什么叫第二宇宙速度？什么叫第三宇宙速度？ ［學生活動］閱讀課文，找出相應答案.1.衛星繞地球運轉時做勻速圓周運動，此時的動力學方程是：F引=F心.2.向高軌道發射衛星時，火箭須克服地球對它的引力而做更多的功，對火箭的要求更高一些，所以比較困難.3.人造衛星在地面附近繞地球做勻速圓周運動時所必須具有的速度叫第一宇宙速度.人造衛星繞地球做橢圓軌道運動時所具有的最大運轉速度叫第二宇宙速度.人造衛星掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙中去時，所必須具有的速度叫第三宇宙速度.B.深入探究

1.衛星繞地球運轉的最小半徑是多少？

2.結合衛星運轉的動力學方程，推導第一宇宙速度.［學生活動］分組討論，得出答案.1.衛星運轉的最小半徑近似等于地球的半徑，即在地球表面繞地運轉.2.由動力學方程：F引=F心

得：GMmR2V2=m

R故：v= MmR2－GM/R

①

由于萬有引力近似等于物體的重力，所以動力學方程也可為：mg=F心 得：mg=mv

R2故v=gR

②

①、②兩式都可用于求解人造衛星的第一宇宙速度.C.基礎知識應用

1.要使人造衛星繞地球運行，它進入地面附近的軌道速度是________km/s，要使衛星脫離地球引力不再繞地球運行，必須使它的軌道速度等于或大于________km/s，要使它飛行到太陽系以外的地方，它的速度必須等于或大于________km/s.答案：7.9;11.2;16.7 2.關于第一宇宙速度，下面說法正確的是（）A.它是人造地球衛星繞地球飛行的最小速度 B.它是近地圓形軌道上人造地球衛星的運行速度 C.它是使衛星進入近地圓形軌道的最小發射速度 D.它是衛星在橢圓軌道上運行時在近地點的速度 答案：BC

三、反饋練習

1.某行星的衛星在靠近行星的軌道上飛行，若要計算行星的密度，需要測出的物理量是（）A.行星的半徑

B.衛星的半徑 C.衛星運行的線速度

D.衛星運行的周期 2.關于人造地球衛星與宇宙飛船的下列說法中，正確的是（）A.如果知道人造地球衛星的軌道半徑和它的周期，再利用萬有引力恒量，就可算出地球質量

B.兩顆人造地球衛星，只要它們的繞行速率相等，不管它們的質量、形狀差別有多大，它們的繞行半徑和繞行周期一定是相同的

C.原來在同一軌道上沿同一方向繞行的人造衛星一前一后，若要后一衛星追上前一衛星并發生碰撞，只要將后者速率增大一些即可

D.一艘繞火星飛行的宇宙飛船，宇航員從艙內慢慢走出并離開飛船，飛船因質量減小，所受萬有引力減小，故飛行速度減小

3.一顆人造地球衛星離地面高h=3R(R為地球半徑).若已知地球表面的重力加速度為g,則衛星做勻速圓周運動的速度是________，角速度是________，周期是________，若已知地球質量為M，萬有引力常量為G，則衛星做勻速圓周運動的速度是________，角速度是________，周期是________.4.從地球發出的光訊號垂直于地面發射，訊號到達月球表面時正好能垂直射向水平月面，經反射返回地球被吸收，光速為c，光訊號往復經歷的時間為t，地球的半徑為R，月球的半徑為r，月球繞地球轉動的周期為T，試求地球的質量.參考答案： 1.D 2.AB

3.gR/2;gR/8R;16?RgR;

MG/2;RMGR8?R;

16?RMGR

24?4.設地球質量為M，月球質量為m，則：GMm=m·r′ '22rT所以M=所以4?2r'3GT2而r′=R+r+ct

2t4?2(R?r?C)322??M=GT22GT2(2R+2r+ct)3

四、本節小結

通過本節學習掌握：(1)第一宇宙速度的推導 F引=F心?GMmR2v2=m?v?Gm/RRv2?v?gRR

mg=F心?mg=m(2)第二宇宙速度：v2=11.2 km/s(3)第三宇宙速度：v3=16.7 km/s

五、作業

1.閱讀本節內容.2.課本P110練習二的(3)，(4)，(5)，(6)，(7).3.思考題：

(1)發射一個用來轉播電視節目的同步衛星，應使它與地面相對靜止，已知地球半徑為6400 km,問此衛星應發射到什么高度？

(2)宇航員坐在人造衛星里，試說明衛星在發射過程中人為什么會產生超重現象？當衛星繞地球做勻速圓周運動時又為什么會產生完全失重現象？

4.系統復習本章內容,畫出知識點結構圖.六、板書設計

人造衛星的發射原理

第三篇：人造衛星宇宙速度教學設計

第五節人造衛星宇宙速度

教學設計

一、教學過程設計： 教師通過講解、分析、介紹人造衛星的運動規律及相關的航天知識。讓學生通過討論，閱讀相關的材料擴大知識面，通過例題的分析擴大知識面，通過例題的分析鞏固知識。

二、教學目標 知識目標

1．簡述人造衛星的有關發射、運行的知識 2．簡述三個宇宙速度的含義，推導第一宇宙速度 能力目標

有對所學知識進行轉化的能力 情感目標

1.通過學習我國航天技術的發展水平，激發學習科學知識的熱情，培養民族自豪感． 2.通過對天體運動軌跡的描繪展示了物理圖像的形式美．

三、重點難點

重點：衛星運行的速度、周期、加速度 難點：衛星運動的速度和衛星發射速度的區別

四、教學方法

教師通過講解，分析，介紹人造衛星的運動規律及相關的航天知識。學生通過討論，閱讀相關的材料擴大知識面，通過立體的分析鞏固知識。

五、課時安排 1課時

六、教具媒體： 多媒體電腦

七、教學步驟

（一）引入新課

在科學技術欠發達的古代，“嫦娥奔月”只能是美麗的傳說。

1957年10月4日，前蘇聯成功地發射了第一顆人造地球衛星，從而開創人類的航天新紀元；1961年4月12日，前蘇聯成功地發射了第一艘“東方號”載人飛船，尤里·加加林成為人類第一位航天員，揭開了人類進入太空的序幕；1969年7月20日，美國航天員阿姆特朗和奧爾德林駕駛“阿波羅”11號飛船的登陸艙降落在月球赤道附近的靜海區，首次實現了人類登上月球的理想……

人類進入了航天時代。這節課我們就來學習人造地球衛星方面的基本知識。【板書】§6.5 人造衛星 宇宙速度

（二）新課講授

離地面一定高度的物體以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物體將做平拋運動即最終要落回地面。但如果射出的速度增加，會發生什么情況呢？

【板書】

一、人造地球衛星

演示牛頓設想原理圖。由于拋出速度不同，物體的落點也不同。當拋出速度達到一定大小，物體就不會落回地面，而是在引力作用下繞地球旋轉，成為繞地球運動的人造衛星。

那么，速度多大時，物體將不會落回地面而成為繞地球旋轉的衛星呢？ 【板書】

二、宇宙速度

下面討論人造衛星繞地球運動的速度。假如地球和人造衛星的質量分別為M 和m，衛星的軌道半徑和線速度分別為r和v，根據萬有引力提供向心力可知：

由此解出： v=GM/r

對于近地人造衛星，衛星的運轉半徑約等于地球半徑R，可求出v=GM/R 將引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2和地球質量M=5.89×1024kg及地球半徑R=6.37×106m代入上式，可求得v1=7.9km/s。這就是衛星繞地面附近作圓周運動所需的速度，叫第一宇宙速度，也稱環繞速度。

【板書】 1.第一宇宙速度(環繞速度)v1=7.9km/s 請學生根據所學的知識，推導第一宇宙速度的另一種表達式v=gR 推導：地面附近重力提供向心力：即 mg= 所以 v=gR

將R=6.37×106m, g=9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍為7.9km/s。

如果人造地球衛星進入軌道的水平速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它繞地球運動的軌道就不是圓，而是橢圓。當物體的速度等于或大于11.2km/s時，物體就可以掙脫地球引力的束縛，成為繞太陽運動的人造衛星。所以，11.2km/s 是衛星脫離地球的速度，這個速度叫作第二宇宙速度，也稱脫離速度。

【板書】 2.第二宇宙速度（脫離速度）v2=11.2km/s 達到第二宇宙速度的物體還受太陽引力的束縛，要想使物體掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個速度叫作第三宇宙速度，也稱逃逸速度。【板書】 3.第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s 人造地球衛星的種類很多，有一種特別的衛星叫地球同步衛星。【板書】

三、地球同步衛星

地球同步衛星是指其公轉周期和地球自轉的周期相等的衛星。地球同步衛星有幾個明顯的特點：（演示課件）

【板書】 特點：

周期一定--23小時56分4秒 方位一定--赤道上空

高度一定--3.6×107m

人造地球衛星有廣泛的應用。例如，靠人工進行資源調查，速度慢、效率低，調查和開發一個礦藏一般需要十幾年的時間。現在利用人造衛星進行調查，它一天繞地球轉十幾圈，在高空拍下衛星照片，回收下來，可以大面積了解全局，效率大大提高。例如，對北京以北十六萬平方公里地區的一次衛星勘察，就找到七個成礦預測區。

電視教育是培養人才的一種手段。但是電視靠中繼站轉播，每隔50km就要建一個中繼站，這要耗費大量的人力、物力。如果利用衛星傳播，象我們這樣幅員遼闊的國家，只要一顆同步通信衛星，邊遠地區也可以收看首都的電視節目。1984年4月我國發射的試驗通信衛星為我國通信事業的現代化開拓了極為廣闊的前景。1986年10月我國開始利用通信衛星進行電視教育廣播。

下面就請同學們利用網絡資源，上網查找有關人造衛星和航天方面的資料，增加對這方面知識的了解。并圍繞以下問題進行信息檢索：

1.能否發射一顆相對靜止在北京上空的通信衛星？ 2.了解我國人造地球衛星的發展狀況。3.了解人造衛星的種類。（學生上網）

（三）總結、擴展

本節課我們學習了衛星發射和運行的一些情況．知道了第一宇宙速度是衛星發射的最小速度，是衛星繞地球運行的最大速度，最后我們還了解了通訊衛星的有關情況．

八、布置作業

110（2）1．P110（4）2．P111（7）3．P

九、板書設計

五、人造衛星

宇宙速度

1．衛星運行的速度、周期、加速度

GMr v＝4?2r3T＝GM

M2a＝Gr

2．衛星的發射（1）第一宇宙速度

v2mg＝mR

3v＝gR＝7.9×10km／s

（2）第二宇宙速度v＝11.2km／s（3）第三宇宙速度V＝16.7km／s 3．同步衛星

Mm2?2G?m()?(R?h)T(R?h)2

GMT23h?()?R4?2

第四篇：第二冊人造衛星宇宙速度物理教案

教學目標：

1． 正確理解人造衛星作圓周運動時，各物理量之間的關系。

2． 知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度。

3． 培養學生自學和應用網絡資源的能力。

4． 理解科學技術與社會的互動關系，培養學生科學的民主意識。

重點難點：

第一宇宙速度的推導

教學方法：

講授、討論并輔以多媒體演示及網絡環境下的自學等多種形式的教學方法。體現STS教育和綜合化的思路，有效合理地應用各種教育教學手段，豐富學生的學習方式，優化教學過程。

教學器材：

網絡設備及相應的教學軟件。

教學過程：

●引入新課

在科學技術欠發達的古代，“嫦娥奔月”只能是美麗的傳說。

1957年10月4日，前蘇聯成功地發射了第一顆人造地球衛星，從而開創人類的航天新紀元；1961年4月12日，前蘇聯成功地發射了第一艘“東方號”載人飛船，尤里·加加林成為人類第一位航天員，揭開了人類進入太空的序幕；1969年7月20日，美國航天員阿姆特朗和奧爾德林駕駛“阿波羅”11號飛船的登陸艙降落在月球赤道附近的靜海區，首次實現了人類登上月球的理想……

人類進入了航天時代。這節課我們就來學習人造地球衛星方面的基本知識。

【板書】6.5 人造衛星 宇宙速度

●新課講授

離地面一定高度的物體以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物體將做平拋運動即最終要落回地面。但如果射出的速度增加，會發生什么情況呢？

【板書】

一、人造地球衛星

演示牛頓設想原理圖。由于拋出速度不同，物體的落點也不同。當拋出速度達到一定大小，物體就不會落回地面，而是在引力作用下繞地球旋轉，成為繞地球運動的人造衛星。

那么，速度多大時，物體將不會落回地面而成為繞地球旋轉的衛星呢？

【板書】

二、宇宙速度

下面討論人造衛星繞地球運動的速度。假如地球和人造衛星的質量分別為M 和m，衛星的軌道半徑和線速度分別為r和v，根據萬有引力提供向心力可知：

由此解出： v=

對于近地人造衛星，衛星的運轉半徑約等于地球半徑R，可求出：v=

將引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2和地球質量M=5.89×1024kg及地球半徑R=6.37×106m代入上式，可求得v1=7.9km/s。這就是衛星繞地面附近作圓周運動所需的速度，叫第一宇宙速度，也稱環繞速度。

【板書】 1.第一宇宙速度(環繞速度)v1=7.9km/s

請學生根據所學的知識，推導第一宇宙速度的另一種表達式：v1=

推導：地面附近重力提供向心力：

即 mg= 所以 v=

將R=6.37×106m, g=9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍為7.9km/s。

如果人造地球衛星進入軌道的水平速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它繞地球運動的軌道就不是圓，而是橢圓。當物體的速度等于或大于11.2km/s時，物體就可以掙脫地球引力的束縛，成為繞太陽運動的人造衛星。所以，11.2km/s 是衛星脫離地球的速度，這個速度叫作第二宇宙速度，也稱脫離速度。

【板書】 2.第二宇宙速度（脫離速度）v2=11.2km/s

達到第二宇宙速度的物體還受太陽引力的束縛，要想使物體掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙空間去，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個速度叫作第三宇宙速度，也稱逃逸速度。

【板書】 3.第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s

人造地球衛星的種類很多，有一種特別的衛星叫地球同步衛星。

【板書】

三、地球同步衛星

地球同步衛星是指其公轉周期和地球自轉的周期相等的衛星。地球同步衛星有幾個明顯的特點：（演示課件）

【板書】 特點：

周期一定--23小時56分4秒

方位一定--赤道上空

高度一定--3.6×107m

人造地球衛星有廣泛的應用。例如，靠人工進行資源調查，速度慢、效率低，調查和開發一個礦藏一般需要十幾年的時間。現在利用人造衛星進行調查，它一天繞地球轉十幾圈，在高空拍下衛星照片，回收下來，可以大面積了解全局，效率大大提高。例如，對北京以北十六萬平方公里地區的一次衛星勘察，就找到七個成礦預測區。

電視教育是培養人才的一種手段。但是電視靠中繼站轉播，每隔50km就要建一個中繼站，這要耗費大量的人力、物力。如果利用衛星傳播，象我們這樣幅員遼闊的國家，只要一顆同步通信衛星，邊遠地區也可以收看首都的電視節目。1984年4月我國發射的試驗通信衛星為我國通信事業的現代化開拓了極為廣闊的前景。1986年10月我國開始利用通信衛星進行電視教育廣播。

下面就請同學們利用網絡資源，上網查找有關人造衛星和航天方面的資料，增加對這方面知識的了解。并圍繞以下問題進行信息檢索：

1.能否發射一顆相對靜止在北京上空的通信衛星？

2.了解我國人造地球衛星的發展狀況。

3.了解人造衛星的種類。

（學生上網）

● 鞏固練習

1.一顆在圓形軌道上運行的人造地球衛星，軌道半徑為r，它的線速度大小為v，問:當衛星的軌道半徑增大到2r 時，它的線速度是多大？重力變為原來的多少倍？

2.天文臺測得一顆衛星沿半徑為R的圓形軌道繞某行星轉動，周期為T，求衛星的向心加速度和行星的質量。

● 在線測試

做網頁上的試題，并可現場給出分數。

● 作業

1.復習本節課文及閱讀有關黑洞的知識。

2.思考課本練習二第（4）、（5）、（6）題。

3.練習二第（1）、（2）、（7）題做在練習本上。

說 明：

1.本節教材從萬有引力提供向心力為出發點，講述了人造衛星的運行原理，推導了第一宇宙速度，了解了三個宇宙速度的含義。

2.注意引導學生如何上網查資料，使學生在掌握本節內容的同時，學會正確利用網絡資源輔助自己的學習，優化了教學過程。

第五篇：物理試題練習題考試題教案高一物理人造衛星宇宙速度5

第五節 人造衛星 宇宙速度

本節教材分析 本節教材重點講述了人造地球衛星的發射原理，推導了第一宇宙速度，應使學生確切地理解，第一宇宙速度是衛星軌道半徑等于地球半徑時，即衛星在地面附近，環繞地球做勻速圓周運動的速度，當軌道半徑r大地球半徑時，衛星繞地球做勻速圓周運動的速度變小.在實際教學時，學生常據課本圖6—4所描述的情況得出離地球表面越高的地方，其運行速度越大的錯誤結論，對此可向學生說明：衛星在橢圓軌道上運行時，它在各點的速度大小是不同的，在近地點速度最大，以后逐漸就小，在遠地點速度最小.雖然公式只適用于描述做勻速圓周運動的衛星，但是由橢圓軌道上衛星的運行情況，也可以大致印證當r變大時，v變小.教學目標

一、知識目標 1.了解人造衛星的有關知識.

2.知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度.

二、能力目標

通過用萬有引力定律推導第一宇宙速度，培養學生運用知識解決問題的能力.

三、德育目標 1.通過介紹我國在衛星發射方面的情況，激發學生的愛國熱情.2.通過簡述宇宙的產生過程，使學生明確宇宙將如何演化下去的問 題需要我們不斷地去探索增強學生學習物理的興趣.

教學重點 1.第一宇宙速度的推導.

2.運行速率與軌道半徑之間的關系.

教學難點 運行速率與軌道半徑之間的關系.教學方法 關于第一宇宙速度和地球同步衛星軌道的教學，采用電教法、推導法、歸納法、講授法等綜合教法進行.

教學用具 投影片、CAI課件（牛頓描繪的人造衛星原理圖）、有關天體的錄像資料.教學過程

教學步驟

用投影片出示本節課的學習目標.

1.了解人造衛星的有關知識.

2.知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度.

一、導入新課

1.問：在高山上用不同的水平初速度拋出一個物體，不計空氣阻力，它們的落地點相同嗎？（它們的落地點不同，速度越大，落地點離山腳越遠.因為在同一座高山上拋出，它們在空中運動的時間相同，速度大的水平位移大，所以落地點也較遠.）教師：假設被拋出物體的速度足夠大，物體的運動情形又如何呢？ 學生進行猜想.教師總結，并用多媒體模擬.如果地面上空有一個相對于地面靜止的物體，它只受重力的作用，那么它就做自由落體運動，如果物體在空中具有一定的初速度，且初速度的方向與重力的方向垂直，那么它將做平拋運動，牛頓曾設想過：從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大，落地點也一次比一次離山腳遠，如果沒有空氣阻力，當速度足夠大時，物體就永遠不會落到地面上來，它將圍繞地球旋轉，成為一顆繞地球運動的人造地球衛星，簡稱人造衛星.（牛頓的設想：物體的速度足夠大時，物體不再回到地面，成為地球衛星．）

人造衛星簡介：①前蘇聯1957年10月4日發射第一顆人造地球衛星，衛星重83.6kg中國1970年4月24日發射第一顆人造地球衛星，衛星重173kg ②人造衛星的分類 a．軌道分類：同步衛星、極地衛星、任一軌道衛星。

b．用途分類：通訊衛星、軍事衛星、氣象衛星等等。

③．同步衛星 a．軌道；一定在赤道上空。

b．必須有一定的高度、周期、線速度、角速度。（為什么？）

2.引入：那么人造衛星的軌道半徑和它的運動速率之間有什么關系呢？本節課我們就來學習這個問題。

二、新課教學

（一）宇宙速度1.設一顆人造衛星沿圓形軌道繞地球運轉.

①衛星繞地球運轉的向心力由什么力提供？（由衛星所受地球的萬有引力來提供.）②據上述關系你能得到什么表達式？，③所以我們得到

在公式

中，m＇為地球質量，G為引力恒量，r為衛星軌道半徑.此式為衛星繞地球正常運轉的線速度的表達式.

2.討論v與r之間的關系：（由于GM一定，r越小，線速度v越大，反之，r越大，v越小.）由此我們得到：距地面越高的衛星運轉速率越小.那么，是向高軌道發射困難，還是向低軌道發射衛星困難呢？（向高軌道發射衛星比向低軌道發射衛星要困難，因為向高軌道發射衛星，火箭要克服地球對它的引力做更多的功.）

3.對于靠近地面運行的人造衛星，求解它繞地球的速率.①學生解答. ②在多媒體實物投影儀上抽查展示解題過程.對于靠徑R，則

近地面運行的人造衛星，可以認為此時的r近似等于地球的半又由 ③這

得

就是人造衛星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度.4.討論： ①第一宇宙速度是衛星繞地球的最大速度，為什么？ ②為什么說第一宇宙速度是發射人造衛星的最小速度？

學生討論后，教師總結： 第一宇宙速度v=7.9km/s可理解成： 一是發射衛星進入最低軌道所必須具有的最小速度.二是衛星進入軌道正常運轉的最大環繞速度，即所有衛星的環繞速度均小于7.9km/s. 過渡：如果衛星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,此時衛星的運行軌道又如何呢？

5.教師講解，并用多媒體模擬： ①當人造衛星進入地面附近的軌道速度大于7.9km/s,而小于11.2 km/s,它繞地球運動的軌跡就不是圓形，而是橢圓.②當物體的速度等于或大于11.2km/s時，衛星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行，這個速度叫做第二宇宙速度，也叫脫離速度. ③達到第二宇宙速度的物體還受到太陽的引力，如果使衛星的速度等于或者大于16.7km/s,這個速度叫做第三宇宙速度.

(二）用多媒體放映“航天技術的發展和宇宙航行”的錄像資料，使學生了解我國在航天技術上所取得的巨大成就.三、鞏固練習1.發射一個用來轉播電視節目的同步衛星，應使它與地面相對靜止，已知地球半徑為6400km,問此衛星應發射到什么高度？

2.宇航員坐在人造衛星里，試說明衛星在發射過程中人為什么會產生超重現象？當衛星繞地球做勻速圓周運動時又為什么會產生完全失重現象？

四、小結 通過本節課的學習，我們知道了：1.第一宇宙速度（環繞速度）v1=7.9km/s 2.第二宇宙速度（脫離速度）v2=11.2km/s 3.第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s

五、作業

（一）課本P110練習二的（3），（4），（5），（6），（7）.

（二）思考題：

1.要使人造衛星繞地球運行，它進入地面附近的軌道速度是

km/s.要使衛星脫離地球引力不再繞地球運行，必須使它的軌道速度等于或大于

km/s，要使它飛行到太陽系以外的地方，它的速度必須等于或大于

km/s. 2.關于第一宇宙速度，下面說法正確的是 A它是人造地球衛星繞地球飛行的最小速度 B它是近地圓形軌道上人造地球衛星的運行速度 C它是使衛星進入近地圓形軌道的最小發射速度 D它是衛星在橢圓軌道上運行時在近地點的速度

3.在環繞地球運行的宇宙飛船的實驗艙內，下面幾項實驗中可以正常進行的是 A.用天平稱物體的質量 B.同彈簧秤稱物體的重力 C.上緊鬧鐘上的發條 D.用體溫表測宇航員的體溫

4.某行星的衛星，在靠近行星的軌道上飛行，若要計算行星的密度，需要測出的物理量是A.行星的半徑 B.衛星的半徑 C.衛星運行的線速度 D.衛星運行的周期 5.關于人造地球衛星與宇宙飛船的下列說法中，正確的是 A.如果知道人造地球衛星的軌道半徑和它的周期，再利用萬有引力恒量，就可算出地球質量 B.兩顆人造地球衛星，只要它們的繞行速率相等，不管它們的質量、形狀差別有多大，它們的繞行半徑和繞行周期就一定是相同的

C.原來在同一軌道上沿同一方向繞行的人造衛星一前一后，若要后一衛星追上前一衛星并發生碰撞，只要將后者速率增大一些即可

D.一只繞火星飛行的宇宙飛船，宇航員從艙內慢慢走出，并離開飛船，飛船因質量減小，所受萬有引力減小，故飛行速度減小

6.某人造衛星距地面的高度為h，地球半徑為R，質量為M，地面重力加速度為g，萬有引力恒量為G.（1）試分別用h、R、M、G表示衛星的周期T、線速度v和角速度ω.（2）試分別用h、R、g表示衛星的周期T、線速度v和角速度ω.

7.從地球發出的光訊號垂直于地面發射，訊號到達月球表面時正好能垂直射向水平月面，經反射返回地球被吸收，光速為c，光訊號往復經歷的時間為t,地球的半徑為R，月球的半徑為r,月球繞地球轉動的周期為T，試求地球的質量.

變軌道發射

首先，利用第一級火箭將衛星送到180～200km的高空，然后依靠慣性進行圓停泊軌道（A）．

當到達赤道上空時，第二、三級火箭點火，衛星進入位于赤道平面內的橢圓轉移軌道（B），且軌道的遠地點（D）為35800km．

當到達遠地點時，衛星啟動發動機，然后改變方向進入同步軌道（C）．

這種發射有兩個優點：一是對火箭推力要求較低；二是發射場的位置不局限在赤道上．