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§6—5人造衛(wèi)星、宇宙速度
§6.5 人造衛(wèi)星 宇宙速度(教案)
教學(xué)目標(biāo) ：
1． 正確理解人造衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，各物理量之間的關(guān)系。
2． 知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。
3． 培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)資源的能力。
4． 理解科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的互動(dòng)關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的民主意識(shí)。
重點(diǎn)難點(diǎn)：
第一宇宙速度的推導(dǎo)
教學(xué)方法：
講授、討論并輔以多媒體演示及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的自學(xué)等多種形式的教學(xué)方法。體現(xiàn)STS教育和綜合化的思路，有效合理地應(yīng)用各種教育教學(xué)手段，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程 。
教學(xué)器材：
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及相應(yīng)的教學(xué)軟件。
教學(xué)過(guò)程 ：
●引入新課
在科學(xué)技術(shù)欠發(fā)達(dá)的古代，"嫦娥奔月"只能是美麗的傳說(shuō)。
1957年10月4日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，從而開(kāi)創(chuàng)人類(lèi)的航天新紀(jì)元；1961年4月12日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一艘"東方號(hào)"載人飛船，尤里·加加林成為人類(lèi)第一位航天員，揭開(kāi)了人類(lèi)進(jìn)入太空的序幕；1969年7月20日，美國(guó)航天員阿姆特朗和奧爾德林駕駛"阿波羅"11號(hào)飛船的登陸艙降落在月球赤道附近的靜海區(qū)，首次實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)登上月球的理想……
人類(lèi)進(jìn)入了航天時(shí)代。這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)人造地球衛(wèi)星方面的基本知識(shí)。
【板書(shū)】§6.5 人造衛(wèi)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(yùn)動(dòng)即最終要落回地面。但如果射出的速度增加，會(huì)發(fā)生什么情況呢？
【板書(shū)】 一、人造地球衛(wèi)星
演示牛頓設(shè)想原理圖。由于拋出速度不同，物體的落點(diǎn)也不同。當(dāng)拋出速度達(dá)到一定大小，物體就不會(huì)落回地面，而是在引力作用下繞地球旋轉(zhuǎn)，成為繞地球運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星。
那么，速度多大時(shí)，物體將不會(huì)落回地面而成為繞地球旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星呢？
【板書(shū)】 二、宇宙速度
下面討論人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的速度。假如地球和人造衛(wèi)星的質(zhì)量分別為M 和m，衛(wèi)星的軌道半徑和線速度分別為r和v，根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力可知：
由此解出： v=
對(duì)于近地人造衛(wèi)星，衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)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(zhì)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(wèi)星繞地面附近作圓周運(yùn)動(dòng)所需的速度，叫第一宇宙速度，也稱(chēng)環(huán)繞速度。
【板書(shū)】 1.第一宇宙速度(環(huán)繞速度) v1=7.9km/s
請(qǐng)學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，推導(dǎo)第一宇宙速度的另一種表達(dá)式：v1=
推導(dǎo)：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(wèi)星進(jìn)入軌道的水平速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道就不是圓，而是橢圓。當(dāng)物體的速度等于或大于11.2km/s時(shí)，物體就可以掙脫地球引力的束縛，成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星。所以，11.2km/s 是衛(wèi)星脫離地球的速度，這個(gè)速度叫作第二宇宙速度，也稱(chēng)脫離速度。
【板書(shū)】 2.第二宇宙速度（脫離速度） v2=11.2km/s
達(dá)到第二宇宙速度的物體還受太陽(yáng)引力的束縛，要想使物體掙脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)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(gè)速度叫作第三宇宙速度，也稱(chēng)逃逸速度。
【板書(shū)】 3.第三宇宙速度（逃逸速度） v3=16.7km/s
人造地球衛(wèi)星的種類(lèi)很多，有一種特別的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星。
【板書(shū)】 三、地球同步衛(wèi)星
地球同步衛(wèi)星是指其公轉(zhuǎn)周期和地球自轉(zhuǎn)的周期相等的衛(wèi)星。地球同步衛(wèi)星有幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：（演示課件）
【板書(shū)】 特點(diǎn)：
周期一定--23小時(shí)56分4秒
方位一定--赤道上空
高度一定--3.6×107m
人造地球衛(wèi)星有廣泛的應(yīng)用。例如，靠人工進(jìn)行資源調(diào)查，速度慢、效率低，調(diào)查和開(kāi)發(fā)一個(gè)礦藏一般需要十幾年的時(shí)間。現(xiàn)在利用人造衛(wèi)星進(jìn)行調(diào)查，它一天繞地球轉(zhuǎn)十幾圈，在高空拍下衛(wèi)星照片，回收下來(lái)，可以大面積了解全局，效率大大提高。例如，對(duì)北京以北十六萬(wàn)平方公里地區(qū)的一次衛(wèi)星勘察，就找到七個(gè)成礦預(yù)測(cè)區(qū)。
電視教育是培養(yǎng)人才的一種手段。但是電視靠中繼站轉(zhuǎn)播，每隔50km就要建一個(gè)中繼站，這要耗費(fèi)大量的人力、物力。如果利用衛(wèi)星傳播，象我們這樣幅員遼闊的國(guó)家，只要一顆同步通信衛(wèi)星，邊遠(yuǎn)地區(qū)也可以收看首都的電視節(jié)目。1984年4月我國(guó)發(fā)射的試驗(yàn)通信衛(wèi)星為我國(guó)通信事業(yè)的現(xiàn)代化開(kāi)拓了極為廣闊的前景。1986年10月我國(guó)開(kāi)始利用通信衛(wèi)星進(jìn)行電視教育廣播。
下面就請(qǐng)同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)資源，上網(wǎng)查找有關(guān)人造衛(wèi)星和航天方面的資料，增加對(duì)這方面知識(shí)的了解。并圍繞以下問(wèn)題進(jìn)行信息檢索：
1. 能否發(fā)射一顆相對(duì)靜止在北京上空的通信衛(wèi)星？
2. 了解我國(guó)人造地球衛(wèi)星的發(fā)展?fàn)顩r。
3. 了解人造衛(wèi)星的種類(lèi)。
（學(xué)生上網(wǎng)）
● 鞏固練習(xí)
1. 一顆在圓形軌道上運(yùn)行的人造地球衛(wèi)星，軌道半徑為r，它的線速度大小為v，問(wèn):當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑增大到2r 時(shí)，它的線速度是多大？重力變?yōu)樵瓉?lái)的多少倍？
2. 天文臺(tái)測(cè)得一顆衛(wèi)星沿半徑為R的圓形軌道繞某行星轉(zhuǎn)動(dòng)，周期為T(mén)，求衛(wèi)星的向心加速度和行星的質(zhì)量。
● 在線測(cè)試
做網(wǎng)頁(yè)上的試題，并可現(xiàn)場(chǎng)給出分?jǐn)?shù)。
● 作業(yè)
1. 復(fù)習(xí)本節(jié)課文及閱讀有關(guān)黑洞的知識(shí)。
2. 思考課本練習(xí)二第（4）、（5）、（6）題。
3. 練習(xí)二第（1）、（2）、（7）題做在練習(xí)本上。
說(shuō) 明：
1. 本節(jié)教材從萬(wàn)有引力提供向心力為出發(fā)點(diǎn)，講述了人造衛(wèi)星的運(yùn)行原理，推導(dǎo)了第一宇宙速度，了解了三個(gè)宇宙速度的含義。
2. 注意引導(dǎo)學(xué)生如何上網(wǎng)查資料，使學(xué)生在掌握本節(jié)內(nèi)容的同時(shí)，學(xué)會(huì)正確利用網(wǎng)絡(luò)資源輔助自己的學(xué)習(xí)，優(yōu)化了教學(xué)過(guò)程 。
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