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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)
教學目標 ：
1． 正確理解人造衛(wèi)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(yǎng)學生自學和應用網(wǎng)絡資源的能力。
4． 理解科學技術與社會的互動關系，培養(yǎng)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(wǎng)絡環(huán)境下的自學等多種形式的教學方法。體現(xiàn)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(yōu)化教學過程 。
教學器材：
網(wǎng)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(fā)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(lián)成功地發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，從而開創(chuàng)人類的航天新紀元；1961年4月12日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)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(qū)，首次實現(xiàn)了人類登上月球的理想……
人類進入了航天時代。這節(jié)課我們就來學習人造地球衛(wèi)星方面的基本知識。
【板書】§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，物體將做平拋運動即最終要落回地面。但如果射出的速度增加，會發(fā)生什么情況呢？
【板書】 一、人造地球衛(wèi)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(wèi)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(wèi)星呢？
【板書】 二、宇宙速度
下面討論人造衛(wèi)星繞地球運動的速度。假如地球和人造衛(wèi)星的質量分別為M 和m，衛(wèi)星的軌道半徑和線速度分別為r和v，根據(jù)萬有引力提供向心力可知：
由此解出： v=
對于近地人造衛(wèi)星，衛(wèi)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(wèi)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(huán)繞速度。
【板書】 1.第一宇宙速度(環(huán)繞速度) v1=7.9km/s
請學生根據(jù)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(wèi)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(wèi)星。所以，11.2km/s 是衛(wèi)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(wèi)星的種類很多，有一種特別的衛(wèi)星叫地球同步衛(wèi)星。
【板書】 三、地球同步衛(wèi)星
地球同步衛(wèi)星是指其公轉周期和地球自轉的周期相等的衛(wèi)星。地球同步衛(wèi)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(wèi)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(fā)一個礦藏一般需要十幾年的時間。現(xiàn)在利用人造衛(wèi)星進行調查，它一天繞地球轉十幾圈，在高空拍下衛(wèi)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(qū)的一次衛(wèi)星勘察，就找到七個成礦預測區(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(wèi)星傳播，象我們這樣幅員遼闊的國家，只要一顆同步通信衛(wèi)星，邊遠地區(qū)也可以收看首都的電視節(jié)目。1984年4月我國發(fā)射的試驗通信衛(wèi)星為我國通信事業(yè)的現(xiàn)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(wèi)星進行電視教育廣播。
下面就請同學們利用網(wǎng)絡資源，上網(wǎng)查找有關人造衛(wèi)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(fā)射一顆相對靜止在北京上空的通信衛(wèi)星？
2. 了解我國人造地球衛(wèi)星的發(fā)展狀況。
3. 了解人造衛(wèi)星的種類。
（學生上網(wǎng)）
● 鞏固練習
1. 一顆在圓形軌道上運行的人造地球衛(wèi)星，軌道半徑為r，它的線速度大小為v，問:當衛(wèi)星的軌道半徑增大到2r 時，它的線速度是多大？重力變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦叮?nbsp;
2. 天文臺測得一顆衛(wèi)星沿半徑為R的圓形軌道繞某行星轉動，周期為T，求衛(wèi)星的向心加速度和行星的質量。
● 在線測試
做網(wǎng)頁上的試題，并可現(xiàn)場給出分數(shù)。
● 作業(yè)
1. 復習本節(jié)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(jié)教材從萬有引力提供向心力為出發(fā)點，講述了人造衛(wèi)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(wǎng)查資料，使學生在掌握本節(jié)內容的同時，學會正確利用網(wǎng)絡資源輔助自己的學習，優(yōu)化了教學過程 。
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