1、1 万 有 引 力 定 律 专 题 复 习 关 于 卫 星 的 几 个 问 题 教 学 设 计抚宁二中 蒋兴斌一、教学目标知识目标进一步复习有关卫星的基础知识；初步搞清中学物理范畴内卫星的发射、变轨、回收过程中的几个问题；掌握利用能量的观点、动量的观点、牛顿运动定律的观点，分析解决卫星问题的思想和方法。能力目标进一步培养学生观察现象，以及结合所学知识对观察到的现象进行分析、想象、归纳、总结，并从中抽象出规律性、本质性东西的能力，以及运用所学知识分析解决问题的能力。情感目标通过简介我国卫星技术的发展及现状，以及利用CAI 技术播放我国自行研制和发射的神州 4 号航天器的发射和回收过程，进一步培养
2、学生的爱国主义情操，激发学生产生强烈的求知欲望和顽强的学习动力。二、教学思想设计万有引力定律是高中物理力学部分的重要规律之一，它的重要应用是对天体和卫星问题的讨论，目前我国的航空航天技术、卫星技术已接近和达到世界先进水平，我国自行研制和发射的卫星已广泛应用于科研、教育、通信、气象、国防等各个领域，正因如此，有关卫星的问题仍是高考命的热点，因为高中担负着为国家建设输送全格的建设者和为高校培养输送人才的双重任务，所以从素质教育的角度出发，同时也是高考的需要，学生必须要掌握好这部分知识，为此设计本节课。三、教学内容设计：从本节课的教学思想出发，为完成本节课的教学目标，在教学内容上设计了基础知识回顾、
3、对卫星的发射、变轨、回收过程中的有关中学物理知识的几个问题的讨论，以及反馈练习等。四、学生特征分析2本节课的授课对象为高三年级学生，该部分学生在知识底数、思维能力水平，学习意志品质方面，都要比重点中学的学生差一点，在知识的掌握上基本掌握了万有引力定律，及其在天体、卫星问题上的简单应用，但由于在以前的基础年级教授课教学中，没有应用多媒体技术对有关问题进行处理，所以学生对卫星的发射、变轨、回收过程缺乏形象思维和感性认识，也没有很好地建立解决相关问题的方法体系，且学习兴趣和学习动力尚有待于进一步激发。五、媒体选择分析为使学生能对卫星的发射、变轨、回收过程有直观的感性认识和清晰的形象思维，并在此基础上
4、建立解决有关卫星问题的思想、观点、方法，同时也为培养学生的爱国主义情操，激发学生的学习兴趣和顽强的学习动力，在媒体的选择上，本课除继续使用常规媒体外，还采用了多媒体及视频展示台等现代媒体。六、教学过程设计1、教学重点搞清中学物理范畴内卫星的发射、变轨、回收过程的几个问题；掌握利用能量的观点、动量的观点、牛顿定律的观点分析卫星问题的思想和方法。2、教学方法引导发现、讨论，多媒体教学等多种方法综合。3、学生学法自主与协作学习相结合，自我与相互评价相结合。4、教学过程多媒体演示 人造地球卫星在太空中绕地球运转的情况。引入新课说到卫星，首先问同学们一个问题，世界上第一颗人造地球卫星是在哪一年，由哪个国
5、家发射的（部分学生回答后教师总结） ，世界上第一颗人造地球卫星是于 1957 年 4 月 10 日由前苏3联发射的。我国是于 1970 年 4 月 24 日成功发射了第一颗人造地球卫星，是继苏联、美国之后掌握卫星技术的少数几个国家之一。目前，我国自行研制和发射的人造地球卫星，已广泛应用于科研、教育、通信、气象、国际等各个领域。我国的卫星技术已经接近和达到世界先进水平。在近几年的高考试题中，有关卫星的题目频频出现，卫星的问题仍然是高考命题的热点，因此，今天我们上一节有关卫星的专题复习课。板书课题万有此力定律专题复习关于卫星的几个问题。多媒体演示 出示本节学习目标板书 基础知识的回顾多媒体演示 （
6、1）出示基础知识的回顾检测题，由学生回答教师订正，即由多媒体手段显示答案，并用动画、声音、色彩加以强调。人造地球卫星绕地球运转是由地球对卫星的引力提供向心力，以 G、M、m、r、v、T 分别表示万有引力恒星、地球质量、卫星质量、卫星圆轨道半径、卫星的线速度、角速度、周期，则根据万有引力定律和牛顿第二定律，可得下面的公式：Mm V2 4 2G = m = mr 2 = mrr2 r T2由上面的公式可分别寻出 V=其中 r 越大，v 越小，当 r=R 地 时，v=7.9km/s 这个速度是卫星的最小发射速度，同时也是卫星的最大运行速度。= r 越大 越小 ， 其GM rGM r34 2r3T=
7、GM4 其中 r 越大，T 越小。（2）多媒体技术演示用 Flash 动画制作的卫星的三种轨道形式：1、道轨道；2、极地轨道；3、一般轨道。引导学生注意它们的区别及共同点。板书 二、关于卫星的几个问题1、 卫星的发射提出问题卫星是如何被送入太空的呢？ 多媒体演示 出示例题 1，教师进行讲解 例 1：人造地球卫星是由火箭点火后，送入太空的，期间经历了垂直起飞、转弯飞行、进入轨道三个阶段。多媒体演示 我国自行研制的神州 4 号航天器的发射过程，教师做适当讲解。提出问题卫星为什么要垂直发射？讨论 学生相互研讨（一般忽视原因之二） 。讲述 教师提问后讲解订正，并简要板书，因为垂直发射穿越大气层距离最短
8、，克服大气阻力做功所消耗能量最少，同时重力、阻力、推动力共线便于控制。多媒体演示 火箭升空，利用了哪些物理规律。讨论 学生相互研讨。讲述 教师提问后，讲解并简要板书。A 能的转化与守恒定律动能化学能= 重力势能5内能B 动量守恒定律=反冲 C 牛顿运动定律 a = f amg多媒体演示 例 2：载人航天器在发射和降落时，宇航员会发生黑视，其原因一是因为血压降低，二是因为大脑缺血，请从物理学的角度分析大脑缺血的原因。讨论 学生相互研讨（一般都提到了惯性，有的没有点出“超重”这个关键点） 。讲述 由于航天器在发射和降落时，都有向上的加速度，包括人在内的系统处于超重状态，血液由于惯性流向下肢过多，因
9、而造成大脑缺血，解决的方法是 在航天器内设计了图示的惯性自由活动舱。提出问题发射卫星时，一般是先将卫星发送到近地圆轨道，而有的卫星需要在更高的圆轨道上运转，怎样让卫星由近地圆轨道过渡到更高的圆轨道上呢？这就涉及到卫星的变轨问题。板书2 、卫星的变轨多媒体演示 出示例题 3，发射地球同步 1 卫星时，先将卫星发射到近地圆轨道 1，然后点火，使其沿椭圆轨道 2 运行，最后再次点火，将卫星送入同步轨道 3，轨道 1、2 相切于 Q 点，轨道 2、3 相切6于 P 点。提出问题设卫星沿顺时针方向转动的，那么变轨时卫星在 Q、P两点应该向什么方向喷气？讨论 学生相互研讨（一般能正确说出喷气方向，但不能从
10、动力学角度阐明原因）讲述 教师提问后，讲解并板书，在 Q 点向速度的反方向喷气，使速度增大，则卫星所需要的向心力，大于地球对卫星的引力，从而做离心运动，而进入椭圆轨道，同理在 P 点也是向速度的反方向喷气，再做离心运动而进入圆轨道 3。提出问题设卫星绕地球运行时，大气阻力可忽略不计，试讨论卫星在上述三个轨道上的能量大小关系。a.1、2、3 轨道上的机械能大小关系；b.1、3 轨道上的动能和重力势能大小关系；c.在轨道 2 上运转时，动能和势能的转化情况。讨论 学生相互研讨（一般能回答上述问题，但对机械能是否守恒不是很清楚） 。讲述 教师提问后，讲解证正。a. E1EK3 EP1P EK=EP
11、P=Q EP=EK其中要强调指出，在不计空气阻力的情况下，卫星在 1、2、3 各轨道上稳定运行时，机械能是守恒的，只是在 Q、P 两点，火箭点火，使卫星分别自轨道 1 过渡到轨道 2，自轨道 2 过渡到轨道 3的过程中，机械是增加的。7提出问题如何使在轨道上运转的卫星回到地面呢？这就是卫星的回收问题。板书3 、卫星的回收讨论 学生讨论讲述 教师讲解并简要板书，若使例 3 中的同步卫星返回地面，则卫星的回收过程和前面的变轨过程正好相反，在 P 点向 V 的方向喷气，使速度减小，从而做向心运动而进入椭圆轨道 2，到 Q 点，再沿 V 的方向喷气，再使速度减小，而进入近地圆轨道 1，在圆轨道上，再沿
12、 V 的方向喷气，使速度再减小，则卫星又做向心运动，即转弯脱离圆轨道而落向地球，最后阶段为使其减速，还要打开减速伞或开动反推力火箭（向 V 的方向喷气） ，以帮助其减速落至地面。多媒体演示 神州 4 号航天器的回收过程。多媒体演示 例 4，吊在降落伞下的载人航天器，在降落的最后阶段以 14m/s 的速度匀速竖直下落，为实现软着陆（落地时速度为0） ，在航天器离地面约 15m 时，启动 5 个反推力火箭，若航天器重 8 吨，则每支火箭的推力约为多大？设空气阻力大小不变。学生解答学生独立解答多媒体演示 用视频展示台抽样订正学生答案。小结 以上是我们这节课学习的主要内容，通过学习，我们初步了解卫星是
13、怎样发射的，其中利用了哪些物理规律，不仅如此，更为重要的是我们要掌握以万有引力定律为基础，利用能量的观点、动量的观点、牛顿定律的观点，分析、解决有关卫星问题的思想和方法。板书 分析卫星问题的方法。对照学习目标 学生对照学习目标，整理笔记，检查自己的达标情况。布置作业天体运动专项练习。8板书设计万有引力定律专题复习 关于卫星的几个问题。（一）学习目标： （二）基础知识的回顾： （三）关于卫星的几个问题。 1、卫生的发射 (1)节能、便于控制 (2)超重、惯性自由活动舱 2、卫星的变轨(1)V 的反方向 离心 变轨(2) a. E1EK3 EP1P EK=EP P=Q EP=EK3、卫星的回收（四
14、）小结分析卫星问题的方法(1)能量的观点 (2)动量的观点 (3)牛顿定律的观点（五）作业七、教学评价：1、 学生对照学习目标，整理笔记2、 天体运动专项练习9八、教学过程流程图创设情境 提问引课回顾基础发言 提问、订正例题 1开 始展示演示展示提出问题卫星是如何发射的神州 4 号航天器的发射演示观察、想象 解说提出问题：1 为什么垂直发射；2 利用了哪些物理规律；3 为什么造成大脑缺血；展示自由研讨、发言巡视、观察、听取10订正、讲解提出问题，卫星如何变轨展示发言 提问、订正归纳、强调提出问题，卫星如何回收展示师生共同归纳、总结神州 4 号航天器的回收演示例 4展示解答 巡视订正、讲解展示小结整理笔记 巡视答疑P P11结束
