1、万有引力定律的应用人造卫星教学设计一、教学分析1、教材分析本节课为司南版必修2第五章第二节中的第一课时，讲述人造卫星的运行情况，介绍人造卫星的种类。通过本节的学习研究，使学生理解人造地球卫星运行规律，建立起人造地球卫星运行的模型，掌握应用万有引力定律分析天体运动的方法。本节还密切联系现代生活、生产和科学技术的实际，有着浓郁的生活气息和时代气息，使学生更好地理解科学与生活、科学与社会的关系。另外，本节课是本章的重点内容，是学生进一步学习、研究、探索天体物理问题的理论基础。2、学生分析（1）分析学生知识水平：本节内容较抽象，学生难以理解，但学生已掌握了牛顿运动定律、圆周运动等章节的理论，学习了万有
2、引力定律的知识，能运用万有引力定律揭示一些天体运动的特点，为本节课的学习奠定了基础。（2）分析学生的思维发展阶段：学习者是普通校的学生，抽象思维能力以及分析能力较弱，建立人造地球卫星运行的模型较为困难，需要教师提供直观的动画，帮助学生建立模型。（3）分析学生的学习兴趣：学生为高一年级的孩子，具有较强的求知欲和好奇心。而本节的丰富内容，精美的图片，与生活、科技紧密接合的事例，也能激起了学生探索科学的兴趣。二、 教学目标1、 知识与技能（1）掌握研究卫星绕行星的运动问题的基本方法：万有引力作为物体做圆周运动的向心力。（2）理解人造地球卫星运行规律，建立起人造地球卫星运行的模型。（3）了解近地卫星、
3、地球同步卫星的有关知识，并会推导和计算近地卫星的速度。2、 过程与方法通过运用万有引力定律和牛顿运动定律解决人造卫星绕地球运动问题，培养在处理实际问题时，构建物理模型的能力；学习科学的思维方法，培养归纳、分析和推导及表达能力。3、 情感态度与价值观体会科学研究方法对人类认识自然的重要作用，养成认真思考、积极参与、勇于探索的精神。激发学习科学，热爱科学的激情。三、教学重点1、卫星运行的动力学特点规律，运行速率、周期、角速度、加速度与轨道半径的关系。2、近地卫星、地球同步卫星运行规律。近地卫星速度和周期的推导四、教学难点1、理解人造地球卫星运行规律，建立起人造地球卫星运行的模型。2、综合运用万有引
4、力定律和牛顿运动定律解决天体运动问题。五、教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流，讲练相结合。六、教学过程教学内容学生活动教学设计意图新课引入：幻灯片展示：通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星等卫星的图片，介绍各种各样卫星的用途。引出概念：在万有引力作用下，绕地球做匀速圆周运动的物体，称为人造卫星。新课教学一、卫星的运行引导：1、人造卫星绕地球运转的向心力由什么力提供？（万有引力）2、人造卫星绕地球做匀速圆周运动，描述卫星运动的物理量有哪些？（速度v，角速度，周期T，向心加速度a）【探究1】设：地球质量为M，地球半径为R，卫星的轨道半径为r，卫星质量为m，试求卫星运动的线速度v，角速度，周期
5、T，向心加速度a。（1）由 得（2）由 得（3）由 得（4）由 得引导：根据推导出的表达式分析速度，角速度，周期，向心加速度与什么因素有关？结论：1、速度v、角速度、周期T、向心加速度a由M、 r决定，与卫星质量m无关2、对同一个中心天体，r确定，速度v、角速度、周期T、向心加速度a也确定。幻灯片展示：同一轨道上，不同卫星运动快慢相同。3、轨道半径r增加，速度v减小，角速度减小，周期T增加，向心加速度a减小。幻灯片展示：不同轨道上，卫星运动快慢不相同，离地球越远的卫星运动越慢。 小结：卫星运动规律用“远、慢、长”来概括 远距地心远、慢运动慢、长周期长。巩固训练1、轨迹为圆形的人造地球卫星，其轨
6、道半径越大，则其角速度越 _，线速度越_，向心加速度越_。2、如图所示，a、b、c是环绕地球圆形轨道上运行的3颗人造卫星，它们的质量关系是ma=mbmc，则（ ）Ab、c的线速度大小相等，且大于a的线速度Bb、c的周期相等，且小于a的周期Cb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Db所需向心力最小 二、卫星的轨道引导：若在地球上空有一颗卫星，那么这颗卫星轨道平面的中心应是地轴上的某点而不一定是地心，其需要的向心力也指向这一点，而地球所能够提供的引力只能指向地心。那么引力除了提供向心力外，还分解为指向赤道的力。在这个力的作用下，卫星将向赤道移动。结论：人造地球卫星的轨道圆心与地心重合。三
7、、 卫星的种类1、近地卫星：是指轨道在地球表面附近的卫星，计算时轨道半径可近似取地球半径（r=R）。 【探究2】地球的质量为M ,地球的半径为R.，引力常量为G。 求：近地卫星在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度。 引导：1、7.9km/s相当于一秒钟绕学校400m操场20圈。2、卫星绕地运转轨道半径越小，速度越大。人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，轨道半径最小，所以近地卫星的速度是最大的运行速度。【探究3】地球表面的重力加速度为g ,地球的半径为R. 求：近地卫星在地球表面附近做匀速圆周运动的线速度.【探究4】地球的质量为M ,地球的半径为R.，引力常量为G。 求：近地卫星在地球
8、表面附近做匀速圆周运动的周期。引导：卫星绕地运转轨道半径越小，周期越小。人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，轨道半径最小，所以近地卫星的周期是最小的周期。2、地球同步卫星相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫做地球的同步卫星。【探究5】地球同步卫星的周期、运行轨道结论：（1）同步卫星的运转周期与地球自转周期相同，T24 h（2）同步卫星的轨道一定与赤道平面共面且在一定高度（3）同步卫星离地面高度为36000km（4）同步卫星的r、v、T、a均为定值小结：地球同步卫星必须发射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度环绕地球做圆周运动。幻灯片展示：比较下列3颗卫星运动物理量(r、
9、T、v)大小巩固训练1、是否有可能发射一颗80min绕地球一周的人造地球卫星。为什么？2、同步卫星是与地球自转同步的卫星，它的周期T=24h，关于同步卫星的下列说法正确的是：（A）同步卫星离地面的高度和运行速度是一定的。（B）同步卫星离地面的高度越高，其运行速度越大；高度越低，速度越小。（C）同步卫星只能定点在赤道上空，相对地面静止不动。（D）同步卫星的向心加速度与赤道上物体随地球自转的加速度大小相等。（E）同步卫星的质量都相等。课堂小结布置作业1、课本第101页题1、2、3、4 2、搜集了解更多的与卫星相关的知识。学生观看、讨论交流学生认真思考，回答问题学生分四组，自主推导速度v、角速度、周
10、期T、向心加速度a的表达式。各组派一名代表上黑板板演，师生互动、生生交流，得出最后表达式。分析比较表达式得出结论学生观看，初步建立起人造地球卫星运行的图景。学生观看，进一步建立起人造地球卫星运行的图景。学生思考总结学生先独立完成，再讨论交流，回答相应问题学生观察、思考分析学生自主推导、相互交流讨论，师生互动，得出近地卫星的速度。感受近地卫星的速度学生思考分析学生自主推导、相互交流讨论、师生互动，得出结论。学生自主推导、相互交流讨论、师生互动，得出近地卫星的周期。学生思考分析学生思考分析、交流讨论，得出结论类比三个卫星的运行情况，建立起人造地球卫星运行的正确图景。学生先独立完成，再讨论交流，回答
11、相应问题；教师点评。学生归纳讲述本节课内容，教师总结。创设情境，激发学生兴趣，引入课题掌握研究卫星绕行星运动问题的基本方法：万有引力作为物体做圆周运动的向心力通过学生自主推导，相互交流，讨论的形式，调动学生积极的参与课堂教学。同时培养学生从物理学的角度思考问题的能力和表达能力。利用课件呈现直观、鲜明的图景，为学生的思考搭台阶。建立卫星的运动模型。培养学生归纳总结能力引导学生用物理模型的方法，通过习题巩固前面的重点知识，让学生的认知逐步提升。利用课件呈现直观、鲜明的图景，引导学生调动已有的知识储备处理轨道问题。学生积极参与、独立思考，培养学生应用物理知识解决实际问题的能力和协同学习的能力用类比的
12、方法帮助学生理解近地卫星速度的大小。学生积极参与、独立思考培养学生应用物理知识解决实际问题的能力和协同学习的能力。通过学生讨论探究同步卫星的运行及轨道特点，培养学生的语言表达能力和从物理角度分析实际生活的能力。并切实理解人造卫星的动力学特征，和运动学特点。巩固本节课的知识，突破重、难点。引导学生用物理模型的方法，通过习题巩固本节课的重点知识，培养分析和应用知识解决问题的综合能力。培养学生归纳总结能力，构建知识网络。七、教学反思1从教学设计的理念上：本节课在设计中突出发挥学生的主体作用，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。2从教学内容的处理上：本
13、节课重点讲述了人造卫星的运行情况，介绍了人造卫星的种类。而将发射卫星和宇宙速度内容安排在第二课时完成。这样安排是因为学习者是普通校的学生，学习能力不强，上课内容不宜多。而且把最大的环绕速度和最小的发射速度分开讲，避免了学生在知识理解的混乱。3从教学环节的设计上：精心设计的五个探究环节，贴近学情，使不同层次的学生都能参与中来。学生自主推导公式、分组讨论和交流合作，让学生能够充分的思考问题。从而达到了活跃课堂、提高教学效率的目的。4从多媒体的应用上：自制课件简洁实用，很好地为教学服务。其中动画展示同一轨道上，两颗卫星运动情况；不同轨道上，卫星运动情况。生动直观，提升了学生的认知，帮助学生顺利建立模型，是本节课的亮点。 5从教学时间的安排上：是本节课的遗憾之处，教学时间的安排可更合理一些，如在推导卫星运动的线速度v、角速度、周期T、向心加速度a的表达式时，花了过多时间。可将这部分时间和精力放对四个表达式的分析，将更有利于难点的突破。
