宇宙航行地球同步卫星教案.docx
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宇宙航行地球同步卫星教案
——地球同步卫星教案
一、教案背景
本节前已经讲过卫星的发射,环绕的有关知识,对卫星环绕地球飞行的速率、周期等有了初步的了解,高中阶段主要研究的有极地卫星和地球同步卫星,其中地球同步卫星用于通讯等和人们生活息息相关用途,并且其轨道、运动有着其自己的特点。
因此设立了本教案让同学们更好的了解同步卫星的特点及用途,培养学生的学习兴趣。
二、教学课题
地球同步卫星
三、教材分析
本节为第六章第五节中的一个内容。
此前,学生已经学习了圆周运动和万有引力定律,知道卫星做圆周运动所需要的向心力是万有引力所充当的。
并且在万有引力定律的成就一课中,对天体的运动规律也有了一定的认识。
四、三维目标
(一)知识与技能
1、了解地球同步卫星的一些实际应用。
2、了解地球同步卫星的运动特点。
3、地球同步卫星和其他卫星的运动的共同点:
万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力,会用万有引力定律计算天体的质量。
4、理解并运用万有引力定律处理地球同步卫星问题的思路和方法。
(二)过程与方法
1、培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法。
2、培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。
3、培养学生自学能力和团队合作意识。
(三)情感、态度与价值观
体会万有引力定律在人类认识自然、改造自然的巨大意义和作用。
使学生对航天知识产生兴趣,增强学生学习物理的积极性和主动性。
五、教学重点、难点
重点:
地球同步卫星的轨道特点和运行规律。
难点:
地球同步卫星的轨道位置的确定。
六、教学方法
教师启发、引导,学生观察并自主思考,讨论、交流学习成果。
并结合应用现代信息技术和网络资源。
通过分析找到地球表面物体万有引力与两个分力——重力和物体随地球自转的向心力,与同步卫星若在北半球受到的万有引力的两个分力进行对比与比较。
得到地球同步卫星轨道位置的结论,并由万有引力定律及同步卫星周期,从而推导地球同步卫星的速度、高度等。
七、教学过程
(一)、新课引入
在地球的周围有许许多多的卫星,有气象卫星、通讯卫星等等。
其中有一种很特别的卫星它总是相对于地球的一个固定位置保持相对静止,这种卫星就是地球同步卫星。
播放同步卫星视频:
同步卫星1_在线视频观看
(二)新课教学
1、简单介绍地球同步卫星
卫星环绕地球的角速度与地球自转的周期相同,相对于地面静止,因此从地球上看它总在某地的正上方,因此叫做地球同步卫星。
学生活动:
根据地球同步卫星的定义讨论、归纳、总结其特点:
(教师引导并总结)
●与地球具有相同的角速度和周期,地球同步卫星的周期T=24h。
●相对于地球的某地保持相对静止。
提出疑问:
既然是相对于地球某地保持静止,那么在大连的上空有没有地球同步卫星?
并给出若卫星相对于大连所在的北半球保持静止应有的轨道图片。
2、地球同步卫星的轨道
若同步卫星在大连的正上方,如图一B点所示。
在地球表面,北半球的物体收到的力如图二所示。
学生活动:
对比图一、图二的区别。
图一
地球表面的物体万有引力的两个分力——向心力和重力,重力与支持力平衡,所以静止不动;在天空的同步卫星也收到地球对其的万有引力,万有引力
的两个分力
,分力
充当向心了,另一分力
没有力与其平衡,所以卫星将在分力
的作用下向
的方向运动,不能保持相对于地面静止。
学生活动:
图二
分析地球同步卫星实际的轨道:
赤道平面上距地一定高度的轨道上。
3、地球同步卫星的轨道高度
已经知道地球同步卫星的周期和实际的轨道,若地球质量为M,地球半径为R,周期为T,能否利用这些条件计算出地球同步卫星距离地面的高度?
学生活动:
在演算纸上进行推导计算
解:
忽略地球自转,万有引力完全充当向心力,则:
其中G、M、T、R都是定值
那么可得出结论:
地球同步卫星具地面的高度也是一定的。
地球同步卫星的轨道高度大约是地球半径的六倍,约为36000km。
4、地球同步卫星速率
由上面已经推出的地球同步卫星的轨道半径和周期,由学生推导地球同步卫星的速率。
速率
对于地球同步卫星来说,轨道半径和周期一定,那么其速率为定值。
即:
所有地球同步卫星的速率相同。
km/s
5、归纳地球同步卫星的轨道和运动的特点
学生活动:
归纳地球同步卫星的特点
(1)、定周期:
T=24h
(2)、定轨道:
地球同步卫星在通过赤道的平面上运行,
(3)、定高度:
离开地面的高度h为定值,约为地球轨道半径的6倍。
h=36000千米
(4)、定速率:
所有同步卫星环绕地球的速度都相同。
V=3千米/秒
教师介绍地球同步卫星的第五个特点:
(5)、定点:
每颗卫星都定在世界卫星组织规定的位置上。
6、知识扩展:
地球同步卫星的原理和用途
由学生分组讨论,并上网查阅相关资料几分种后各组选出代表发言,让学生相互合作,体验探究未知领域的过程,寻找科学的学习方法。
在同步卫星所在的轨道上,为了防止卫星间相互干扰,每3°才能放置一颗同步卫星。
在地球同步轨道上布设3颗通讯卫星,即可实现除两极外的全球通讯。
北斗卫星导航系统是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS),它由5颗地球同步卫星和30颗非静止轨道卫星。
向学生展示相关网络资源链接:
北斗卫星导航系统北斗卫星系统介绍
7、地球同步卫星与极地卫星的对比
由学生通过链接按扭自动进入相应的界面,了解极地卫星的相关知识。
链接:
极地卫星百科
极地卫星_在线视频观看
以问题的形式向学生提出如下几问:
(1)谁飞得高?
(极地卫星飞行高度600-1500km,地球同步卫星飞行高度36000km)
(2)谁的运行周期长?
(地球同步卫星周期24h,极地卫星周期12h)
(3)谁的速度得快?
(极地卫星由公式推导:
)
(4)侦察卫星是什么卫星?
(极地卫星)通信卫星呢?
(同步卫星)
学生以小组的形式,讨论学习相关问题,每小组选出代表回答以上问题。
(三)课题小结
1、地球同步卫星相对于地球的一个固定位置保持相对静止,绕地球做圆周运动,地球对卫星的万有引力充当了向心力。
2、地球同步卫星特点,五个一定:
定周期、定轨道、定高度、定速率、定点。
3、地球同步卫星和极地卫星的区别。
(四)巩固与练习
1、由于通讯和广播等方面的需要,许多国家发射了地球同步卫星,这些卫星的:
2、据报道,我国数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日在西昌卫星发射中心发射升空,经过4次变轨控制后,于5月1日成功定点在东经77赤道上空的同步轨道。
关于成功定点后的“天链一号01星”,下列说法正确的是:
7.9km/s
B.离地面高度一定,相对地面静止
八.板书设计
地球同步卫星
一、地球同步卫星:
对于地球的一个固定位置保持相对静止,其角速度与地球自转角速度相同。
二、地球同步卫星的特点(五个一定)
1、定周期:
T=24h
2、定轨道:
地球同步卫星在通过赤道的平面上运行。
3、定高度:
离开地面的高度h为定值。
4、定速率:
所有同步卫星环绕地球的速度都相同。
5、定点:
每颗卫星都定在世界卫星组织规定的位置上。
九、教学反思
教学达到了预先设计的教学目的;知识呈现方式得当,层次清楚;板书条理分明。
用对比的方法解决了本节的难点,个人感觉这是本节课的亮点。
但本节课也有一些疏漏失误之处,就是新课讲授前对学过的知识回顾不够,有些同学不能及时回忆起前面所讲的知识,在讲课过程中学生不能很快的练习到原有的知识,对教学产生了一定的影响。
在新课讲授前应带领学生回顾一下先前所学的圆周运动和万有引力定律的一些知识要点。
《宇宙航行》教学设计
一.教材分析
人教版必修二第六章第五节《宇宙航行》重点讲述了人造卫星的发射原理,推导了第一宇宙速度,介绍了三个宇宙速度的含义。
本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用,是航天科学技术理论基础。
引导学生运用科学的思维方法,探究人造卫星的发射原理,进行知识的正向迁移,顺利、流畅地推导第一宇宙速度,有助于培养学生的发散思维、逻辑思维和分析推理的能力。
另外,学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解,也将潜移默化地产生对航天科学的热爱,增强民族自信心和自豪感。
二.学情分析
通过前面的学习,学生已对平抛运动、曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解。
在此基础上,通过教师合理诱导,按照迁移规律科学地设计问题情境,促进学生探究,获得新知。
尽管学生对天体运动的知识储备不足,猜想可能缺乏科学性,表达也许欠妥。
但只要始终参与到学习情境中,五官体验激活思维,大胆猜想,敢于表达,就都能获得发展和提高。
三.教学目标
(一)知识与技能
1.通过观察思考、合作探究使学生知道人造地球卫星的发射原理;
2.通过阅读、合理诱导与精心研究使学生掌握三个宇宙速度,学会推导第一宇宙速度的两个求解公式;
3.通过公式分析、练习反馈使学生掌握用万有引力定律和圆周运动知识求解有关卫星运动的基本问题。
(二)过程与方法
1.通过对人造卫星的发射原理和第一宇宙速度公式推导的学习,使学生经历科学探究、分析、归纳的思维过程;
2.教育学生在处理实际问题时,如何忽略次要因素,抓住主要因素,抽象出物理模型。
从而对学生进行物理研究方法的培养。
(三)情感态度与价值观
1.在主动学习合作探究过程中,体验和谐、流畅、民主、愉悦的学习情境,在满怀热望的探究中不断获得美的感受和成功的喜悦。
2.介绍我国航天事业的发展现状,激发学生的求知欲和热爱科学的激情,增强民族自信心和自豪感,培养爱国热情。
四.教学重点
1.人造卫星的发射原理,第一宇宙速度的推导;
2.卫星做圆周运动时,各运动量与轨道半径r的关系。
五.教学难点
1.卫星做圆周运动时,各运动量与轨道半径r的关系;
2.人造卫星的运行速度与卫星发射速度的区别。
六.教学准备
多媒体课件、投影仪、计算机
七.教学方法
启发探究式教学、多媒体辅助教学。
八.设计思想
1.教学主线设计
本节课是应用课,学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论,具备了解决问题的基本工具。
所以在设计中突出发挥学生的主体作用。
课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线,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.教学媒体设计
通过多媒体课件,创设情境,激发求知欲望;增强感性认识,将抽象变得具体,帮助学生认识科学的本质及内涵。
并利用课件板书相关内容,增大课堂容量。
九.课时安排一节课
十.教学过程
(一)创设情境,激发情感
1.多媒体演示“神舟六号宇宙飞船发射、运行、返回”视频剪辑。
(播放同时可向学生介绍、讲解有关宇宙飞船发射、运行、返回等过程中的一些知识。
)
2.教师导入:
(将音量调小,与课件播放同步)
自古以来飞天一直是全人类的梦想,人类也为此做出了不懈的追求和巨大的牺牲。
我国古代的万户就是其中一个,他曾经将自己用47枚火箭捆绑,尝试飞天,不幸点火后火箭爆炸,万户为此牺牲了。
然而,一次次的失败并没有阻止人类进行太空探索的活动。
终于,人类第一颗人造卫星于1957年10月4日从前苏联升空,中国也于1970年发射了第一颗人造卫星。
特别是2003年10月15日至16日,中国第一次实现载入航天,宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”绕地飞行14圈,顺利返回,圆了中国人盼望已久的飞天之梦。
2005年10月12日,我国“神舟六号”又将两名宇航员费俊龙、聂海胜送入太空,绕地飞行近五天五夜成功返回,实现了新的突破。
所有这些都是每一个中国人的骄傲和自豪!
3.适时设疑:
那么人类是怎样把物体发射出去,送入太空的呢?
(让学生开始思考及交流)
4.出示课题:
《宇宙航行》。
教师设问,引领学生进入学习活动中。
(二)观察思考,合作探究
1.诱导观察:
(1)课件动画展示:
在某一平台上先后以不同水平速度抛出小球。
(2)教师设疑:
观察和比较这四条轨迹,你能发现什么?
(3)师生小结:
得出两个结论,并在课件上出示:
①物体由于地球引力的作用均落回地面。
②物体的初速度越大,飞得越远。
(2)放飞思维,大胆猜想:
①教师设疑:
从刚才的四条轨迹图中,你还能联想到什么?
②课件展示牛顿设想,并用动画动态演示:
忽略空气阻力的影响,当抛出物体的初速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来,它将围绕地球运转。
③教师追问:
牛顿的设想可能吗?
(引导学生进一步思维)
④师生小结:
牛顿设想的运动是完全可能的。
当物体的初速度足够大时,物体将围绕地球做匀速圆周运动,成为一颗人造地球卫星,简称人造卫星。
出示标题一:
人造卫星──人造卫星所需的向心力由地球的万有引力提供。
(三)精心研究,合理推导
1.设疑:
要有足够大的速度,才能使抛出的物体成为人造卫星,那么这个速度多大呢?
出示标题二:
宇宙速度(导向第二个研究内容。
)
2.课件出示探究内容和已知条件:
已知地球和人造卫星质量分别为M和m,卫星到地心的距离为r,求卫星绕地球做圆周运动的速度v。
3.设疑:
解题的思路和方法是什么?
(教师强调学生不急于解题,先看清已知条件,找出解题思路,引导学生自己得出:
应该用人造卫星围绕地球做圆周运动的向心力由地球的万有引力提供来求解。
)
4.推导卫星运行速度公式:
根据万有引力和圆周运动规律,引导学生分析、研究,并自己独立求出卫星运行速度
(请两名学生上黑板推导。
教师在学生中观察指导答疑,并就黑板上学生的推导过程引导全班同学进行评价,之后课件再现推导过程,帮助全体学生达标。
)
公式拓展(学生自我推导,课件再现推导过程)
v=ωr
ω=
角速度 ω=
ω=
T=
卫星运行周期T=2π
5.引导学生对公式进行分析:
设疑:
不同的人造地球卫星,其线速度大小、角速度大小、周期与什么因素有关?
有什么样的关系?
学生思考讨论交流得出结论,并在课件上出示:
不同的人造地球卫星,其线速度大小、角速度大小、周期均与轨道半径r有关。
人造卫星离地面越高,卫星环绕地球运动的线速度、角速度越小,周期T越大。
师生共同合作,借助课件,代入数据,得出第一宇宙速度v1=/s。
并简要说明其意义。
(v1=/s是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度,叫第一宇宙速度。
)
设疑:
①将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易?
为什么?
②所需要的发射速度,哪一个更大?
为什么?
③在低轨道和高轨道运行的两颗地球卫星哪一个运行速度大?
引导学生从做功的角度,结合卫星的运行速度公式,思考分析:
当卫星的轨道半径越大时,卫星绕地球的运行速度越小,送入轨道需要消耗的能量越多,卫星发射时越难,发射速度必须越大,由此我们可以得出要将人造卫星送入轨道发射速度必须大于多少?
学生分析得出v≥/s
6.阅读了解,独立思考:
学生通过阅读,了解卫星的运行速度大于第一宇宙速度的三种可能。
并由教师引导得出第二、第三宇宙速度。
①课件展示第二、第三宇宙速度的值及含义。
②课件动态展示在第一宇宙速度及在此基础上卫星发射速度不断增大的过程中,运动轨迹由围绕地球运动的圆周→椭圆→偏心率逐渐变小的椭圆→挣脱地球引力围绕太阳运动→飞出太阳系的变化过程。
(四)联系实际,促进迁移
1.释疑(前后呼应):
从牛顿提出设想到第一颗人造卫星上天,历时近三百年,这是为什么?
(学生交流、讨论:
当时技术落后,不能达到。
教师肯定学生回答的正确性。
)
2.世界航天史和中国航天史(课件动态展示):
先进行手动播放(按钮在日历两侧),播放完一遍后,再将动画设定为自动播放。
播放过程中可要求学生注意我国在航空、航天领域所取得的一些巨大成绩,同时也应实事求是地看到目前我国与传统航天大国美国、俄罗斯之间仍存在较大的差距,从而进一步激发学生学习科学,热爱科学的激情。
)
(五)练习反馈,拓展延伸
例题1:
“2003年10月15日9时,我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射,把我国第一位航天员杨利伟送入太空。
飞船绕地球飞行14圈后,于10月16日六时23分安全降落在内蒙古主着陆场。
”×10
×103km)。
1.学生独立思考,计算周期T的大小并推导出高度与地球质量、半径、周期等物理量之间的关系公式,代入相关数据进行计算得到结果。
2.教师检查,然后师生共同评价、指出问题。
使学生学以致用,掌握正确的解题思路和方法。
例题2:
利用所学知识,推导第一宇宙速度另一表达式v1=
。
请两名学生上黑板推导。
教师在学生中观察指导答疑,并就黑板上学生的推导过程引导全班同学进行评价,之后课件再现推导过程,帮助全体学生达标。
(六)情感激励,课外探究
1.教师结束语:
浩瀚的宇宙就像一座丰富的宝藏,吸引着人类的目光,激励人们去探索其博大和神秘。
目前,开发太空资源,开创空间产业,实现太空居住,已逐渐成为航天活动的主旋律。
您想了解更多的航天知识吗?
想在航天方面发挥自己的能力吗?
请阅读相关书目,上网收集有关航天科学知识。
只要我们努力学习,就一定能实现自己的理想。
2.课外探究参考题:
①人造卫星的种类和资料。
②同步卫星的含义及特点。
(七)布置作业
1.阅读了解书上P110的阅读材料“黑洞”
2.P110—111NO2、6、7
(八)板书设计
宇宙航行
1.人造卫星的发射原理
2.宇宙速度
①人造卫星的绕行速度
补充:
人造卫星的角速度 ω=
卫星运行的周期T=2π
②三个宇宙速度
第一宇宙速度:
v1=/s
第二宇宙速度:
v2=/s
第三宇宙速度:
v3=/s
- 配套讲稿:
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