摘要：一方面從歷史的角度了解‘飛天的悲壯史，另一方面從牛頓人造地球衛(wèi)星的設(shè)想圖探究人造衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行原理，理解第一宇宙速度。

關(guān)鍵詞：人造衛(wèi)星；第一宇宙速度；原理和軌跡

三維目標(biāo)：

知識(shí)與技能：了解人造衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行原理，理解第一宇宙速度的含義，會(huì)推到第一宇宙速度。

理解發(fā)射速度，環(huán)繞速度。

過(guò)程與方法：在主動(dòng)學(xué)習(xí)、合作探究的過(guò)程中學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，提高分析推理能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：在探究中不斷體驗(yàn)親自獲得知識(shí)的美感，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義意識(shí)。

教學(xué)過(guò)程：

一、 古代萬(wàn)戶飛天

在明朝有一位富家子弟叫萬(wàn)戶。他很愛(ài)科學(xué)，最感興趣的是將人送上藍(lán)天，親眼去觀察高空的景象。為此，他做了充分的準(zhǔn)備。這一天，他手持兩個(gè)大風(fēng)箏，坐在一輛捆綁著四十七支火箭的蛇形飛車上。命令他的仆人點(diǎn)燃第一排火箭，只見(jiàn)一位仆人手舉火把，來(lái)到他面前，心情非常沉痛地說(shuō)道：“主人，我心里好怕?！?/p>

萬(wàn)戶問(wèn)道：“怕什么？”那仆人說(shuō)：“倘若飛天不成，主人的性命怕是難保。”萬(wàn)戶仰天大笑，說(shuō)道：“飛天，乃是我中華千年之夙愿。今天，我縱然粉身碎骨，血濺天疆，也要為后世闖出一條探天的路來(lái)。你等不必害怕，快來(lái)點(diǎn)火！”

仆人們只好服從他的命令點(diǎn)燃第一排火箭。只聽(tīng)“轟！”的一聲巨響，飛車周圍濃煙滾滾，烈焰翻騰。頃刻間，飛車離開(kāi)地面，徐徐升向半空。正當(dāng)?shù)孛娴娜巳喊l(fā)出歡呼的時(shí)候，第二排火箭自行點(diǎn)燃了。突然，橫空一聲爆響。只見(jiàn)藍(lán)天上他乘坐的飛車變成了一團(tuán)火，他從燃燒著的飛車上跌落下來(lái)，手中還緊緊握著兩支著了火的巨大風(fēng)箏，摔在了萬(wàn)家山上，他長(zhǎng)眠在了鮮花盛開(kāi)的萬(wàn)家山。萬(wàn)戶開(kāi)創(chuàng)的飛天事業(yè)在后世得到了世界的公認(rèn)。

二、 現(xiàn)代人造衛(wèi)星

1. 1957年10月4日，蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星。2. 我國(guó)在1970年4月20日成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。3. 2003年10月15日，我國(guó)神舟五號(hào)宇宙飛船成功載人（楊利偉）發(fā)射升空，安全返回

三、 牛頓人造地球衛(wèi)星的設(shè)想圖（見(jiàn)課本）

探究一人造衛(wèi)星的運(yùn)行原理和軌道。

1. [演示]讓同一個(gè)物體從同一高度以不同的速度水平拋出.讓學(xué)生觀察到速度越大拋出的距離越遠(yuǎn)。2. 提問(wèn)？若拋出物體的水平初速度足夠大，物體將會(huì)怎樣？

結(jié)論：如不計(jì)空氣的阻力，當(dāng)速度足夠大時(shí)，物體就永遠(yuǎn)不會(huì)落到地面上來(lái)，而圍繞地球旋轉(zhuǎn)，成為一顆人造地球衛(wèi)星了。

探究二第一宇宙速度大小計(jì)算。

提問(wèn)：當(dāng)物體速度達(dá)到多大時(shí)才不會(huì)落到地面上，而圍繞地球運(yùn)動(dòng)，成為地球的衛(wèi)星呢？

模型：勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力提供向心力（請(qǐng)同學(xué)們?cè)诓莞灞旧蠘?gòu)圖）

設(shè)m1為地球的質(zhì)量，m2為衛(wèi)星的質(zhì)量，衛(wèi)星運(yùn)行速度為v

Gm1m2r2=m2v2r所以v=Gm1r

對(duì)于靠近地面運(yùn)行的衛(wèi)星，可以認(rèn)為r近似等于地球的半徑R地，所以：

v=Gm1r=6.67×10-11×5.89×10246.37×106/km/s=7.9 km/s

提問(wèn)還有推導(dǎo)方法嗎？引導(dǎo)學(xué)生找出另一推導(dǎo)：

由于萬(wàn)有引力近似等于物體的重力，GMmR2=mg得：v=gR

將g=0.0098 km/s2和R地=6400 km代入上式有：v=7.9 km/s

這就是衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)必須具有的速度，叫第一宇宙速度。

探究三人造衛(wèi)星的兩個(gè)速度

1. 發(fā)射速度：從地球表面發(fā)射衛(wèi)星，衛(wèi)星送入預(yù)定軌道運(yùn)行所必須具有的速度。2. 環(huán)繞速度：衛(wèi)星在軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所具有的速度。

設(shè)衛(wèi)星離地面高度為h，質(zhì)量為m，地球半徑為R，地球質(zhì)量為M。設(shè)衛(wèi)星運(yùn)行速度為v。

模型：為勻速圓周運(yùn)動(dòng)；原理：萬(wàn)有引力提供向心力。

因?yàn)镚MmR+h2=mv2R+h解得：v=GMR+h

討論：影響速度v的因數(shù)有哪些？

①v與m無(wú)關(guān)，只與h有關(guān)，h越大v越小。②當(dāng)h=0時(shí)，v有最大值v=GMR所以v=7.9 km/s是衛(wèi)星的最大繞行速度。③當(dāng)發(fā)射速度v0F向，衛(wèi)星將向圓心運(yùn)動(dòng)而落回地面.

所以要將衛(wèi)星送入軌道，必須使發(fā)射速度v0≥v=7.9 km/s，故v=7.9 km/s是人造衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。

合作探究學(xué)習(xí)：請(qǐng)同學(xué)們思考下面的題？

繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星“嫦娥二號(hào)”軌道是圓形的，且貼近月球表面。已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的181，月球的半徑約為地球半徑的14，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速率約為多少？

提問(wèn)：本題總體思路是？

先推導(dǎo)月球上的第一宇宙速度與地球上的第一宇宙速度的關(guān)系，再求出探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速率。

請(qǐng)同學(xué)們依據(jù)大家的討論在課后完成在作業(yè)本上。

作者簡(jiǎn)介：

彭華榮，四川省樂(lè)山市，四川省犍為第一中學(xué)。