卫星变轨教案

《卫星变轨》教学设计课题名称卫星变轨科目物理年级高一级教学时间1课时教材分析这节课通过对卫星变轨的实例分析，使学生了解：卫星变轨的原理和过程，让学生学会解决卫星变轨问题。在讲课时，卫星变轨加速原理要交待清楚。1．从低轨进入高轨要点火加速2.从高轨进入低轨要点火减速3.整个变轨过程是利用了速度变化的时候向万FF，从而卫星做离心运动学情分析本节课的学习者特征分析主要是根据学生的实际情况做出的：1．学生是中山高级中学高一（8）班学生；2．学生已经基本掌握万有引力定律和圆周运动的知识；3．学生的基础和学习习惯不太好。4．设计重趣味性与知识性的结合。教学目标一、知识与技能1．卫星变轨的原理；2．了解万有引力定律在变轨中的重要应用；3．会用万有引力定律解决变轨问题。二、过程与方法1．由V增加从而引起向F的增加，向万FF，于是卫星做离心运动。2．通过万有引力定律在实际中的应用，培养学生理论联系实际的能力三、情感态度与价值观1．利用设置丰富的问题情境，鼓励学生从多角度思考、探索、交流，激发学生的好奇心和主动学习的欲望；2．利用万有引力定律变轨，学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。3．通过介绍中国航天事业的发展及播放卫星视频，激发学生对科学家探究真理的崇拜之情。教学重点1．卫星变轨原理。2．卫星在各轨道上的速度、加速度、周期等的大小比较。教学难点对向万FF的理解。教学资源（1）给同学们准备一些相关资料；（2）教师自制的多媒体课件；（3）上课环境为多媒体大屏幕环境。《卫星变轨》教学过程描述教学活动1（一）师生互动，激趣导入1．教师展示：中国现今发射的多个卫星过程、神舟六号、神舟七号、神州八号、神州九号的成功发射，神州八号和天宫一号的对接过程，激发学生兴趣。2．引入课题：万有引力定律的天文学上的应用—卫星变轨教学活动2（二）问题启发，合作探究1．创设情景：发射同步卫星时，通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v1，第一次在P点点火加速，在短时间内将速率由v1增加到v2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ；卫星运行到远地点Q时的速率为v3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v3增加到v4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。第一次加速：卫星需要的向心力rmv2增大了，但万有引力2rGMm没变，因此卫星将开始做离心运动，进入椭圆形的转移轨道Ⅱ。点火过程中卫星的线速度增大。教学活动2在转移轨道上，卫星从近地点P向远地点Q运动过程只受重力作用，重力做负功，速度减小。在远地点Q时如果不进行再次点火，卫星将继续沿椭圆轨道运行，从远地点Q回到近地点P，不会自动进入同步轨道。这种情况下卫星在Q点受到的万有引力大于以速率v3沿同步轨道运动所需要的向心力，因此卫星做向心运动。为使卫星进入同步轨道，在卫星运动到Q点时必须再次启动卫星上的小火箭，短时间内使卫星的速率由v3增加到v4，使它所需要的向心力rmv24增大到和该位置的万有引力相等，这样就能使卫星进入同步轨道Ⅲ而做匀速圆周运动。教学活动3（三）规律总结：要使卫星由较低的圆轨道进入较高的圆轨道，即增大轨道半径（增大轨道高度h），一定要给卫星增加能量。v2v3v4v1QPⅠⅢⅡ教学活动4（四）例题示范，巩固提高1．如图，地球赤道上山丘e，近地资源卫星p和同步通信卫星q均在赤道平面上绕地球做匀速圆周运动。设e、p、q的圆周运动速率分别为v1、v2、v3，向心加速度分别为a1、a2、a3，则A．v1v2v3B．v1v2v3C．a1a2a3D．a1a3a22．我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆轨道飞行，后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343千米的圆轨道，在此圆轨道上飞船运行周期约为90分钟。下列判断正确的是A．飞船变轨前后的速度相等B．飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于超重状态C．飞船在此圆轨道上运动的角速度大于同步卫星运动的角速度D．飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度3．2009年2月11日，俄罗斯的“宇宙—2251”卫星和美国“铱—33”卫星在西伯利亚上空约805km处发生碰撞。这是历史上首次发生的完整在轨卫星碰撞事件。碰撞过程中产生的大量碎片可能会影响太空环境。假定有甲、乙两块碎片，绕地球运动的轨道都是圆，甲的运行速率比乙的大，则下列说法中正确的是A．甲的运行周期一定比乙的长B．甲距地面的高度一定比乙的高C．甲的向心力一定比乙的小D．甲的加速度一定比乙的大课堂总结（五）课堂小节，形成体系分析变轨问题时，一是物体做圆周运动需要的向心力，二是提供的向心力。只有当提供的力能满足它需要的向心力时，即“供”与“需”平衡时物体才能在稳定的轨道上做圆周运动，否则物体将发生变轨现象——物体远离圆心或靠近圆心。当卫星受到的万有引力不够提供卫星做圆周运动所需的向心力时，卫星将做离心运动，当卫星受到的万有引力大于做圆周运动所需的向心力时卫星将在较低的椭圆轨道上运动，做近心运动。导致变轨的原因是卫星或飞船在引力之外的外力，如阻力、发动机的推力等作用下，使运行速率发生变化，从而导致供与需不平衡而导致变轨。这是卫星或飞船的不稳定运行阶段，不能用公式分析速度变化和轨道变化的关系。epq