高中物理《三种宇宙速度》

一、回顾

二、解析

环节一：新课导入

先播放一段有关卫星发射的视频，并让同学们仔细观察发射过程。在视频播完之后，提出问题，卫星是如何通过火箭发射到太空中去的，需要多大的速度?

学生会给出各种答案，此时引导学生思考人造卫星能够围绕地球旋转的条件是什么。学生根据前面学习的圆周运动以及万有引力规律可能会提出万有引力提出向心力的推论。此时表扬学生的态度，并引出下一个问题，具体的发射速度是多大?

环节二：新课讲授

(一)第一宇宙速度的推导

引导学生建立模型，将地球视为球体，人造卫星在围绕地心的圆形轨道上做匀速圆周运动。此时要明确指出卫星的轨道高度和地球的半径长度，并且告诉学生，近地卫星的轨道高度相比地球的半径是可以忽略不计的，可以认为是

将已知条件带入后，可以算出速度的大小为7.9km/s。并且给出第一宇宙速度的定义，物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度就叫做第一宇宙速度。

(二)三种宇宙速度的大小和意义

在学生知道第一宇宙速度的定义后，还需要向学生讲清楚第一宇宙速度的意义，即最小的发射速度以及的环绕速度。联系圆周运动以及万有引力公式，可以推导出，在发射时，如果速度小于第一宇宙速度，则万有引力大于所需要的向心力，物体做向心运动，最终会落在地球上，无法发射。同时，在围绕地球做圆周运动时，轨道高度越高，也就是距离地球越远时，圆周运动的线速度越小，所以近地卫星的运行速度是最快的，就是第一宇宙速度。但是需要指明的是，由于一个最小一个，学生很容易理解为发射速度只能为第一宇宙速度。这时候就要讲清发射时的具体过程。如果发射速度大于第一宇宙速度，由于万有引力小于所需要的向心力，物体做离心运动，轨道是椭圆形，在离地球较远的位置二次点火，最终会在一个较高的轨道上以小于第一宇宙速度的速度做圆周运动。要弄清发射速度和环绕速度的区别。解析

紧接着介绍第二宇宙速度。在发射速度逐渐变大的过程中，环绕轨道的椭圆形的长轴会越来越长，最终轨道脱离地球而环绕太阳。从地球上发射并环绕太阳的最小速度被称为第二宇宙速度，大小是11.2km/s。

随着发射速度继续变大，环绕太阳的轨道也会越变越大，大到一定程度之后，物体最终会挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系之外，永远离开太阳系。这个速度的最小值被称为第三宇宙速度，这个速度的大小是16.7km/s。

环节三：巩固练习

一颗卫星发射到距离地表600km的轨道上围绕地球圆周运动，试计算卫星的运行速度，并与第一宇宙速度进行比较。

环节四：小结作业

【板书设计】

【答辩题目解析】

1.你如何激发学生的学习兴趣?

【参考答案】

在开始上课时，我会先播放一段有关卫星发射的视频，并让同学们仔细观察。通过视频激发学生的求知欲，激发学习兴趣。

在推导第一宇宙速度时，我会引导学生想象卫星环绕地球运动的物理模型，让学生们想象宇宙航行的样子，激发学生们对浩瀚宇宙的向往。

最后我又让学生自主计算其他星球上的第一宇宙速度，让学生们体验自主探索的乐趣，学生们对物理学系的兴趣。

2.你认为学生在学习这堂课的时候难点在哪里，如何克服?

【参考答案】

第一，是第一宇宙速度的推导。学生在没有认清物理模型时比较难以想出具体的推导方法，认为使用火箭发射卫星是一个很复杂的过程，中间涉及了很多没有学过的知识，推导时手足无措。这种时候就应该先向学生讲清楚物理模型，让学生知道讨论的是卫星环绕地球做圆周运动的速度，而不是发射时的复杂过程。

第二，是对三种宇宙速度的理解。由于学生还没有在头脑中建立宇宙的形象，所以对脱离地球或者脱离太阳一类的概念理解不是很到位。可以在课前或课下播放视频，让学生真实的体会一下太阳系的样子，既能吸引学生的兴趣，又能让学生对三种宇宙速度的记忆更加牢固。

（责任编辑：李明）