第六章 第5節(jié) 宇宙航行教學(xué)設(shè)計(jì)

1、第六章 第5節(jié) 宇宙航行教學(xué)設(shè)計(jì) 北京市101中學(xué) 郭金寧 北京市師達(dá)中學(xué) 侯林一、教學(xué)設(shè)計(jì)思想本節(jié)屬于航天部分的重要知識，介紹萬有引力的實(shí)踐性成就，要求學(xué)生知道是萬有引力理論使人類實(shí)現(xiàn)“飛天”夢想，這一節(jié)課不但要求使學(xué)生深刻的理解第一宇宙速度，定量的解決衛(wèi)星運(yùn)動的實(shí)際問題，還需要學(xué)生通過了解航天發(fā)展史從而充分的感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感。本節(jié)課分為三個部分，首先通過人類飛天夢想的實(shí)踐過程和牛頓的設(shè)想引導(dǎo)學(xué)生通過討論研究了解宇宙航行的理論知識。接下來從神州6號的相關(guān)資料入手，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)第一宇宙速度，并通過結(jié)合我國發(fā)射的多顆衛(wèi)星有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，

2、通過對宇宙航行的理論知識的實(shí)際應(yīng)用而加深對知識深入理解。最后，以ppt小組匯報(bào)的形式，展示世界和我國的的航天發(fā)展史，通過學(xué)生的自主參與總結(jié)制作，不但豐富了學(xué)生的知識面，激發(fā)同學(xué)們的熱愛科學(xué)，熱愛祖國的情感，還可以鍛煉學(xué)生收集總結(jié)資料的動手能力，通過小組合作方式培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作能力。二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識目標(biāo)： 1、了解人造地球衛(wèi)星的最初構(gòu)想； 2、會解決涉及人造地球衛(wèi)星運(yùn)動的較簡單的問題；3、知道三個宇宙速度的含義和數(shù)值，會推導(dǎo)第一宇宙速度； （二）能力目標(biāo) 應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題的能力，利用互聯(lián)網(wǎng)查找資料的能力，小組合作能力（三）情感目標(biāo) 通過學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用，使學(xué)生真切感

3、受到用自己所學(xué)的物理知識能解決天體問題，能解決實(shí)際問題，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn)：人造地球衛(wèi)星的發(fā)射原理，第一宇宙速度的推導(dǎo)和對第一宇宙速度的確切理解 教學(xué)難點(diǎn)：第一宇宙速度的推導(dǎo)和對第一宇宙速度的確切理解四、教學(xué)過程： 教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動教學(xué)意圖引入（展示視頻片斷，教師講述） 人類一直夢想能夠在天空中遨游，古代就有人嘗試用各種方法飛向天空，但均以失敗告終，伴隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代人類終于實(shí)現(xiàn)了夢想。那么，現(xiàn)代人成功的奧秘在哪里呢？通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你們能否找到答案呢？新課教學(xué)（一）宇宙速度1人造衛(wèi)星（1）牛頓對人造地球衛(wèi)星原理的描繪

4、在高山上物體作平拋運(yùn)動的初速度越大，落地點(diǎn)高山腳越遠(yuǎn)，當(dāng)拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會落到地面上，成為繞地球旋轉(zhuǎn)的人造地球衛(wèi)星（展示人造衛(wèi)星發(fā)射原理動畫視頻）問題：人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動力學(xué)原因是什么？（2）人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的動力學(xué)原因地球給人造地球衛(wèi)星的萬有引力提供了它繞地球作勻速圓周運(yùn)動所需的向心力 （3）人造地球衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時(shí)不可能處于受力平衡狀態(tài)，其加速度等于衛(wèi)星所在處的重力加速度 2宇宙速度（1）第一宇宙速度推導(dǎo)：設(shè)地球和衛(wèi)星的質(zhì)量分別為和m，衛(wèi)星到地心的距離為衛(wèi)星的運(yùn)行速度為v，由于衛(wèi)星做圓周運(yùn)動由萬有引力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律得第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：km/s

5、 意義：它是人造衛(wèi)星地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動所必須具備的速度如果衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)；等于這個速度衛(wèi)星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運(yùn)動；如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s（第二宇宙速度），衛(wèi)星將沿橢圓軌道繞地球運(yùn)行，地心就成為橢圓軌道的一個焦點(diǎn)（2）第二宇宙速度（脫離速度）： 意義：使衛(wèi)星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運(yùn)行的人造行星的最小發(fā)射速度 如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，則它的運(yùn)行軌道相對于太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點(diǎn) （3）第三宇宙速度（逃逸速度）： 意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最

6、小發(fā)射速度如果人造天體具有這樣的速度并沿著地球繞太陽的公轉(zhuǎn)方向發(fā)射時(shí)，就可以擺脫地球和太陽引力的束縛而邀游太空了思考1：衛(wèi)星的環(huán)繞速度和衛(wèi)星與地心的距離之間有什么關(guān)系？解答：衛(wèi)星與地心的距離r越大，則v越小思考2：為什么高軌道發(fā)射衛(wèi)星比低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難解答：高軌道發(fā)射衛(wèi)星比低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難原因是高軌道發(fā)射衛(wèi)星時(shí)火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龈嗟墓λ伎?：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度是同一個概念嗎？解答：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度是兩個不同的概念思考4：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度有什么區(qū)別？解答：所謂發(fā)射速度是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時(shí)的初速度，并且一旦發(fā)射后就再無能量補(bǔ)充，被發(fā)射

7、物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)動軌道要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度若發(fā)射速度等于第一宇宙速度，衛(wèi)星只能“貼著”地面近地運(yùn)行如果要使人造衛(wèi)星在距地面較高的軌道上運(yùn)行，就必須使發(fā)射速度大于第一宇宙速度 所謂運(yùn)行速度是指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動的線速度當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度根據(jù)可知，人造衛(wèi)星距地面越高（即軌道半徑r越大），運(yùn)行速度越小實(shí)際上，由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，所以衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)行速度一定小于發(fā)射速度思考5：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度之間有什么關(guān)系？解答：人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度之間的大小

8、關(guān)系是：（二）、夢想成真教師簡介：1957年10月，前蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，從此，開創(chuàng)了人類航天時(shí)代的新紀(jì)元我國在1970年4月20日發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，現(xiàn)在已成為世界上第五個依靠自己力量研制成火箭發(fā)射衛(wèi)星、第三個掌握衛(wèi)星回收技術(shù)、第四個用一枚火箭發(fā)射多顆衛(wèi)星的國家衛(wèi)星主要有偵察衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、地球資源勘測衛(wèi)星、科學(xué)研究衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星和測地衛(wèi)星等種類人類與宇宙航行（課堂展示）1 世界航天發(fā)展史 2 我國航天發(fā)展史3 偉大的宇航員4 黑洞之謎5 航天器介紹例1：利用所學(xué)知識，推導(dǎo)第一宇宙速度的另一表達(dá)式:證明：地球表面的物體所受的重力大約等于萬有引力，即

9、得：又因?yàn)椋?所以：例2：若取地球的第一宇宙速度為8km/s，某行星的質(zhì)量是地球質(zhì)量的6倍，半徑是地球的1.5倍，則此行星的第一宇宙速度約為：A、16 km/sB、32 km/sC4km/sD、2km/s學(xué)生思考討論回答并總結(jié)學(xué)生板演，教師糾偏教師講述教師講述教師講述提問，學(xué)生回答提問，學(xué)生回答提問，學(xué)生回答提問，學(xué)生回答 提問，學(xué)生回答學(xué)生展示ppt或海報(bào)（在這一節(jié)課前提前對學(xué)生分組，每一組圍繞本組的主題查找相關(guān)資料，制作匯報(bào)ppt，制作海報(bào)進(jìn)行展示。）教師Ppt展示例題，學(xué)生板演過程，教師糾正規(guī)范教師Ppt展示例題，學(xué)生板演過程，教師糾正規(guī)范引導(dǎo)學(xué)生思考，基法學(xué)生興趣。讓學(xué)生了解人造地球衛(wèi)星的最初構(gòu)想和人造地球衛(wèi)星的發(fā)射原理突破難點(diǎn)，使學(xué)生會推導(dǎo)第一宇宙速度通過思考學(xué)習(xí)，使學(xué)生真切感受到用自己所學(xué)的物理知識能解決天體問題，能解決實(shí)際問題