宇宙航行教學設計(1)

1、宇宙航行教學設計江蘇省漣水中學 董存生一、教材分析宇宙航行系新課程人教版必修2第七章第五節(jié)，重點講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導了第一宇宙速度,并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學上應用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現(xiàn)了知識的力量，是學生學習了解現(xiàn)代科技知識的一個極好素材。教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重點內容，是學生進一步學習研究天體物理問題的理論基礎。另外，學生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產生對航天科學的熱愛，增強民族自信心和自豪感。二、教學目標（一）

2、 知識與技能（1）知道人造地球衛(wèi)星的運行原理，會運用萬有引力定律和圓周運動公式分析解答有關衛(wèi)星運行的原因；（2）掌握三個宇宙速度，會推導第一宇宙速度；（3）簡單了解航天發(fā)展史。（4）能用所學知識求解衛(wèi)星基本問題。（二）過程與方法（1）培養(yǎng)學生科學探索能力；（2）培養(yǎng)學生在處理實際問題時，如何 構建物理模型的能力；（3）學習科學的思維方法培養(yǎng)學生歸納、分析和推導及合理表達能力。（三）情感態(tài)度與價值觀介紹我國航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，激發(fā)學習科學，熱愛科學的激情，增強民族自信心和自豪感。課時安排：一節(jié)課教 具：多媒體課件(flash 8制作)、投影儀、計算機三、設計理念學科教學活動以學生為主體

3、，促進學生知識、能力、品德三維一體的全面發(fā)展，這是本課件設計的基本理念。學生已學過平拋運動、勻速圓周運動、萬有引力定律等基本理論，具備了解決問題的基本工具。本節(jié)課的難點在于對人造衛(wèi)星原理的理解，因此教學設計上采用理論探究法：在設計中突出發(fā)揮學生的主體作用，課堂中通過設疑思考啟發(fā)引導這樣一條主線，激發(fā)鼓勵學生的大膽思考、積極參與，讓學生通過自己的分析研究來掌握獲取相關的知識和方法。四、教學重點、難點（1）第一宇宙速度的推導；  （2）人造衛(wèi)星運轉的環(huán)行速度與衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別；  （3）衛(wèi)星做圓周運動時，各物理量的關系。五、教學方法啟發(fā)探究式教學、多媒體輔助教學。六、教學準備

4、：多媒體制作，月球繞地球轉動演示儀、投影儀、計算機。七、教學過程（一）創(chuàng)設情境，激發(fā)情感，引入新課1利用多媒體播放視頻：（1）人造衛(wèi)星發(fā)射，（2）人造衛(wèi)星在圓形軌道上的運行。2演示月亮繞地球轉動。提出問題：拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星、月亮沒有落下來必須具備什么條件？（二）人造地球衛(wèi)星1拋物演示實驗：學生觀察落地點的變化，落地點為什么會變化？2牛頓的思考與設想：  拋出的速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會出現(xiàn)什么結果？  牛頓根據自己的設想草擬了一幅極富創(chuàng)意的人造衛(wèi)星原理圖。  牛頓的設想由于受技術條件的限制，物體不可能達到這樣的速

5、度，但他的思想啟發(fā)了后人，在太空探索中立了頭功。  動畫展示牛頓的設想過程。引出人造地球衛(wèi)星（簡稱人造衛(wèi)星）的概念。（三）宇宙速度問題猜測獺猜猜猜如何驗證1、問題的提出：人造衛(wèi)星為什么不掉下來，人造衛(wèi)星的線速度有多大。進行提示想想雜技水流星，水到了最高點為什么不掉來，一起探索原因，直到得出結論。圍繞線速度問題，讓學生猜測高軌道還是低軌道的人造衛(wèi)星線速度更大。利用這樣的教學設計，力求真正的體現(xiàn)學生的主體地位和老師的主導作用。強調學生自己探究、自行分析的能力，得出結論： 由此解出學生證實了剛才的猜測，在這一基礎上，讓同學們自己研究 、T 和半徑r的關系，每位同學都能找到： ，隨著半徑增大

6、，減小，隨著半徑增大，T變大接下去的任務就是如何導出第一宇宙速度，在點評公式時，提示學生，半徑是不是有什么特殊的情況，運行的最小半徑為多少？讓學生以小組為單位進行探究。在理想情況下，運行的半徑最小就是靠近地面的人造衛(wèi)星，半徑近似等于地球半徑，也就是最大的線速度，學生得出：可以近似認為r=R，將此代入，地球質量為5.89×1024Kg，半徑為R=6.37×106m，G=6.67×10-11N·m2/Kg2m/s=7.9Km/sv1=7.9km/s是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度。所以這些結論都是由學生在學習小組中探究

7、得到，學生的自信心得到極大的滿足，更主要使他們從被動接受變?yōu)橹鲃铀魅?，使學生樂學，好學。學生思考：（1）將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？（2）所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？（3）發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)星運轉速度大又說明什么？從能的角度，圓周運動的公式引導學生分析二者的不同。學生思考：我們剛研究過，當衛(wèi)星的軌道半徑越大時，衛(wèi)星繞地球旋轉時的速度越小，衛(wèi)星發(fā)射時越難，送入軌道需要消耗的能量越多，發(fā)射的速度必須越大，由此我們可以得出要將人造衛(wèi)星送入軌道的發(fā)射速度必須大于多少？學生分析得出v7.9km/s引導：發(fā)射速度越大，人造衛(wèi)星

8、就進入更高的軌道，當速度大到某一值時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運動我們把這個速度叫第二宇宙速度，它的大小為v2=11.2km/s。同時分析飛到太陽系以外的宇宙空間，速度必須等于或大于16.7km/s，這個速度叫第三宇宙速度。動畫展示三個宇宙速度（四） 讓學生具有振興中華的使命感與責任感本節(jié)課的最后，播放了一段美國登月的視頻，讓學生發(fā)現(xiàn)一些奇妙的物理現(xiàn)象，引導學生發(fā)現(xiàn)月球的背景是什么顏色，宇航員行走的模樣等等，預計不久的將來，哪個國家也將登上月球，同學們高呼“中國”，那么我們現(xiàn)在能做些什么呢，讓同學感想到：我們是祖國的未來的希望，現(xiàn)在需要努力學習科學文化知識，將來為祖國的航天事業(yè)做貢獻

9、。要培養(yǎng)學生堅韌不撥、勇于探索、協(xié)力合作的科學精神以及嚴謹求實、謙虛謹慎、勇于質疑科學態(tài)度；也要培養(yǎng)學習者熱愛科學、熱愛祖國的情感；努力學習、振興中華的責任感。這些策略在本案例中得到了體現(xiàn)。（五）練習反饋，拓展延伸：題1“2003年10月15日9時，我國神舟五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把我國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時23分安全降落在內蒙古主著陸場?！备鶕陨舷ⅲ频匕扬w船從發(fā)射到降落的全部運動看作繞地球的勻速圓周運動，試估算神舟五號繞地球飛行時距地面的高度（已知地球的質量為M =6.0×1024Kg，地球的半徑 R =6.4

10、×103Km）。1、學生獨立思考，計算周期T的大小并推導出高度與地球質量、半徑、周期等物理量之間的關系公式，代入相關數據進行計算得到結果。2、教師檢查，然后師生共同評價、指出問題。使學生學以致用，掌握正確的解題思路和方法。題2金星的半徑是地球的0.95倍，質量是地球的0.82倍，金星表面的自由落體加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？ 1、教師點撥引導學生通過聯(lián)想得出解題的兩種方法，將計算結果與正確結果進行比較。 2、拓展：將天體運動的橢圓軌道近似為圓。所有環(huán)繞中心天體做圓周運動所需向心力，均由中心天體的萬有引力提供。 （六）小結與作業(yè)布置1閱讀教科書上P76的科學漫步“黑洞”2上網查閱：（1） 人造衛(wèi)星的