中國學校社團的沿革與發(fā)展

1、“宇宙飛船”專題復習課教學設計屠旭濱設計背景：傳統(tǒng)意義上的高三專題復習課， 其教學內(nèi)容通常只是針對某一重點或難點知識， 集中分析某一類典型問題， 力求學生掌握該類問題的分析思路和解題方法， 真正達到通過一個專題讓學生學會一種方法， 解決一類問題的目的。而當前高考試題體現(xiàn)理論聯(lián)系實際，貼近生活生產(chǎn)與現(xiàn)代科技， 突出以知識立意為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫嶋H問題立意為主的命題趨勢，重視對學生綜合運用所學知識分析解決實際問題能力的考查。 因此，筆者認為，專題復習課還應包括以一個實際問題為主題展開一系列有關問題進行討論， 培養(yǎng)學生綜合運用所學知識分析解決實際問題的能力。設計思想：本課例在教學內(nèi)容上以宇宙飛船為主題，根

2、據(jù)飛船從發(fā)射升空到返回著陸整個過程中所涉及到的高中力學知識設計一系列物理問題供學生討論， 在教學過程上， 課前組織學生利用多媒體了解有關飛船的基本情況，提供有關飛船的結構化材料， 課堂中重點探討有關飛船的一系列物理問題， 課后再提供有關飛船的結構化練習， 以實現(xiàn)學生對有關飛船的力學知識、 方法的整合， 實施“專題整合”式復習課教學模式。教學目標：通過組織學生主動參與圍繞宇宙飛船的一系列物理問題的討論，實現(xiàn)對有關飛船的力學知識、方法的整合。教學流程：（一）利用多媒體介紹宇宙飛船文字敘述、 圖片展示、 視頻播放等三種形式介紹我國神舟號載人飛船， 使學生對載人飛船有一定的感性認識（二）根據(jù)情景材料提

3、出物理原理引導學生提出宇宙飛船從發(fā)射升空到返回著陸整個過程中涉及到的主要物理知識：超重、失重、圓周運動、萬有引力、動量守恒、 機械能等， 使學生對載人飛船初步產(chǎn)生一定的理性認識（三）分階段探討有關飛船的物理問題重點探討發(fā)射階段（超重問題 / 發(fā)射速度問題 / 利用地球自轉(zhuǎn)節(jié)省發(fā)射能量問題） 、運行階段（環(huán)繞問題 / 變軌問題 / 對接問題 /定點問題 / 飛行姿態(tài)調(diào)整問題）、著陸階段（軟著陸問題） 。一、發(fā)射階段1超重問題1.1控制加速度1.2宇航員采用平躺姿勢材料 1：宇宙飛船借助火箭在地面附近豎直發(fā)射升空， 需要一個加速過程， 在加速過程中， 宇航員處于超重狀態(tài)。 人們把這種狀態(tài)下宇航員的

4、視重與靜止在地球表面時的重力的比值稱為耐受力值， 用 k 表示，則k _（設宇航員的質(zhì)量為，加速上升的加速度為， 地面附近重力加速度為 g）。挑選宇航員時，要求他在超重狀態(tài)時耐受力值范圍為 4 k 12，這表明飛船發(fā)射時的加速度控制范圍為_ 。29（ 130 110）思考：為了使宇航員適應這種超重狀態(tài)，請設計訓練宇航員的簡易裝置？（如右圖所示裝置， 宇航員坐在一個在豎直平面內(nèi)作勻速圓周運動的艙內(nèi)，要使宇航員處于超重狀態(tài)時受到的加速度a 8g, 已知 R20m，g 取 10m/s 2，則轉(zhuǎn)速 為多少 ?(2rad/s) ）討論：宇宙飛船豎直發(fā)射升空時，應采用什么樣身體姿勢？ （由于在發(fā)射升空過程

5、中，人處于超重狀態(tài)下， 如豎直站立， 頭部血壓降低， 足部血壓升高， 使大量血液淤積在下肢靜脈中， 嚴重影響靜脈血向心臟的回流，使心臟輸出血量不足， 造成頭部供血不足，輕則引起視覺障礙， 重則可能導致意識喪失，所以宇航員采用平躺姿勢為好 ）2發(fā)射速度問題2.1分析牛頓人造衛(wèi)星圖2.2理解第一宇宙速度材料 2：已知地球半徑6400，地球表面重力加速度 9.8 ，估算宇宙飛船在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運 動 的運 行 速 度 約 為 _ （ 7.9 ， 該速度就是第一宇宙速度）思考：怎么理解第一宇宙速度？ （根據(jù)牛頓的人造衛(wèi)星圖分析得出， 第一宇宙速度是保證飛船環(huán)繞地球運行的最小發(fā)射速度；根據(jù)飛

6、船環(huán)繞地球運行必須滿足地球提供的萬有引力等于飛船所需的向心力， 分析得出第一宇宙速度也是最大環(huán)繞速度）3利用地球自轉(zhuǎn)節(jié)省發(fā)射能量問題3.1選擇發(fā)射方向3.2計算節(jié)省能量材料 3: 由于地球在自轉(zhuǎn)，因而在發(fā)射飛船時， 利用地球的自轉(zhuǎn)， 可以盡量減少發(fā)射飛船時火箭所提供的能量， 而且最理想的發(fā)射場地應該是地球的赤道附近。 現(xiàn)假設某火箭的發(fā)射場地就在赤道上， 為了盡量節(jié)省發(fā)射飛船時所需的能量，思考：宇宙飛船最佳發(fā)射方向如何？ ( 發(fā)射運行在赤道面上的飛船應該是由西向東轉(zhuǎn) )計算 : 如果某飛船的質(zhì)量為 m=6 103kg, 已知地球半徑 6400，由于地球的自轉(zhuǎn)使得飛船具有了一定的初動能，這一初動能

7、即為利用地球的自轉(zhuǎn)與地球沒有自轉(zhuǎn)相比較，發(fā)射飛船時所節(jié)省的能量，求節(jié)省能量的大小？ (6.5 105KJ)二、運行階段4環(huán)繞問題4.1完全失重4.2軌道比較材料 4: 在環(huán)繞地球作勻速圓周運動的宇宙飛船中， 宇航員和所有實驗儀器及裝置都會處于完全失重狀態(tài) .討論 ： (1) 宇航員的受力情況？ （宇航員仍受重力作用， 重力提供向心力， 宇航員受力不平衡）下列實驗儀器或裝置能否在宇宙飛船中使用？（ BDF能使用）A、天平B、彈簧稱C、水銀氣壓計D、水銀溫度計E、單擺F、彈簧振子比較：不同環(huán)繞軌道的運動參量（線速度、角速度、周期、機械能）？5變軌問題5.1橢圓與大圓軌道相互轉(zhuǎn)變5.2 橢圓與小圓軌

8、道相互轉(zhuǎn)變5.3 小圓與大圓軌道相互轉(zhuǎn)變5.4 返回大氣層時大氣阻力作用下的軌道變化材料 5:宇宙飛船運行軌道的改變是可以通過飛船自帶的推進器來實現(xiàn)的 ,以神舟五號為例， 當飛船變軌程序啟動時， 飛船的自帶推進器向后噴氣使飛船加速， 飛船就30從距地球表面近地點高度約公里、 遠地點約公里的橢圓軌道進入距地球表面約公里的圓形軌道 .討論 : (1)如何實現(xiàn)橢圓與大圓軌道相互轉(zhuǎn)變 ?(見圖示 ,要從橢圓軌道2 轉(zhuǎn)變到大圓軌道3，只要飛船在到達遠地點Q時，通過自帶推進器向后噴氣使飛船加速，當速度達到沿大圓做圓周運動所需的速度時，飛船就不再沿橢圓運行而沿大圓運行同理，如飛船原來在大圓形軌道 3 運行，

9、當推進器向前噴氣使飛船減速時， 飛船就可以從大圓形軌道3 運動到橢圓軌道2 )2）如何實現(xiàn)橢圓與小圓軌道相互轉(zhuǎn)變？（見圖示， 要從橢圓軌道 2 轉(zhuǎn)變到小圓軌道 1，只要飛船運行到近地點 P 時，通過自帶推進器向前噴氣使飛船減速， 當速度達到沿小圓做圓周運動所需的速度時，飛船就不再沿橢圓運行而沿小圓運行，同理，如飛船原來在小圓形軌道1 運行，當推進器向后噴氣使飛船加速時，飛船就可以從小圓形軌道 1 運動到橢圓軌道2 ）（3）如何實現(xiàn)小圓與大圓軌道相互轉(zhuǎn)變 ？（見圖示，如要從小圓軌道1 運行到大圓軌道 3，首先，飛船的推進器使飛船加速運行到橢圓軌道2，再通過控制推進器使橢圓的遠地點恰好在大圓上，

10、當飛船到達遠地點 Q 時再適當加速，這樣飛船就可以在大圓軌道 3 上運行）（ 4）飛船如何實現(xiàn)返回大氣層？ （飛船一般都運行到橢圓軌道近地點時， 飛船一直減速到一定程度時， 就可以在萬有引力的作用下而墜入大氣層 ）比較： (1) 飛船分別在軌道 1、3 上的線速度、角速度、加速度、周期（ 2）飛船分別在軌道1、2 上經(jīng) P 點時的加速度大小和速度大??；3）飛船分別在軌道 2、3 上經(jīng) Q點時的加速度大小和速度大小4）飛船在軌道 2 上分別經(jīng) P、Q點時的加速度大小和速度大小材料 6: 宇宙飛船返回大氣層后繼續(xù)繞地球運行過程中， 由于高空稀薄空氣阻力的影響，飛船在無動力條件下將很緩慢地逐漸向地球

11、靠近 .討論 :（ 1 ）飛船為什么會向地球靠近？2）飛船動能、重力勢能、機械能分別怎樣變化？6對接問題宇宙飛船與空間站的對接材料 7: 空間站實際上就是一個載有人的人造衛(wèi)星， 那么，地球上的人如何登到空間站，空間站上的人又如何返回地面 ?這些活動都是通過宇宙飛船來完成， 這就存在一個宇宙飛船與空間站對接的問題。思考：能否通過把宇宙飛船先發(fā)射到空間站的同一軌道上，再通過加速去追上空間站實現(xiàn)對接呢 ?（不行，因為飛船加速時它所需的向心力也增大，而在同一圓軌道運行的飛船所受的萬有引力大小不變，所以，飛船加速后做離心運動會偏離原來的圓軌道而無法與空間站對接 飛船首先在比空間站低的軌道運行， 當運行到

12、適當位置時，再加速運行到一個橢圓軌道 通過控制軌道使飛船跟空間站恰好同時運行到兩軌道的相切點， 便可實現(xiàn)對接， 如圖所示）7定點問題地球同步宇宙飛船的定點材料8:地球同步宇宙飛船是指環(huán)繞地球運行時相對地面不動的宇宙飛船，也就是說同步飛船始終處于地面某點的正上方。31這就是地球同步宇宙飛船的定點問題。材料 10: 以神舟五號飛船為例，飛船討論：（1）飛船所在緯度、高度，如的返回艙質(zhì)量約為2t ，當返回艙落至離地何確定？10km 時彈出降落傘，由于空氣阻力的作用（軌道平面一定在赤道平面，離地面高（若空氣阻力與速度的平方成正比），使艙度一定約為 3.6 10 4km）做減速運動 , 經(jīng)一段時間后 ,

13、 艙開始勻速緩（2）飛船所在經(jīng)度如何調(diào)整？緩下降，在離地尚有1.2m 高處經(jīng)測得速度我國的國土范圍在東西方向上大致分仍達 10m/s, 為絕對安全，這時要啟動底部4布在東經(jīng)700 到東經(jīng) 1350 之間，所以我國發(fā)臺反推力緩沖發(fā)動機， 實現(xiàn)軟著陸。 設軟著射的地球同步宇宙飛船一般定點在赤道上陸階段返回艙作勻減速直線運動至地面時空 3.6 萬公里，東經(jīng) 1000 附近。假設某顆速度恰好為零， g 取 10m/s2。地球同步宇宙飛船計劃定點在赤道上空東分析：（ 1）彈出降落傘后返回艙的受力經(jīng) 1040的位置。經(jīng)測量剛進入軌道時位于和運動的變化；赤道上空3.6 萬公里，東經(jīng) 1030 處。為了（ 2）返回艙勻速下降過程中各種能量0的變化；把它調(diào)整到 104 處，可以短時間啟動飛船上的小型噴氣發(fā)動機調(diào)整飛船的高度，改變計算：飛船底部每臺反推力緩沖發(fā)動機其周期，使其“漂移”到預定經(jīng)度后，再短平均推力為多大？(2.5 104)（試用兩種方時間啟動發(fā)動機調(diào)整飛船的高度，實現(xiàn)定法計算）點。應怎樣調(diào)整兩次高度？ （依次是向下和向上）8飛行姿態(tài)調(diào)整問題飛船飛行速度方向的調(diào)整材料 9：當宇宙飛船接受到返回指令后，一般通