中國(guó)學(xué)校社團(tuán)的沿革與發(fā)展

1、“宇宙飛船”專(zhuān)題復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)屠旭濱設(shè)計(jì)背景：傳統(tǒng)意義上的高三專(zhuān)題復(fù)習(xí)課， 其教學(xué)內(nèi)容通常只是針對(duì)某一重點(diǎn)或難點(diǎn)知識(shí)， 集中分析某一類(lèi)典型問(wèn)題， 力求學(xué)生掌握該類(lèi)問(wèn)題的分析思路和解題方法， 真正達(dá)到通過(guò)一個(gè)專(zhuān)題讓學(xué)生學(xué)會(huì)一種方法， 解決一類(lèi)問(wèn)題的目的。而當(dāng)前高考試題體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際，貼近生活生產(chǎn)與現(xiàn)代科技， 突出以知識(shí)立意為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)際問(wèn)題立意為主的命題趨勢(shì)，重視對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的考查。 因此，筆者認(rèn)為，專(zhuān)題復(fù)習(xí)課還應(yīng)包括以一個(gè)實(shí)際問(wèn)題為主題展開(kāi)一系列有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論， 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)思想：本課例在教學(xué)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(gè)過(guò)程中所涉及到的高中力學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一系列物理問(wèn)題供學(xué)生討論， 在教學(xué)過(guò)程上， 課前組織學(xué)生利用多媒體了解有關(guān)飛船的基本情況，提供有關(guān)飛船的結(jié)構(gòu)化材料， 課堂中重點(diǎn)探討有關(guān)飛船的一系列物理問(wèn)題， 課后再提供有關(guān)飛船的結(jié)構(gòu)化練習(xí)， 以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)有關(guān)飛船的力學(xué)知識(shí)、 方法的整合， 實(shí)施“專(zhuān)題整合”式復(fù)習(xí)課教學(xué)模式。教學(xué)目標(biāo)：通過(guò)組織學(xué)生主動(dòng)參與圍繞宇宙飛船的一系列物理問(wèn)題的討論，實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)飛船的力學(xué)知識(shí)、方法的整合。教學(xué)流程：（一）利用多媒體介紹宇宙飛船文字?jǐn)⑹觥?圖片展示、 視頻播放等三種形式介紹我國(guó)神舟號(hào)載人飛船， 使學(xué)生對(duì)載人飛船有一定的感性認(rèn)識(shí)（二）根據(jù)情景材料提

3、出物理原理引導(dǎo)學(xué)生提出宇宙飛船從發(fā)射升空到返回著陸整個(gè)過(guò)程中涉及到的主要物理知識(shí)：超重、失重、圓周運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力、動(dòng)量守恒、 機(jī)械能等， 使學(xué)生對(duì)載人飛船初步產(chǎn)生一定的理性認(rèn)識(shí)（三）分階段探討有關(guān)飛船的物理問(wèn)題重點(diǎn)探討發(fā)射階段（超重問(wèn)題 / 發(fā)射速度問(wèn)題 / 利用地球自轉(zhuǎn)節(jié)省發(fā)射能量問(wèn)題） 、運(yùn)行階段（環(huán)繞問(wèn)題 / 變軌問(wèn)題 / 對(duì)接問(wèn)題 /定點(diǎn)問(wèn)題 / 飛行姿態(tài)調(diào)整問(wèn)題）、著陸階段（軟著陸問(wèn)題） 。一、發(fā)射階段1超重問(wèn)題1.1控制加速度1.2宇航員采用平躺姿勢(shì)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(gè)加速過(guò)程， 在加速過(guò)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(shí)的重力的比值稱(chēng)為耐受力值， 用 k 表示，則k _（設(shè)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(shí)，要求他在超重狀態(tài)時(shí)耐受力值范圍為 4 k 12，這表明飛船發(fā)射時(shí)的加速度控制范圍為_(kāi) 。29（ 130 110）思考：為了使宇航員適應(yīng)這種超重狀態(tài)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)訓(xùn)練宇航員的簡(jiǎn)易裝置？（如右圖所示裝置， 宇航員坐在一個(gè)在豎直平面內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的艙內(nèi)，要使宇航員處于超重狀態(tài)時(shí)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(shí)，應(yīng)采用什么樣身體姿勢(shì)？ （由于在發(fā)射升空過(guò)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(yán)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(jué)障礙， 重則可能導(dǎo)致意識(shí)喪失，所以宇航員采用平躺姿勢(shì)為好 ）2發(fā)射速度問(wèn)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(yùn) 動(dòng) 的運(yùn) 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(yùn)行的最小發(fā)射速度；根據(jù)飛

6、船環(huán)繞地球運(yùn)行必須滿(mǎn)足地球提供的萬(wàn)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(wèn)題3.1選擇發(fā)射方向3.2計(jì)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(shí)， 利用地球的自轉(zhuǎn)， 可以盡量減少發(fā)射飛船時(shí)火箭所提供的能量， 而且最理想的發(fā)射場(chǎng)地應(yīng)該是地球的赤道附近。 現(xiàn)假設(shè)某火箭的發(fā)射場(chǎng)地就在赤道上， 為了盡量節(jié)省發(fā)射飛船時(shí)所需的能量，思考：宇宙飛船最佳發(fā)射方向如何？ ( 發(fā)射運(yùn)行在赤道面上的飛船應(yīng)該是由西向東轉(zhuǎn) )計(jì)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(dòng)能，這一初動(dòng)能

7、即為利用地球的自轉(zhuǎn)與地球沒(méi)有自轉(zhuǎn)相比較，發(fā)射飛船時(shí)所節(jié)省的能量，求節(jié)省能量的大??？ (6.5 105KJ)二、運(yùn)行階段4環(huán)繞問(wèn)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(yùn)動(dòng)的宇宙飛船中， 宇航員和所有實(shí)驗(yàn)儀器及裝置都會(huì)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(shí)驗(yàn)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(chēng)C、水銀氣壓計(jì)D、水銀溫度計(jì)E、單擺F、彈簧振子比較：不同環(huán)繞軌道的運(yùn)動(dòng)參量（線速度、角速度、周期、機(jī)械能）？5變軌問(wèn)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(shí)大氣阻力作用下的軌道變化材料 5:宇宙飛船運(yùn)行軌道的改變是可以通過(guò)飛船自帶的推進(jìn)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ,以神舟五號(hào)為例， 當(dāng)飛船變軌程序啟動(dòng)時(shí)， 飛船的自帶推進(jìn)器向后噴氣使飛船加速， 飛船就30從距地球表面近地點(diǎn)高度約公里、 遠(yuǎn)地點(diǎn)約公里的橢圓軌道進(jìn)入距地球表面約公里的圓形軌道 .討論 : (1)如何實(shí)現(xiàn)橢圓與大圓軌道相互轉(zhuǎn)變 ?(見(jiàn)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(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)Q時(shí)，通過(guò)自帶推進(jìn)器向后噴氣使飛船加速，當(dāng)速度達(dá)到沿大圓做圓周運(yùn)動(dòng)所需的速度時(shí)，飛船就不再沿橢圓運(yùn)行而沿大圓運(yùn)行同理，如飛船原來(lái)在大圓形軌道 3 運(yùn)行，

9、當(dāng)推進(jìn)器向前噴氣使飛船減速時(shí)， 飛船就可以從大圓形軌道3 運(yùn)動(dòng)到橢圓軌道2 )2）如何實(shí)現(xiàn)橢圓與小圓軌道相互轉(zhuǎn)變？（見(jiàn)圖示， 要從橢圓軌道 2 轉(zhuǎn)變到小圓軌道 1，只要飛船運(yùn)行到近地點(diǎn) P 時(shí)，通過(guò)自帶推進(jìn)器向前噴氣使飛船減速， 當(dāng)速度達(dá)到沿小圓做圓周運(yùn)動(dòng)所需的速度時(shí)，飛船就不再沿橢圓運(yùn)行而沿小圓運(yùn)行，同理，如飛船原來(lái)在小圓形軌道1 運(yùn)行，當(dāng)推進(jìn)器向后噴氣使飛船加速時(shí)，飛船就可以從小圓形軌道 1 運(yùn)動(dòng)到橢圓軌道2 ）（3）如何實(shí)現(xiàn)小圓與大圓軌道相互轉(zhuǎn)變 ？（見(jiàn)圖示，如要從小圓軌道1 運(yùn)行到大圓軌道 3，首先，飛船的推進(jìn)器使飛船加速運(yùn)行到橢圓軌道2，再通過(guò)控制推進(jìn)器使橢圓的遠(yuǎn)地點(diǎn)恰好在大圓上，

10、當(dāng)飛船到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn) Q 時(shí)再適當(dāng)加速，這樣飛船就可以在大圓軌道 3 上運(yùn)行）（ 4）飛船如何實(shí)現(xiàn)返回大氣層？ （飛船一般都運(yùn)行到橢圓軌道近地點(diǎn)時(shí)， 飛船一直減速到一定程度時(shí)， 就可以在萬(wàn)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(diǎn)時(shí)的加速度大小和速度大小；3）飛船分別在軌道 2、3 上經(jīng) Q點(diǎn)時(shí)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(diǎn)時(shí)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(yùn)行過(guò)程中， 由于高空稀薄空氣阻力的影響，飛船在無(wú)動(dòng)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(huì)向地球靠近？2）飛船動(dòng)能、重力勢(shì)能、機(jī)械能分別怎樣變化？6對(duì)接問(wèn)題宇宙飛船與空間站的對(duì)接材料 7: 空間站實(shí)際上就是一個(gè)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(dòng)都是通過(guò)宇宙飛船來(lái)完成， 這就存在一個(gè)宇宙飛船與空間站對(duì)接的問(wèn)題。思考：能否通過(guò)把宇宙飛船先發(fā)射到空間站的同一軌道上，再通過(guò)加速去追上空間站實(shí)現(xiàn)對(duì)接呢 ?（不行，因?yàn)轱w船加速時(shí)它所需的向心力也增大，而在同一圓軌道運(yùn)行的飛船所受的萬(wàn)有引力大小不變，所以，飛船加速后做離心運(yùn)動(dòng)會(huì)偏離原來(lái)的圓軌道而無(wú)法與空間站對(duì)接 飛船首先在比空間站低的軌道運(yùn)行， 當(dāng)運(yùn)行到

12、適當(dāng)位置時(shí)，再加速運(yùn)行到一個(gè)橢圓軌道 通過(guò)控制軌道使飛船跟空間站恰好同時(shí)運(yùn)行到兩軌道的相切點(diǎn)， 便可實(shí)現(xiàn)對(duì)接， 如圖所示）7定點(diǎn)問(wèn)題地球同步宇宙飛船的定點(diǎn)材料8:地球同步宇宙飛船是指環(huán)繞地球運(yùn)行時(shí)相對(duì)地面不動(dòng)的宇宙飛船，也就是說(shuō)同步飛船始終處于地面某點(diǎn)的正上方。31這就是地球同步宇宙飛船的定點(diǎn)問(wèn)題。材料 10: 以神舟五號(hào)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(dāng)返回艙落至離地何確定？10km 時(shí)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(yùn)動(dòng) , 經(jīng)一段時(shí)間后 ,

13、 艙開(kāi)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(cè)得速度我國(guó)的國(guó)土范圍在東西方向上大致分仍達(dá) 10m/s, 為絕對(duì)安全，這時(shí)要啟動(dòng)底部4布在東經(jīng)700 到東經(jīng) 1350 之間，所以我國(guó)發(fā)臺(tái)反推力緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)， 實(shí)現(xiàn)軟著陸。 設(shè)軟著射的地球同步宇宙飛船一般定點(diǎn)在赤道上陸階段返回艙作勻減速直線運(yùn)動(dòng)至地面時(shí)空 3.6 萬(wàn)公里，東經(jīng) 1000 附近。假設(shè)某顆速度恰好為零， g 取 10m/s2。地球同步宇宙飛船計(jì)劃定點(diǎn)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(cè)量剛進(jìn)入軌道時(shí)位于和運(yùn)動(dòng)的變化；赤道上空3.6 萬(wàn)公里，東經(jīng) 1030 處。為了（ 2）返回艙勻速下降過(guò)程中各種能量0的變化；把它調(diào)整到 104 處，可以短時(shí)間啟動(dòng)飛船上的小型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整飛船的高度，改變計(jì)算：飛船底部每臺(tái)反推力緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)其周期，使其“漂移”到預(yù)定經(jīng)度后，再短平均推力為多大？(2.5 104)（試用兩種方時(shí)間啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整飛船的高度，實(shí)現(xiàn)定法計(jì)算）點(diǎn)。應(yīng)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(wèn)題飛船飛行速度方向的調(diào)整材料 9：當(dāng)宇宙飛船接受到返回指令后，一般通