第六章 第5节 宇宙航行教学设计

1、第六章 第5节 宇宙航行教学设计 北京市101中学 郭金宁 北京市师达中学 侯林一、教学设计思想本节属于航天部分的重要知识，介绍万有引力的实践性成就，要求学生知道是万有引力理论使人类实现“飞天”梦想，这一节课不但要求使学生深刻的理解第一宇宙速度，定量的解决卫星运动的实际问题，还需要学生通过了解航天发展史从而充分的感受人类对客观世界不断探究的精神和情感，激发学生的爱国热情和民族自豪感。本节课分为三个部分，首先通过人类飞天梦想的实践过程和牛顿的设想引导学生通过讨论研究了解宇宙航行的理论知识。接下来从神州6号的相关资料入手，引导学生推导第一宇宙速度，并通过结合我国发射的多颗卫星有关数据计算相关数据，

2、通过对宇宙航行的理论知识的实际应用而加深对知识深入理解。最后，以ppt小组汇报的形式，展示世界和我国的的航天发展史，通过学生的自主参与总结制作，不但丰富了学生的知识面，激发同学们的热爱科学，热爱祖国的情感，还可以锻炼学生收集总结资料的动手能力，通过小组合作方式培养学生团结合作能力。二、教学目标（一）知识目标： 1、了解人造地球卫星的最初构想； 2、会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题；3、知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度； （二）能力目标 应用理论知识解决实际问题的能力，利用互联网查找资料的能力，小组合作能力（三）情感目标 通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学生真切感

3、受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感三、教学重点难点 教学重点：人造地球卫星的发射原理，第一宇宙速度的推导和对第一宇宙速度的确切理解 教学难点：第一宇宙速度的推导和对第一宇宙速度的确切理解四、教学过程： 教学内容学生活动教学意图引入（展示视频片断，教师讲述） 人类一直梦想能够在天空中遨游，古代就有人尝试用各种方法飞向天空，但均以失败告终，伴随着科技的发展，现代人类终于实现了梦想。那么，现代人成功的奥秘在哪里呢？通过本节课的学习，你们能否找到答案呢？新课教学（一）宇宙速度1人造卫星（1）牛顿对人造地球卫星原理的描绘

4、在高山上物体作平抛运动的初速度越大，落地点高山脚越远，当抛出速度足够大时，物体就不会落到地面上，成为绕地球旋转的人造地球卫星（展示人造卫星发射原理动画视频）问题：人造地球卫星绕地球运行的动力学原因是什么？（2）人造地球卫星绕地球运行的动力学原因地球给人造地球卫星的万有引力提供了它绕地球作匀速圆周运动所需的向心力 （3）人造地球卫星在轨道上运行时不可能处于受力平衡状态，其加速度等于卫星所在处的重力加速度 2宇宙速度（1）第一宇宙速度推导：设地球和卫星的质量分别为和m，卫星到地心的距离为卫星的运行速度为v，由于卫星做圆周运动由万有引力提供向心力，根据牛顿第二定律得第一宇宙速度（环绕速度）：km/s

5、 意义：它是人造卫星地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；等于这个速度卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s（第二宇宙速度），卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦点（2）第二宇宙速度（脱离速度）： 意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度 如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点 （3）第三宇宙速度（逃逸速度）： 意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最

6、小发射速度如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了思考1：卫星的环绕速度和卫星与地心的距离之间有什么关系？解答：卫星与地心的距离r越大，则v越小思考2：为什么高轨道发射卫星比低轨道发射卫星困难解答：高轨道发射卫星比低轨道发射卫星困难原因是高轨道发射卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功思考3：人造卫星的发射速度与运行速度是同一个概念吗？解答：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念思考4：人造卫星的发射速度与运行速度有什么区别？解答：所谓发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射

7、物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能“贴着”地面近地运行如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度 所谓运行速度是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度根据可知，人造卫星距地面越高（即轨道半径r越大），运行速度越小实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，所以卫星的实际运行速度一定小于发射速度思考5：人造卫星的发射速度与运行速度之间有什么关系？解答：人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小

8、关系是：（二）、梦想成真教师简介：1957年10月，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，从此，开创了人类航天时代的新纪元我国在1970年4月20日发射了第一颗人造地球卫星，现在已成为世界上第五个依靠自己力量研制成火箭发射卫星、第三个掌握卫星回收技术、第四个用一枚火箭发射多颗卫星的国家卫星主要有侦察卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类人类与宇宙航行（课堂展示）1 世界航天发展史 2 我国航天发展史3 伟大的宇航员4 黑洞之谜5 航天器介绍例1：利用所学知识，推导第一宇宙速度的另一表达式:证明：地球表面的物体所受的重力大约等于万有引力，即

9、得：又因为： 所以：例2：若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球的1.5倍，则此行星的第一宇宙速度约为：A、16 km/sB、32 km/sC4km/sD、2km/s学生思考讨论回答并总结学生板演，教师纠偏教师讲述教师讲述教师讲述提问，学生回答提问，学生回答提问，学生回答提问，学生回答 提问，学生回答学生展示ppt或海报（在这一节课前提前对学生分组，每一组围绕本组的主题查找相关资料，制作汇报ppt，制作海报进行展示。）教师Ppt展示例题，学生板演过程，教师纠正规范教师Ppt展示例题，学生板演过程，教师纠正规范引导学生思考，基法学生兴趣。让学生了解人造地球卫星的最初构想和人造地球卫星的发射原理突破难点，使学生会推导第一宇宙速度通过思考学习，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题