高中物理-宇宙航行教学设计学情分析教材分析课后反思

课标分析知识与技能：1.了解人造卫星的有关知识。2.直到三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。3.通过实例，了解人类对太空的探索过程。过程与方法：1.通过万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。2.通过航天事业的发展史说明物理学的发展对自然科学的促进作用。情感、态度和价值观1.通过介绍我国在卫星方面的情况，激发学生的爱国热情。2.感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观。教学重难点：1.第一宇宙速度的推导。2.卫星运行速度、角速度、周期、加速度与轨道半径之间的关系。教材分析本节航天部分的重要知识，介绍万有引力定律的实践性成就。本节知识内容的核心是牛顿运动定律与万有引力定律在圆周运动条件下的综合应用。本节介绍了人类航天事业的发展史，特别列举了成功发射人造地球卫星的几个实例，既介绍了成就，又谈到人类为此付出的代价。学情分析通过前面几节的学习，学生已经掌握了用万有引力定律处理天体运动的基本思路，通过教师的引导启发应该能够比较容易地推导出第一宇宙速度。学生可以通过自学梦想成真部分，了解万有引力定律为实现人类的航天梦想，为科学研究，人类生活服务等方面作出的巨大贡献。§6.5宇宙航行课题6.5宇宙航行课程目标知识与技能1、了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。过程与方法通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。情感态度与价值观1、通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。2、感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。教学重点对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。教学难点1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。教学过程引入新课1、1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的新纪元。我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，2003年发射了“神舟五号”飞船。这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。放映一段录像资料，简单了解卫星的一些资料。（提高学生的学习兴趣）新课讲解1、牛顿对人造卫星原理的描绘：设想在高山上有一个物体，水平发射物体，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这个物体将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。课件投影。引入：高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度2、宇宙速度（1）第一宇宙速度问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km。分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力：，得：结论：如果发射速度小于7.9km/s，物体将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。⑵意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。师生共同讨论：在地面附近，物体的万有引力等于重力，此力天空卫星做圆周运动的向心力，能否从这一角度来推导第一宇宙速度呢？mg=mv2/rv=≈7.9km/s提出问题：我们能否发射一颗周期为70min的人造地球卫星呢？（提示：算一算近地卫星其周期是多少？近地卫星由于半径最小，其运行周期最小。）（2）第二宇宙速度：大小。意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。（3）第三宇宙速度：大小。意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。3、人造卫星的发射速度与运行速度（1）发射速度：发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，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。（2）运行速度：运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。4.人造卫星：饶地球飞行的物体卫星的绕行速度、角速度、周期与R的关系：

注意：也可以说重力提供向心力，因而由此能否说r越大，v越大呢？与⑴矛盾，这是因为g并非不变，它随r变化，有g=GM/r2，所以⑴是正确的。G为卫星所在轨道位置的加速度。（4）人造卫星的加速度在处理这几个量时，要注意变量与不变量的关系，如当R变化时，v、T、ω都会发生变化。高一物理（必修2）（6.5宇宙航行）【学习目标】1、了解人造卫星的有关知识．2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度．3、掌握人造卫星的运动规律.4、通过用万有引力定律推导第一宇宙速度．培养学生运用知识解决问题的能力.5、通过介绍我国在卫星发射方面的情况．激发学生的爱国热情．【学习重点】1、第一宇宙速度的推导．2、人造卫星的运动规律.【学习难点】对三种宇宙速度的理解【自主学习】水平抛出的物体做_______运动，若抛出的初速度越大，物体就会飞得越____，当速度足够大时，物体就永远不会落在地面上，将围绕地球运转，成为一颗绕地球运动的______。2、已知地球质量M=5.98*1024kg，地球半径R=6400km，万有引力常量G=6.67*10-11N.m2/kg2，则物体绕地球表面做匀速圆周运动的速度为？物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度叫做____________,其数值为_____km/s当物体在地面上的速度为_______km/s时，物体刚好克服地球的吸引而远离地球，我们把这个速度叫___________.当物体在地面上的速度为_______km/s时，物体刚好能够挣脱太阳引力的束缚而飞离太阳系，我们把这个速度叫___________.6、当物体在地面上的速度____________________时，物体绕地球运行；当物体在地面上的速度____________________时，物体绕太阳运行；当物体在地面上的速度____________时，物体飞离太阳系。【合作探究】探究一：第一宇宙速度设地球的质量为M，地球半径为R，万有引力常量为G，则物体绕地球表面做匀速圆周运动的速度为？若已知地球表面的重力加速度为g，则地球的第一宇宙速度可表示为？【生活体验】我们平时向高处抛物体时，抛得越高感觉会怎样？那么向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易呢？【知识拓展】第一宇宙速度是卫星在地面发射的__________的发射速度【概念辨析】发射速度：指被发射物体离开地面时的初速度。运行速度：指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。【典型例题】（2006全国Ⅰ）我国发射的一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面，已知月球的质量约为地球质量的1/81，月球的半径约为地球半径的1/4，地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s，则该探月卫星绕月运行的速度约为（）A、0.4km/sB、1.8km/sC、11km/sD、36km/s总结：第一宇宙速度1、定义：___________________________________________________________2、公式：___________________________________________________________3、大小：___________________________________________________________4、它是____________的发射速度。探究二：人造卫星的运动规律【思维点拨】设地球的质量为M，人造卫星的质量为m，轨道半径为r，且不同轨道上的卫星绕地球的运动都看成是匀速圆周运动，则卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度分别为？【知识拓展】①卫星离地面越高，其周期越_____、线速度越____、角速度越____、向心加速度越____②绕地球表面运行的卫星，其运行速度比其他卫星的速度要_____，即第一宇宙速度是人造卫星绕地球运动________的运行速度。【典型例题】已知嫦娥二号绕月球运行的轨道半径比嫦娥一号的轨道半径要小，则下列说法中正确的是（）A、嫦娥二号的线速度比嫦娥一号的线速度小B、嫦娥二号的角速度比嫦娥一号的角速度大C、嫦娥二号的向心加速度比嫦娥一号的向心加速度小D、嫦娥二号的运行周期比嫦娥一号的运行周期小思考：如图所示，a、b、c三轨道中可以作为卫星轨道的是哪几条？aabc提示：卫星作圆周运动的向心力必须指向地心总结：人造卫星的运动规律1、轨道半径越大，周期_____线速度____角速度_____向心加速度_______2、人造卫星的轨道必须________________【反馈练习】1.人造卫星以地心为圆心，做匀速圆周运动，下列说法正确的是（）A.半径越大，速度越小，周期越小B.半径越大，速度越小，周期越大C.所有卫星的速度均是相同的，与半径无关D.所有卫星的角速度均是相同的，与半径无关2.人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其运行速度是下列的（）A．一定等于7.9km/sB．等于或小于7.9km/sC．一定大于7.9km/sD．介于7.9～11.2km/s之间3.关于第一宇宙的速度，下面说法正确的是（）A．它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B．它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度C．它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D．它是卫星在椭圆轨道上运动到近地点的速度4.人造卫星由于受大气阻力，轨道半径减小，则线速度和周期变化情况为（）A．线速度增大，周期增大B．线速度增大，周期减小C．线速度减小，周期增大D．线速度减小，周期减小5、高空遥感探测卫星在距地球表面高为h处绕地球转动，如果地球质量为M，地球半径为R，人造卫星质量为m，万有引力常量为G，试求：（1）人造卫星的线速度多大？（2）人造卫星绕地球转动的周期是多少？（3）人造卫星的向心加速度多大？效果分析本节的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑、思考、启发、引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。观评记录本节由人类美好的愿望出发，引发学生对飞出地球问题的思考。结合学生在实际生活中的体验，了解万有引力对物体所起的作用。再利用前面学生已掌握的万有引力和圆周运动的知识，求飞出地球的必要速度——第一宇宙速度。学生在此基础上，讨论得出速度与轨道的关系，进而引出第二、第三宇宙速度。在教学过程中交流航天史上的重大事件，使学生建立起较浓厚的兴趣，产生强烈的民族自豪感。课后反思本节属于航天部分的重要知识，介绍万有引力