宇宙航行 教学设计

宇宙航行教学设计一、设计思想本节内容是万有引力定律应用的重点内容，是匀速圆周运动和万有引力定律的结合。在宇宙速度的教学部分，教师合理的为学生搭建台阶，学生建立物理模型应用已知的圆周运动和万有引力定律推导人造卫星的环绕速度，培养学生解决物理问题的能力。本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习、研究、探索天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人类在宇宙航行领域中的伟大成就及我国在航天领域成就的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强学生的民族自信心和自豪感。二、教学目标（1）知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因。（2）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度。（3）理解卫星的运行速度、周期与半径的关系，了解同步卫星的特点。建立起关于各种卫星运行状况的正确图景。（4）了解人类探索太空的过程，感受科技发展对人类进步的巨大促进作用，通过对我国航天事业的了解，参透爱国主义教育。三、教学方法多媒体辅助教学、启发式教学、“问题-探究式”教学。四、教学重点（1）第一宇宙速度的推导，了解第二、第三宇宙速度。（2）卫星运行速率与轨道半径之间的关系。五、教学难点人造卫星运行速度与卫星发射速度的区别。教学过程：创设情境，激发情感，引入新课利用多媒体观看“神七问天”教师：卫星是如何上天的？是如何到达指定高度的？会掉下来吗？是什么力使卫星能绕地球飞行？本节课，我们就来学习人类如何走出地球，飞上宇宙，进行宇宙航行的。新课教学1、引导学生猜想、提出“牛顿的设想”。教师：我们知道，地球对周围的一切物体都有引力的作用，因此我们抛出的物体会落回地面，在地面抛出一个物体，抛出的速度越大，落地点与抛出点的水平距离越大。地球可近似看成个球体，如果抛出的速度很大，地面还能看成是水平面吗？学生：不能？应是球面。教师：如果不断增大抛出的速度，可能出现什么现象？牛顿说过“没有大胆的猜测就没有伟大的发现”。在已有事实的基础上，合理外推，科学假设，是认知未知事物的一种科学方法。那么由以上事实基础，你能做出怎样的猜想呢？学生：思考并回答。教师：同学们今天的想法居然与牛顿当年的想法是一样的，这是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中的卫星发射原理。陈述牛顿的设想：从地球上最高的山峰上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。如果没有空气阻力，抛出的速度足够大时，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。将学生猜想与牛顿的设想作对比，做出肯定，让学生体验思考的过程带来的快乐。2、三种宇宙速度教师：从牛顿提出大胆的设想到第一颗人造卫星成功发射，经历了近三百年，为什么呢？因为发射卫星的速度太大了，当时人类的科技水平还不能制造这么高速的物体。那么，最少以多大的速度将物体抛出，它才会绕地球运动不会落下来？（提示：将卫星绕地球运动近似看成匀速圆周运动）推导：设地球和人造卫星的质量分别为M和m，卫星到地心的距离为R，卫星的运行速度为V。万有引力提供向心力，则：方法一：方法二：教师：这就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，叫第一宇宙速度。它也是发射一个物体，使其成为地球卫星的最小发射速度。若以第一宇宙发射一个物体，它将在贴着地球表面的轨道做匀速圆周运动。那么，如何使物体的速度达到7.9㎞／ｓ呢？教师适当补充：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，被发射物体仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运行轨道，发射速度不能小于第一宇宙速度。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。卫星运动的速度、角速度、周期都与卫星质量无关，仅由轨道半径决定。当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小，运行速度最大，此时发射速度与运行速度相等。故第一宇宙速度既是卫星最小的发射速度也是最大运行速度。（4）同步卫星所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道的上方距地面高h处，并且h是一定的，同步卫星也叫通讯卫星。由（T为地球的周期，M、R分别为地球的质量、半径），代入得4、梦想成真通过网络播放视频：人类航天发展史中的主要标志性事件(1)1957年(2)1961年4月12日：苏联27岁的宇航员尤里·加加林乘坐(3)1969年7月20日：美国(4)2003年10月15日9时整，我国自行研制的“神舟”五号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“(5)2007年10月24日教师适当介绍我国的探月计划：随着科学技术的发展，我们的梦想逐渐成真，也许有一天我们也能到其它星球旅游定居。这些梦想的实现有赖以我们今天的努力学习。5、课堂小结本节课我们学习了如何用万有引力定律来研究卫星的运动问题，深化了对万有引力是向心力这一研究天体运动的基本方法的掌握，了解了卫星发射与运行的情况，知道三种宇宙速度的含义。目前，尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕。宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？6、布置作业(1)P48问题与练习：1、3，同步作业P64(2)阅读教科书上P46的科学漫步“黑洞”及P47中STS“航天事业改变着人类生活”。(3)上网查阅：人造卫星的种类特点四、梦想成真：了解了人类的航天发展史。7、板书设计宇宙航行一、牛顿的设想二、宇宙速度第一宇宙速度：V1=7.9km（1、