《5、宇宙航行》新課程高中物理優(yōu)質課比賽教學設計

1、5、宇宙航行一、教學目標1知識與技能：(1)了解三個宇宙速度意義。(2)能夠推導第一宇宙速度。(3)簡單了解航空發(fā)展史。2過程與方法：(1)學習牛頓關于人造地球衛(wèi)星的設想的推理方法(2)學會推導第一宇宙速度的兩種方法3情感態(tài)度與價值觀：(1)培養(yǎng)學生的科學探索精神。(2)激發(fā)學生熱愛科學的熱情。二、教學重點、難點1教學重點及其教學策略：重 點：了解宇宙速度及其物理意義教學策略：通過航天器的發(fā)射、升空、變軌的錄像引入宇宙速度概念的意義。2教學難點及其教學策略：難 點：第一宇宙速度的推導、關于第一宇宙速度是運行的最大值與發(fā)射的最小值。教學策略：利用萬有引力定律去正確理解天體運動的動力學關系三、設計

2、思路2003年10月15日9時整，神州5號載人飛船發(fā)射成功，將中國第一名航天員送上太空,它標志著中國進入了載人航天時代，為中華民族進一步進行太空資源的開發(fā)和利用奠定了堅實的基礎。本節(jié)內容本著激發(fā)學生學習興趣，拓寬知識面的角度開展教學，讓學生了解航空航天發(fā)展及中國的航天事業(yè)的發(fā)展概況。四、教學資源1視頻剪輯：楊利偉太空生活自拍剪輯、神舟5號發(fā)射視頻剪輯。2多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。五、教學設計教師活動學生活動目標引入新課 1957年10月4日，蘇聯用三級火箭發(fā)射了世界上的第一顆人造地球衛(wèi)星“旅行者”1號，人類開始邁入航天時代。 問題：人類步入太空得益于物理學中的萬有引力

3、定律的貢獻？它不僅解決了天上行星的運行問題，也為人們開辟了上天的理論之路。學生思考：萬有引力定律對天文學的貢獻。讓學生真正感受到什么是科學，什么是科技。使學生明白科技服務于生活的道理。2003年10月15日，“神舟”5號飛船載著中國第一位航天員楊利偉成功升空，標志著我國進入了載人航天時代。播放“神舟”5號發(fā)射升空的視頻剪輯錄像。問題：神舟5號飛船升空過程大致有幾個過程？問題：飛船怎樣才能進入近地圓軌道？背景：牛頓提出一個著名的思想實驗：從高山頂水平拋出一個鉛球，當拋出速度足夠大時，鉛球將環(huán)繞地球運動，成為一個“小月亮”問題：牛頓思想的基礎是什么？一、第一宇宙速度人造衛(wèi)星就像一個小月亮，能在一定

4、的軌道上繞地球運動。為簡化起見，假設衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動。問題：“什么力”提供衛(wèi)星作勻速圓周運動所需的向心力。假設衛(wèi)星地球和衛(wèi)星的質量分別為m與m，衛(wèi)星的軌道半徑為r，（如圖所示）則衛(wèi)星在軌道上的運行速度是多少？問題：若地球質量m約為61024kg，地球平均半徑為6400km，人造衛(wèi)星的半徑約為地球半徑即近地衛(wèi)星，則其運動速度是多少？（g=6.6710-11nm2/kg2）衛(wèi)星運行速度代入數據：v=7.9km/s問題：近球衛(wèi)星所受的萬有引力即在地表所受的重力，則衛(wèi)星可以做圓周運動的向心力也可理解為重力提供向心力。從這要方向試求近地衛(wèi)星的運行速度。1、第一宇宙速度：物體在地面附近繞地球做勻速

5、圓周運動的速度，叫做第一宇宙速度，又叫環(huán)繞速度。問題：在“牛頓預言”中若水平拋出的物體速度（相當于衛(wèi)星的發(fā)射速度）至少多大才能圍繞地球作圓周運動呢？2、第一宇宙速度是發(fā)射速度中的最小值。發(fā)射速度小于該值則物體定會因“平拋”而“落地”。 問題：圍繞地球運行的衛(wèi)星軌道半徑r大的其運行速度 （“大”或“小”）3、第一宇宙速度是圍繞地球做圓周運動衛(wèi)星的運動速度中的最大值。問題：如果航天器的發(fā)射速度大于7.9km/s將如何運動呢？理論研究指出，如果航天器的（近地）發(fā)射速度大于7.9km/s而小于11.2km/s，它的軌道不再是圓而是圍繞地球運動的一個橢圓。速度越大，橢圓軌道越“扁”（如圖所示）當發(fā)射速度

6、達到11.2km/s時就能脫離地球的引力束縛，“離開”地球。二、第二宇宙速度：當物體的速度等于或大于 11.2km/s，它就會離開地球，我們把11.2km/s叫做第二宇宙速度，又叫脫離速度。知識拓展：根據機械能守恒r為地球引力以外的某點到地球的距離，顯然r所以第二宇宙速度=11.2(km/s)三、第三宇宙速度：在地面附近發(fā)射一個物體，要使物體掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個速度叫做第三宇宙速度。 知識拓展：太陽質量為m0，太陽中心到地球中心的距離為r0，類似于第二宇宙速度計算可以有：42.2km/s 由于地球繞太陽公園的速度為29.8km/s 所

7、以相對地球只要:42.2-29.8=12.4(km/s)發(fā)射，但考慮到地球引力存在，必須克服地球引力做功，所以：而式中v2是第二宇宙速度，將此式代入上式，第三宇宙速度：v3=16.7km/s三、飛出地球閱讀教材“夢想成真”中國神舟飛天五大步 第一步 “神舟一號”無人飛船于年月日早晨，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由“長征二號”運載（）火箭發(fā)射升空，第二天成功降落在內蒙古中部。這次是試驗性太空飛行。 第二步 “神舟二號”無人飛船于年月日升空，于月日成功降落。這次是按照載人飛船的要求進行的飛行試驗。 第三步 “神舟三號”無人飛船于年月日夜升空，環(huán)繞地球運行圈后，月日順利降落。這次飛船上的應急救生系統(tǒng)已基本齊備

8、。 第四步 “神舟四號”無人飛船于年月日升空，于年月日順利返回地面。這次飛船里有兩個穿宇航服的模擬（）人，是我國最后一艘無人試驗的飛船。 第五步 在年年底前，“神舟五號”飛船將實現載人飛行。目前，首批宇航員的宇航服已制好，航天員可以在太空中吃到魚香肉絲等色香味都好的飯菜，喝上清爽的綠茶，可以在睡袋里舒服地睡覺，還可以塞上耳朵、戴上護目鏡在航天浴室里洗澡呢！學生觀看錄像，了解航天器發(fā)射升空的過程變化。學生根據錄像回答：發(fā)射進入近地圓軌道、加速進入橢圓軌道（變軌）、進入大圓軌道。學生思考？學生了解“牛頓的預言”學生思考：在地面上拋出速度較小時作平拋運動，但隨著速度增大，平拋的水平位移增加，由于地球

9、是圓形（球體），所謂的“水平位移”實際上就變成了“弧長”，如果速度再增加，“弧長”將等于“周長”即物體圍繞地球作圓周運動。學生回答：地球對衛(wèi)星的萬有引力。學生解答：衛(wèi)星運行速度學生回答：=7.9km/s學生回答：v至少7.9km/s。學生回答：根據：r越大，則運動速度v越小。學生猜想學生了解：第二宇宙速度的意義學生了解第二宇宙速度學有余力的同學了解拓展內容學生了解第三宇宙速度。學有余力的同學了解“知識拓展”。學生了解航空航天發(fā)展史。讓學生了解科學。培養(yǎng)學生觀察能力與分析能力。讓學生感受科學家的思想之偉大。學習他們的科學的思維方法。培養(yǎng)學生結合所學知識分析問題的能力。讓學生學會學習，能夠根據自己

10、所掌握的知識去解決問題，教師可適當地提示、指導即可。強調：第一宇宙速度是發(fā)射速度中的最小值。第二、三宇宙速度作定性的了解，知道其物理意義。激發(fā)學生潛能。增強學生民族自豪感。激發(fā)學生愛國主義熱情。引導學生閱讀課外材料“科學漫步”，課本第頁“黑洞”。知道黑洞的拉普拉斯模型的含義。閱讀課本第頁“”關于“航天事業(yè)改變著人類生活”了解科普知識，知道航空航天事業(yè)發(fā)展的重要意義。激發(fā)學生的求知欲，讓學生有一種探索科學奧秘的愿望。本課小結：1、 知道第一宇宙速度是多少？能夠自己推導第一宇宙速度。2、 知道第一宇宙速度是最小發(fā)射速度，是圍繞地球做圓周運動的最大速度3、 了解第二、三宇宙速度數值及意義。4、 知道

11、宇宙速度都是地表衛(wèi)星的發(fā)射速度。5、 了解世界航空航天發(fā)展史及中國航天事業(yè)發(fā)展概況，知道神舟載人飛船發(fā)射的重大意義。布置作業(yè)（1）請學生課后探討課本第78頁，“問題與練習”中的13題。 整理課堂筆記，進一步回憶鞏固所學知識。學生完成課后作業(yè)加深理解。要求學生學會自我總結。板書設計一、 第一宇宙速度1、 第一宇宙速度，也叫環(huán)繞速度。v1=7.9km/s2、 第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。3、 第一宇宙速度是圍繞地球做圓周運動的最大速度。二、 第二宇宙速度，也脫離速度。 v2=11.2km/s三、 第三宇宙速度，也逃逸速度。v3=16.7km/s四、 飛出地球、實現太空夢想 六 課后反思宇宙速度是中學物理中的重要概念之一，尤其是第一宇宙速度既要能夠要已知的知識推導其大小是多少，更要注意它是發(fā)射速度的最小值，是運行速度的最大值。學生對這一概念的理解不夠深刻，這需要老師通巧妙的方法讓學生正確理解發(fā)射速度與運行速度兩個概念的關系。對于第二宇宙速度、第三宇宙速度只要求了解其大小及意義，而拓展的第二、三宇宙速度大小的推理過程只要求學有余力的同學去了解。飛