宇宙航行教案

1、宇宙航行教案一、教材分析宇宙航行系新課程人教版必修 2第六章第五節(jié)，重點(diǎn)講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導(dǎo)了第一宇宙速度，并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛(wèi)星是萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用 的一個(gè)實(shí)例，是人類(lèi)征服自然的見(jiàn)證， 體現(xiàn)了知識(shí)的力量， 是學(xué)生學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識(shí)的 一個(gè)極好素材。教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實(shí)際物理問(wèn)題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬(wàn)有引力定律與航天”中的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué)生進(jìn)一 步學(xué)習(xí)研究天體物理問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。另外，學(xué)生通過(guò)對(duì)人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對(duì)航天科學(xué)的熱愛(ài)，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。二、教學(xué)目標(biāo)(一) 知識(shí)與技能(

2、1)知道人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行原理，會(huì)運(yùn)用萬(wàn)有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)公式分析解答有關(guān)衛(wèi) 星運(yùn)行的原因；(2)掌握三個(gè)宇宙速度，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度；(3)簡(jiǎn)單了解航天發(fā)展史。(4)能用所學(xué)知識(shí)求解衛(wèi)星基本問(wèn)題。(二)過(guò)程與方法(1)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索能力；(2)培養(yǎng)學(xué)生在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí)，如何構(gòu)建物理模型的能力；(3)學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法培養(yǎng)學(xué)生歸納、分析和推導(dǎo)及合理表達(dá)能力。(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀介紹我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)，熱愛(ài)科學(xué)的激情，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。課時(shí)安排：一節(jié)課教具：多媒體課件、計(jì)算機(jī)三、設(shè)計(jì)理念學(xué)科教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生為主體，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、品德三維一體的全面發(fā)展，這是本課件

3、設(shè)計(jì)的基本理念。學(xué)生已學(xué)過(guò)平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定律等基本理論，具備了解決問(wèn)題的基本工具。本節(jié)課的難點(diǎn)在于對(duì)人造衛(wèi)星原理的理解，因此教學(xué)設(shè)計(jì)上采用理論探究法：在設(shè)計(jì)中突出發(fā)揮學(xué)生的主體作用，課堂中通過(guò)設(shè)疑-思考-啟發(fā)-引導(dǎo)這樣一條主線，激發(fā)鼓勵(lì)學(xué)生的大膽思考、 積極參與，讓學(xué)生通過(guò)自己的分析研究來(lái)掌握獲取相關(guān)的 知識(shí)和方法。四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)(1)第一宇宙速度的推導(dǎo)；(2)人造衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)行速度與衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別；五、教學(xué)方法啟發(fā)探究式教學(xué)、多媒體輔助教學(xué)。六、教學(xué)準(zhǔn)備：多媒體制作，計(jì)算機(jī)。七、教學(xué)過(guò)程(一)創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)情感，引入新課1. 利用多媒體播放視頻：神七問(wèn)天2. 導(dǎo)入語(yǔ)

4、：探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠(yuǎn)的太空，是人類(lèi)自古以來(lái)的夢(mèng)想?！版隙鸨荚隆?“神七問(wèn)天”“神八與天宮一號(hào)對(duì)接”標(biāo)志著我國(guó)掌握世界上最先進(jìn)的航天技術(shù)。那么，衛(wèi)星是如何上天的？是如何到達(dá)指定高度的？會(huì)掉下來(lái)嗎？是什么力使衛(wèi)星能繞地球 飛行？本節(jié)課我們就利用萬(wàn)有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)對(duì)宇宙航行做一個(gè)初步的了解和研究。3. 提出問(wèn)題：拋出的石頭會(huì)落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒(méi)有落下來(lái)？衛(wèi)星、月亮沒(méi)有落下來(lái)必須具備什么條件？（二）人造地球衛(wèi)星1 .拋物演示實(shí)驗(yàn)：學(xué)生觀察落地點(diǎn)的變化，落地點(diǎn)為什么會(huì)變化？2 .牛頓的思考與設(shè)想：拋出的速度v越大時(shí)，落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，速度不斷增大，將會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？牛頓根據(jù)自己的設(shè)想

5、草擬了一幅極富創(chuàng)意的人造衛(wèi)星原理圖。牛頓的設(shè)想由于受技術(shù)條件的限制，物體不可能達(dá)到這樣的速度，但他的思想啟發(fā)了后 人，在太空探索中立了頭功。展示牛頓的設(shè)想過(guò)程。引出人造地球衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星）的概念。（三）宇宙速度1.第一宇宙速度問(wèn)題的提出：人造衛(wèi)星為什么不掉下來(lái)，人造衛(wèi)星的線速度有多大。進(jìn)行提示想想翻滾過(guò)山車(chē)、雜技水流星，小球、水到了最高點(diǎn)為什么不掉來(lái)，一起探索原因，直到得出結(jié)論。早在16世紀(jì)道的牛頓就曾思考過(guò)這個(gè)問(wèn)題。（播放衛(wèi)星發(fā)射原理動(dòng)畫(huà)，并向?qū)W生分析）從地球上最高的山峰上將物體水平拋出，速度越大，落地點(diǎn)就越遠(yuǎn)。如果拋出的速度足夠大，物體就不在落回地面，它將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為一顆人造地球衛(wèi)

6、星。物體最終繞地球表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，地球質(zhì)量為5.89 X 1024Kg,半徑為R=6.37 X 106m , G=6.67 X 10-11N m2/Kg2。引力提供其做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力。廠 mMv2C? x- = W3 代入數(shù)據(jù)得v=7. 9km/s這就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，叫做第一宇宙 速度。如果發(fā)射速度大于第一宇宙速度，結(jié)果會(huì)怎樣呢？2 .第二宇宙速度當(dāng)拋出物體的速度繼續(xù)增大，地球引力將不足以為其做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力，物體將 會(huì)脫離地球引力，離開(kāi)地球。這個(gè)速度為v=11. 2km/s。我們把v=11. 2km/s叫做第二宇宙速度。如果發(fā)射速度大于

7、第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度， 它繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓，而是橢圓。3 .第三宇宙速度物體脫離地球引力的束縛后，還會(huì)受到太陽(yáng)引力的束縛。若拋出的速度足夠大，物體還將脫離太陽(yáng)引力的束縛，飛向太陽(yáng)系之外的宇宙空間。這個(gè)速度v=16. 7vkm/s。這個(gè)速度叫做第三宇宙速度。衛(wèi)星運(yùn)行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。這些衛(wèi)星運(yùn)行的快慢不同,探究：目前為止，人類(lèi)發(fā)射的人造地球衛(wèi)星已經(jīng)有幾千顆了,那么衛(wèi)星運(yùn)行的快慢與什么因素有關(guān)呢？學(xué)生可能的答案：質(zhì)量、軌道半徑我們將不同軌道上的衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)都看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則有5速度最大,周期最小。則GM=7 =7. 9km/sGM=1. 24Xl0

8、-3rad/s結(jié)論：線速度、角速度、周期都與衛(wèi)星的質(zhì)量無(wú)關(guān)，僅由軌道半徑?jīng)Q定。r=R）,此時(shí)線速度最大，角當(dāng)衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行時(shí)，軌道半徑最小為地球半徑（即衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大速度為7. 9km/s。人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度（播放嫦娥一號(hào)發(fā)射的模擬視頻，讓學(xué)生了解衛(wèi)星發(fā)射的全過(guò)程，學(xué)生也將對(duì)發(fā)射速 度和運(yùn)行速度有一個(gè)了解。）1 .發(fā)射速度發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無(wú)能量補(bǔ)充，要 發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。2 .運(yùn)行速度運(yùn)行速度指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度。當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面飛行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度，當(dāng)衛(wèi)

9、星的軌道半徑大于地球半徑時(shí)，運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。（四） 夢(mèng)想成真學(xué)生先閱讀，然后教師簡(jiǎn)述補(bǔ)充。（借助于多媒體，一邊向?qū)W生展示，一邊介紹，注意情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。）其實(shí)早在六百多年前的明朝，一個(gè)名叫萬(wàn)戶的人就曾有“飛天”的壯舉，但最終未能成功，并為之付出了生命。萬(wàn)戶是世界上第一個(gè)利用火箭向太空搏擊的英雄。他的努力雖然失敗了，但他借助火箭推力升空的創(chuàng)想是世界上第一個(gè)，因此他被世界公認(rèn)為 “真正的航天始祖”，為了紀(jì)念這位世界航天始祖，世界科學(xué)家將月球上的一座環(huán)形火山命名為“萬(wàn)戶山”。19世紀(jì)中葉，俄羅斯學(xué)者，齊奧爾科夫斯基，提出利用噴氣推進(jìn)的多級(jí)火箭，運(yùn)載發(fā) 射衛(wèi)星。1957年10月4

10、日，世界上第一顆人造衛(wèi)星成功在蘇聯(lián)發(fā)射成功。1961年4月12日，世界上第一次載人飛行，蘇聯(lián)。1969年7月16日，人類(lèi)第一次登上月球，美國(guó)。1970年，中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。2003年10月15日，中國(guó)第一次載人飛行。2007年，嫦娥一號(hào)成功發(fā)射。2008年9月25日，神七問(wèn)天，是中國(guó)第三個(gè)載人航天飛船。突破和掌握出艙活動(dòng)相關(guān)技術(shù)。2011年11月1日，神舟八號(hào)升空，神八”與此前發(fā)射的 天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器進(jìn)行了空 間交會(huì)對(duì)接。這標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)成功突破了空間交會(huì)對(duì)接及組合體運(yùn)行等一系列關(guān)鍵技術(shù)。讓學(xué)生具有振興中華的使命感與責(zé)任感播放一段世界和中國(guó)的航天史實(shí)。讓同學(xué)感想到：我們是祖國(guó)的未

11、來(lái)的希望，現(xiàn)在需要努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)， 將來(lái)為祖國(guó)的航天事業(yè)做貢獻(xiàn)。要培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)韌不撥、勇于探索、協(xié)力合作的科學(xué)精神以及嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、謙虛謹(jǐn)慎、勇于質(zhì)疑科學(xué)態(tài)度；也要培養(yǎng)學(xué)習(xí)者熱愛(ài)科學(xué)、 熱愛(ài)祖國(guó)的情感；努力學(xué)習(xí)、振興中華的責(zé)任感。這些策略在本案例中得到了體現(xiàn)。然而人類(lèi)對(duì)宇宙的探索并不是一帆風(fēng)順的，無(wú)數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類(lèi)通往宇宙的道路。1986年1月28日，美國(guó)，挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)升空后爆炸，七名宇航員遇難。2003年2月1日，美國(guó)，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)返航時(shí)爆炸，七名宇航員遇難。（五）課堂小結(jié)盡管人類(lèi)已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對(duì)于宇宙之宏大，地球和月亮不過(guò)是茫茫宇宙中的兩粒塵

12、埃； 相對(duì)于宇宙之久長(zhǎng)，人類(lèi)歷史不過(guò)是宇宙年輪上一道小小的刻痕。宇宙留給人們的思考和疑問(wèn)深邃而廣闊。宇宙有沒(méi)有邊界？有沒(méi)有起始和終結(jié)？地外文明在哪里？這些都是留給大家待以解決的問(wèn)題。（六）練習(xí)反饋，拓展延伸：例1設(shè)地球的質(zhì)量不變，而地球半徑增加為原來(lái)的 2倍,那么從地球發(fā)射的第一宇宙速度的大小應(yīng)為原來(lái)的 （） 2 i 一A. V2 倍 B. 3 倍 C?.倍 D.2 倍例2 關(guān)于宇宙速度，下列說(shuō)法正確的是（）A.第一宇宙速度是能使人造地球衛(wèi)星飛行的最小發(fā)射速度B.第一宇宙速度使人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度C.第二宇宙速度使衛(wèi)星在橢圓軌道上運(yùn)行時(shí)的最大速度D.第三宇宙速度時(shí)發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度（七）小結(jié) 與作業(yè)布置作業(yè)1 .航天事業(yè)正改變著人類(lèi)的生活，請(qǐng)你到網(wǎng)上查閱，近幾年的航天大事的資料，闡述你