《人類對(duì)太空的不懈追求》教案1

1、人類對(duì)太空的不懈追求【教學(xué)目標(biāo)】知識(shí)與技能：知道衛(wèi)星所受的萬(wàn)有引力等于衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。理解第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就；知道經(jīng)典力學(xué)對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；知道萬(wàn)有引力定律對(duì)科學(xué)發(fā)展所起的重要作用。過程與方法：會(huì)以拋體運(yùn)動(dòng)為出發(fā)點(diǎn)導(dǎo)出衛(wèi)星上天的粗略道理。會(huì)計(jì)算第一宇宙速度。會(huì)計(jì)算天體的質(zhì)量和密度。收集我國(guó)和世界航天事業(yè)發(fā)展史和前景的資料，進(jìn)一步體會(huì)科學(xué)知識(shí)對(duì)人類探索 未知世界的作用情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過牛頓拋體運(yùn)動(dòng)圖的解說及齊奧爾科夫斯基火箭公式等經(jīng)典力學(xué)發(fā)展的偉大 成就介紹，使學(xué)生體會(huì)經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價(jià)值與意義。通過介紹人造衛(wèi)星的應(yīng)用

2、及我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生勇攀科學(xué)高峰的熱 情。通過介紹人們?nèi)绾伟l(fā)現(xiàn)海王星和冥王星，體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類探索未知世界的作 用。體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人們認(rèn)識(shí)發(fā)展學(xué)生對(duì)科學(xué)的好奇心和求知欲。使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)探索的艱辛，挖掘德育的素材。【教學(xué)重點(diǎn)】計(jì)算第一宇宙速度的兩種方法。 計(jì)算天體的質(zhì)量和密度。經(jīng)典力學(xué)對(duì)航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)。 萬(wàn)有引力定律對(duì)科學(xué)發(fā)展所起的重要作用。【教學(xué)方法】問題教學(xué)法、理論探究法【教學(xué)過程】【導(dǎo)入】：復(fù)習(xí)： 提問：行星運(yùn)動(dòng)的開普勒三定律；萬(wàn)有引力定律。 學(xué)生回答： （ 略） 。新課引入： 多媒體展示：我國(guó)神舟六號(hào)的發(fā)射、在軌運(yùn)行、回收情況；我國(guó)嫦娥探月工程的基本情況。提問：

3、為什么宇宙飛船能登上月球？為什么飛船能像月亮那樣圍繞地球旋轉(zhuǎn)？飛 船在什么條件下能掙脫地球的束縛？在進(jìn)一步的探索中， 人類會(huì)對(duì)更遙遠(yuǎn)的星球 有些什么了解？請(qǐng)同學(xué)們帶著這些問題進(jìn)行這一節(jié)課的學(xué)習(xí)?！拘抡n教學(xué)】 一人造衛(wèi)星上天 如何使人造衛(wèi)星上天： 提出探究課題：站在高山頂端，水平拋出一塊石頭，石頭的水平射程跟什么有關(guān)？ 若不斷增大水平拋射石頭的投擲速度， 當(dāng)速度達(dá)到足夠大時(shí)， 石頭是否不再落回 地面而繞地球旋轉(zhuǎn)？學(xué)生探究，發(fā)表見解。 教師引導(dǎo)學(xué)生利用牛頓的拋體運(yùn)動(dòng)圖總結(jié)衛(wèi)星上天的道理： 只要拋出的速度足夠 大，被拋出的物體就會(huì)像月球那樣不再掉下來， 這實(shí)際上就是人造地球衛(wèi)星或宇 宙飛船上天的原理

4、。教師提問：如何使用人造衛(wèi)星和飛船獲得這樣大的初始速度？ 學(xué)生閱讀課本，了解齊奧爾科夫斯基的多級(jí)火箭構(gòu)想。第一宇宙速度 （環(huán)繞速度 ）： 利用多媒體向?qū)W生解說什么叫做近地衛(wèi)星： 如果衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道可視為圓 形，并且衛(wèi)星距地面的高度遠(yuǎn)小于地球半徑， 則衛(wèi)星軌道半徑可近似為地球半徑。 提問： 如何使近地衛(wèi)星在圓周軌道上運(yùn)動(dòng)而不偏離軌道呢？ 學(xué)生探究，發(fā)表見解。利用多媒體引導(dǎo)學(xué)生回顧前一章學(xué)過的 “近心運(yùn)動(dòng)”、“圓周運(yùn)動(dòng)”和“離心運(yùn)動(dòng)”， 從而得出近地衛(wèi)星不脫離軌道的原因：mg=FHmg=FH =F=F 向，22Gmm v 即 mg2m 。rr引導(dǎo)學(xué)生利用=m-導(dǎo)出第一宇宙速度的計(jì)算式 V =

5、、Gmr2r r2 _引導(dǎo)學(xué)生利用 mg =m導(dǎo)出第一宇宙速度的計(jì)算式v=grr學(xué)生自己代數(shù)據(jù)計(jì)算出第一宇宙速度的值為 7.9km/h7.9km/h。第二、三宇宙速度：做課本 P95P95 勺“模擬衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)（可教師演示或?qū)W生隨堂實(shí)驗(yàn)），感受“圓周運(yùn)動(dòng)”和“離心運(yùn)動(dòng)”簡(jiǎn)介第二宇宙速度（脫離速度）和第三宇宙速度（逃逸速度）。時(shí)間允許的話，可讓學(xué)生閱讀 P95P95 勺“討論與交流”。4 4、例題：19901990 年 3 3 月，紫金山天文臺(tái)將 19651965 年 9 9 月 2020 日發(fā)現(xiàn)的第 27532753 號(hào)小行星命名為吳健雄星，其直徑為 32km32km,如該小行星的密度和地

6、球相同，則該小行星的第一宇宙速度為_ 。（已知地球半徑 R=6400kmR=6400km 地球的第一宇宙速度為 8km/8km/s s）二測(cè)天體質(zhì)量和預(yù)測(cè)未知天體1 1、測(cè)天體質(zhì)量（問題一）：如何用火星探測(cè)器測(cè)火星的質(zhì)量？引導(dǎo)學(xué)生探究并提問學(xué)生：探測(cè)器在火星上空是如何運(yùn)行的？（學(xué)生回答一）：探測(cè)器在火星上空繞火星運(yùn)行，探測(cè)器相當(dāng)于火星的人造衛(wèi)星。（學(xué)生回答二）：這可用探測(cè)器的的運(yùn)行周期 T T 和運(yùn)行半徑 r r 算出火星的質(zhì)量 M M 思 路如下：設(shè)探測(cè)器的質(zhì)量為 m m由門 1=卩向可得：（問題二）：如何測(cè)火星的密度?Mm2_r22T火星質(zhì)量為 M4二2rGT（學(xué)生回答）：還需要先測(cè)火星本

7、身的半徑 R,R,4二2r3則MVGT23二r33234二RGT R3（問題三）：有沒有更為簡(jiǎn)便的方法呢？（學(xué)生回答）：若火星探測(cè)器在火星近地軌道運(yùn)行，則問題變得更簡(jiǎn)單。此時(shí) R R=r r,3IT故r，無須測(cè)探測(cè)器的軌道半徑和火星本身的半徑。GT2（總結(jié)）：因此，只要探測(cè)器能到達(dá)的天體，其質(zhì)量和密度都可測(cè)出。2 2、預(yù)測(cè)未知天體（多媒體演示）：八大行星中，水星、金星、火星和土星都是人眼能直接看到的。人們第一次通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的新行星是天王星。但是人們發(fā)現(xiàn)天王星時(shí)，其運(yùn)行軌道與人們用萬(wàn)有引力定律所算出的軌道有偏差。這是為什么呢？（引導(dǎo)學(xué)生猜想）：（1 1）萬(wàn)有引力定律是錯(cuò)誤的。（2 2）天王星外

8、還有一顆未知行星，它對(duì)天王星有較大的引力作用。（多媒體演示并介紹海王星的發(fā)現(xiàn)）：萬(wàn)有引力定律已被大量的事實(shí)所證實(shí)， 現(xiàn)在 我們大家都知道它是自然界普遍的規(guī)律。人們根據(jù)猜想（2 2），用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出天王星外的未知天體的軌道半徑。果 然在所算出的位置人們發(fā)現(xiàn)海王星。（總結(jié)）:發(fā)現(xiàn)海王星有什么意義？進(jìn)一證明了萬(wàn)有引力定律的正確性。根據(jù)同樣方法發(fā)現(xiàn)了冥王星。說明科學(xué)理論具有預(yù)見性。（學(xué)生舉例說明：哈雷慧星的回歸，探測(cè)礦藏分布等） 三、對(duì)太空的探索1 1、飛天路上，先驅(qū)烙下的深深足跡生活在這個(gè)星球上的最高等智慧生物， 是充滿好奇心的白皮膚、黃皮膚、黑皮膚的人類。人類想要知道海洋的盡頭是什么，五六百

9、年前就創(chuàng)造了遠(yuǎn)洋航海技術(shù)，“全球文明”即由此發(fā)端；人類想要像鳥兒一樣展翅高飛，10 0多年前就發(fā)明了飛機(jī)，寂寥長(zhǎng)空從此成為旅行的驛站；人類想要擺脫地球引力到大氣層外的空 間看一看，半個(gè)世紀(jì)間， 各式各樣的航天器就紛紛射向太空 從自立行走于腳下這片土地到飛出藍(lán)色地球村，人類就是這般孜孜不倦地幻想 著，并一步一步地拓展著他們的活動(dòng)空間。 夢(mèng)想：腳步開始的地方。在東方的傳說中，美貌的嫦娥偷吃了靈藥飛天成仙，從 此獨(dú)守寂寞蟾宮；而在古希臘的神話里，太陽(yáng)神阿波羅則駕著太陽(yáng)車巡游九天， 為人間送來光明和溫暖。那是人類對(duì)太空最初的思考與渴望。 直到 500500 多年前，波蘭天文學(xué)家哥白尼用 “日 心說”掀

10、起了一場(chǎng)轟轟烈烈的認(rèn)知革命，人類才開始了對(duì)宇宙的科學(xué)審視。 就 在“日心說”與統(tǒng)治歐洲一千多年的“地心說”艱難斗爭(zhēng)的同一時(shí)代， 中國(guó)的明 朝官員萬(wàn)戶一位試圖飛出天外的幻想家， 卻成了人類第一位飛天的真正實(shí)踐 者。美國(guó)學(xué)者基姆在其著作 火箭與噴氣 中這樣描述人類歷史上的第一次火箭 飛行嘗試： 萬(wàn)戶先做了兩個(gè)大風(fēng)箏， 并排裝在一把椅子的兩邊， 然后在椅子下面 捆綁了 4747 支大火箭中國(guó)人發(fā)明的一種以火藥作燃料的兵器。 準(zhǔn)備完畢后， 萬(wàn) 戶坐在椅子當(dāng)中，命仆人點(diǎn)燃火箭“人類航天始祖”萬(wàn)戶勇敢的生命，最后殞落在了點(diǎn)燃火箭后的巨響中。多年后，月球上的一座環(huán)形山被命名為萬(wàn)戶山。19031903 年，人

11、類飛天史上的一個(gè)里程碑。 那一年， 萊特兄弟駕駛著他們?cè)谧孕熊囆?理車間里制造的第一架飛機(jī) “飛行者 1 1 號(hào)”，實(shí)現(xiàn)了人類歷史上第一次成功的空中 飛行。 同樣在這一年，雙耳失聰?shù)亩韲?guó)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基在論文中提出了著名的“火箭公式”，論證了用火箭發(fā)射航天器的可行性。他指出：最理想的推進(jìn)劑不 是火藥，而是液體燃料； 單級(jí)火箭在當(dāng)時(shí)達(dá)不到宇宙速度， 必須用多級(jí)火箭接力 的辦法才能進(jìn)入宇宙空間。19571957 年 1010 月， 在哈薩克的大荒原里，前蘇聯(lián)用火箭把第一顆人造地球衛(wèi)星 “斯普 特尼號(hào)”送上了天。這顆直徑 580580 毫米、太空運(yùn)行僅 9292 天的小衛(wèi)星，宣告著人類 進(jìn)入到一

12、個(gè)空間探索的新時(shí)代。19611961 年 4 4 月，在 9 9 次無人飛船試驗(yàn)后， “東方 1 1 號(hào)”飛船載著 2727 歲的前蘇聯(lián)空軍少校 加加林，進(jìn)行了 108108 分鐘的太空旅行。這是人類歷史上第一次載人航天飛行，加 加林也成為人類造訪太空的第一人。同年，美國(guó)啟動(dòng)“阿波羅登月計(jì)劃” 。8 8 年之后的 7 7 月 2121 日，美國(guó)宇航員阿姆斯特 朗就在月球上留下了人類的第一個(gè)足印。 在踏上月球的一刻， 人類第一位月宮使 者由衷慨嘆：這是個(gè)人的一小步，卻是人類的一大步。 19711971 年 4 4 月，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一個(gè)試驗(yàn)性載人空間站“禮炮 1 1 號(hào)” 空間站。載人

13、航天活動(dòng)由此進(jìn)入到規(guī)模較大、 飛行時(shí)間較長(zhǎng)的空間應(yīng)用探索與試 驗(yàn)階段。 19751975 年 7 7 月，前蘇聯(lián)的“聯(lián)盟 1919 號(hào)”飛船和美國(guó)“阿波羅 1818 號(hào)”飛船， 在太空中成功對(duì)接。 通過電視轉(zhuǎn)播， 全世界數(shù)以億計(jì)的觀眾目睹了來自兩國(guó)的兩 位太空使者相擁的歷史畫面。19811981 年 4 4 月，美國(guó)發(fā)射了可以重復(fù)使用的太空運(yùn)載工具航天飛機(jī)。 6 6 年后，美 國(guó)邀請(qǐng)歐洲航天局、 日本和加拿大參加研制永久性載人空間站計(jì)劃。 19931993 年，俄 羅斯的加入不僅擴(kuò)大了空間站的規(guī)模， 而且使這個(gè)項(xiàng)目成為一項(xiàng)真正意義上的國(guó) 際性計(jì)劃 國(guó)際空間站，一個(gè)共同探索、和平開發(fā)宇宙的平臺(tái)。

14、從飛船到空 間站，人們用不懈的探索搭建起了通往“天宮”的云梯。然而，通天之路從來充滿艱辛19711971 年 6 6 月，前蘇聯(lián) 3 3 名宇航員在飛船氣壓閥失效時(shí)因?yàn)槿狈教旆谋Ｗo(hù)而死 亡； 1981986 6年 1 1 月，美國(guó)“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)起飛后凌空爆炸，7 7 名壯志未酬的宇航員、包括一位即將在太空中為幾十萬(wàn)美國(guó)中學(xué)生講授奇妙太空的中學(xué)教師，在萬(wàn)眾矚目中獻(xiàn)身藍(lán)天； 20032003 年 2 2 月，美國(guó)“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)在它的第 2 2 8 8 次飛行返程途中突然解體，再過 1616 分鐘就能踏上地球的 7 7 名宇航員全部犧牲； 2 2 003003 年的 8 8 月，巴

15、西第三枚VLS型衛(wèi)星運(yùn)載火箭在發(fā)射前的最后檢測(cè)中發(fā)生爆 炸，“咖啡王國(guó)”的航天夢(mèng)再次遭受重創(chuàng)收獲大喜，卻也歷盡大悲。 在悲喜交加的太空旅程中， 人類一點(diǎn)一滴地感悟著 “科 學(xué)”二字，那沉甸甸的分量。2 2、飛天路上，中國(guó)人烙下深深足跡 在人類大步邁向太空的旅程中，中國(guó)人追夢(mèng)的步伐一天也沒有停止過。19701970 年 4 4 月 2424 日，中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功?！伴L(zhǎng)征二號(hào)F”型火箭托舉著神舟五號(hào)載人飛船轟然起飛。 浩瀚太空迎來了第一 位中國(guó)訪客 3838 歲的中國(guó)航天員楊利偉。在 343343 公里的高度上，中國(guó)人第一次 在自己的航天器上看到了人類美麗的地球家園。這是中國(guó)的高度，一個(gè)

16、崇尚獨(dú)立自主的民族以自己的方式叩問天宇的高度。從這一天起，中國(guó)成為第三個(gè)能夠獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國(guó)家。戚發(fā)軔說，夢(mèng) 圓那刻，是他這一生笑得最燦爛、哭得最痛快的一次。神舟五號(hào)的順利升空，不 僅僅使得中國(guó)人的千年飛天夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)， 更重要的是它標(biāo)志著在人類探索太空 的隊(duì)伍中，又加入了一支強(qiáng)大而富于創(chuàng)造性的力量。神舟的六號(hào)載人飛船轟然起飛。浩瀚太空再度迎來的是兩位中國(guó)訪客。在343343 公里的高度上，中國(guó)人第一次出現(xiàn)在自己的組合。中國(guó)已形成 1212 個(gè)型號(hào)的“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭。 未來的新一代大推力運(yùn)載火 箭，將滿足不同用途大型衛(wèi)星和空間站的發(fā)射需要； 中國(guó)已初步形成了返回式遙感衛(wèi)星、 通信廣播衛(wèi)星、 氣象衛(wèi)星、 科學(xué)探測(cè)與 技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星等多種類型的衛(wèi)星系列。將來，中 國(guó)還要建立長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)體系， 自主的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)， 以及 產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化的空間應(yīng)用體系； 中國(guó)已啟動(dòng)無人月球探測(cè)的“嫦娥工程” ， 那輪在唐詩(shī)宋詞里無數(shù)次被吟誦 過的月亮， 就要迎接來自中國(guó)的親密接觸 在跨越式地實(shí)現(xiàn)了載人航天工程的第一步目標(biāo)之后， 中國(guó)正在穩(wěn)步走向以交會(huì)對(duì) 接為特征的第二步和更遠(yuǎn)的未來。 中國(guó)的航天專家們已經(jīng)在計(jì)劃著實(shí)現(xiàn)載人航