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)，重點講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導了第一宇宙速度，并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學上應用 的一個實例，是人類征服自然的見證， 體現(xiàn)了知識的力量， 是學生學習了解現(xiàn)代科技知識的 一個極好素材。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際物理問題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重點內(nèi)容，是學生進一 步學習研究天體物理問題的理論基礎。另外，學生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對航天科學的熱愛，增強民族自信心和自豪感。二、教學目標(一) 知識與技能(

2、1)知道人造地球衛(wèi)星的運行原理，會運用萬有引力定律和圓周運動公式分析解答有關衛(wèi) 星運行的原因；(2)掌握三個宇宙速度，會推導第一宇宙速度；(3)簡單了解航天發(fā)展史。(4)能用所學知識求解衛(wèi)星基本問題。(二)過程與方法(1)培養(yǎng)學生科學探索能力；(2)培養(yǎng)學生在處理實際問題時，如何構建物理模型的能力；(3)學習科學的思維方法培養(yǎng)學生歸納、分析和推導及合理表達能力。(三)情感態(tài)度與價值觀介紹我國航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，激發(fā)學習科學，熱愛科學的激情，增強民族自信心和自豪感。課時安排：一節(jié)課教具：多媒體課件、計算機三、設計理念學科教學活動以學生為主體，促進學生知識、能力、品德三維一體的全面發(fā)展，這是本課件

3、設計的基本理念。學生已學過平拋運動、勻速圓周運動、萬有引力定律等基本理論，具備了解決問題的基本工具。本節(jié)課的難點在于對人造衛(wèi)星原理的理解，因此教學設計上采用理論探究法：在設計中突出發(fā)揮學生的主體作用，課堂中通過設疑-思考-啟發(fā)-引導這樣一條主線，激發(fā)鼓勵學生的大膽思考、 積極參與，讓學生通過自己的分析研究來掌握獲取相關的 知識和方法。四、教學重點、難點(1)第一宇宙速度的推導；(2)人造衛(wèi)星運轉的環(huán)行速度與衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別；五、教學方法啟發(fā)探究式教學、多媒體輔助教學。六、教學準備：多媒體制作，計算機。七、教學過程(一)創(chuàng)設情境，激發(fā)情感，引入新課1. 利用多媒體播放視頻：神七問天2. 導入語

4、：探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠的太空，是人類自古以來的夢想?！版隙鸨荚隆?“神七問天”“神八與天宮一號對接”標志著我國掌握世界上最先進的航天技術。那么，衛(wèi)星是如何上天的？是如何到達指定高度的？會掉下來嗎？是什么力使衛(wèi)星能繞地球 飛行？本節(jié)課我們就利用萬有引力定律和圓周運動的知識對宇宙航行做一個初步的了解和研究。3. 提出問題：拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星、月亮沒有落下來必須具備什么條件？（二）人造地球衛(wèi)星1 .拋物演示實驗：學生觀察落地點的變化，落地點為什么會變化？2 .牛頓的思考與設想：拋出的速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會出現(xiàn)什么結果？牛頓根據(jù)自己的設想

5、草擬了一幅極富創(chuàng)意的人造衛(wèi)星原理圖。牛頓的設想由于受技術條件的限制，物體不可能達到這樣的速度，但他的思想啟發(fā)了后 人，在太空探索中立了頭功。展示牛頓的設想過程。引出人造地球衛(wèi)星（簡稱人造衛(wèi)星）的概念。（三）宇宙速度1.第一宇宙速度問題的提出：人造衛(wèi)星為什么不掉下來，人造衛(wèi)星的線速度有多大。進行提示想想翻滾過山車、雜技水流星，小球、水到了最高點為什么不掉來，一起探索原因，直到得出結論。早在16世紀道的牛頓就曾思考過這個問題。（播放衛(wèi)星發(fā)射原理動畫，并向學生分析）從地球上最高的山峰上將物體水平拋出，速度越大，落地點就越遠。如果拋出的速度足夠大，物體就不在落回地面，它將繞地球運動，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動，地球質量為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動所需的向心力。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動所必須具有的速度，叫做第一宇宙 速度。如果發(fā)射速度大于第一宇宙速度，結果會怎樣呢？2 .第二宇宙速度當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動提供向心力，物體將 會脫離地球引力，離開地球。這個速度為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，還會受到太陽引力的束縛。若拋出的速度足夠大，物體還將脫離太陽引力的束縛，飛向太陽系之外的宇宙空間。這個速度v=16. 7vkm/s。這個速度叫做第三宇宙速度。衛(wèi)星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。這些衛(wèi)星運行的快慢不同,探究：目前為止，人類發(fā)射的人造地球衛(wèi)星已經(jīng)有幾千顆了,那么衛(wèi)星運行的快慢與什么因素有關呢？學生可能的答案：質量、軌道半徑我們將不同軌道上的衛(wèi)星繞地球運動都看成是勻速圓周運動，則有5速度最大,周期最小。則GM=7 =7. 9km/sGM=1. 24Xl0

8、-3rad/s結論：線速度、角速度、周期都與衛(wèi)星的質量無關，僅由軌道半徑?jīng)Q定。r=R）,此時線速度最大，角當衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運行時，軌道半徑最小為地球半徑（即衛(wèi)星繞地球運行的最大速度為7. 9km/s。人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度（播放嫦娥一號發(fā)射的模擬視頻，讓學生了解衛(wèi)星發(fā)射的全過程，學生也將對發(fā)射速 度和運行速度有一個了解。）1 .發(fā)射速度發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無能量補充，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 .運行速度運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛(wèi)星“貼著”地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛(wèi)

9、星的軌道半徑大于地球半徑時，運行速度小于第一宇宙速度。（四） 夢想成真學生先閱讀，然后教師簡述補充。（借助于多媒體，一邊向學生展示，一邊介紹，注意情感態(tài)度與價值觀目標的實現(xiàn)。）其實早在六百多年前的明朝，一個名叫萬戶的人就曾有“飛天”的壯舉，但最終未能成功，并為之付出了生命。萬戶是世界上第一個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，因此他被世界公認為 “真正的航天始祖”，為了紀念這位世界航天始祖，世界科學家將月球上的一座環(huán)形火山命名為“萬戶山”。19世紀中葉，俄羅斯學者，齊奧爾科夫斯基，提出利用噴氣推進的多級火箭，運載發(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，人類第一次登上月球，美國。1970年，中國第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。2003年10月15日，中國第一次載人飛行。2007年，嫦娥一號成功發(fā)射。2008年9月25日，神七問天，是中國第三個載人航天飛船。突破和掌握出艙活動相關技術。2011年11月1日，神舟八號升空，神八”與此前發(fā)射的 天宮一號”目標飛行器進行了空 間交會對接。這標志著我國已經(jīng)成功突破了空間交會對接及組合體運行等一系列關鍵技術。讓學生具有振興中華的使命感與責任感播放一段世界和中國的航天史實。讓同學感想到：我們是祖國的未

11、來的希望，現(xiàn)在需要努力學習科學文化知識， 將來為祖國的航天事業(yè)做貢獻。要培養(yǎng)學生堅韌不撥、勇于探索、協(xié)力合作的科學精神以及嚴謹求實、謙虛謹慎、勇于質疑科學態(tài)度；也要培養(yǎng)學習者熱愛科學、 熱愛祖國的情感；努力學習、振興中華的責任感。這些策略在本案例中得到了體現(xiàn)。然而人類對宇宙的探索并不是一帆風順的，無數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設了人類通往宇宙的道路。1986年1月28日，美國，挑戰(zhàn)者號航天飛機升空后爆炸，七名宇航員遇難。2003年2月1日，美國，哥倫比亞號航天飛機返航時爆炸，七名宇航員遇難。（五）課堂小結盡管人類已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙之宏大，地球和月亮不過是茫茫宇宙中的兩粒塵

12、埃； 相對于宇宙之久長，人類歷史不過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深邃而廣闊。宇宙有沒有邊界？有沒有起始和終結？地外文明在哪里？這些都是留給大家待以解決的問題。（六）練習反饋，拓展延伸：例1設地球的質量不變，而地球半徑增加為原來的 2倍,那么從地球發(fā)射的第一宇宙速度的大小應為原來的 （） 2 i 一A. V2 倍 B. 3 倍 C?.倍 D.2 倍例2 關于宇宙速度，下列說法正確的是（）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)星在橢圓軌道上運行時的最大速度D.第三宇宙速度時發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小速度（七）小結 與作業(yè)布置作業(yè)1 .航天事業(yè)正改變著人類的生活，請你到網(wǎng)上查閱，近幾年的航天大事的資料，闡述你