宇宙航行
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《宇宙航行》教学设计
【教材分析】
《宇宙航行》系新课程人教版必修2第六章第5节，介绍了人造卫星中一些基本理论，重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度，并且在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。因此，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天体物理问题的理论基础。另外，教材还用一半的篇幅介绍了航天发展史和我国的航天成就，也将潜移默化地使学生产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。
【学情分析】
学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。学生对复杂表象的简单本质把握能力不足，即构建物理模型的能力不足。
【设计思想】
学生是教学活动的主体，按建构主义思想指导，在教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来主动建构知识和方法。同时注重学生人文精神的培养，使之对学生的学习产生积极影响。
【教学目标】
知识与技能：
1．了解人造卫星的有关知识和航天发展史。
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
3．理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
过程与方法：
1．培养学生在处理实际问题时，构建物理模型的能力。
2．通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，以及对卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。
情感、态度与价值观：
1．通过介绍我国在在航天领域发展成就，激发学生的爱国热情和学习物理的热情。
2．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。
【教学重点和难点】
教学重点：
1．第一宇宙速度的推导。
2．卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
教学难点：学生运用理论知识得出地球同步卫星运动学参数。
【教学方法】启发、探究、讲授、讨论。
【教学准备】多媒体设备及课件
【教学过程】
教学环节 及时间 教 师 活 动 学生活动 对学生学习过 程的观察和思 考及设计意图
引入新课 5分钟 视频介绍我国航空航天事业的最新进展情况，引入新课。 观看 思考 创设情景，激发求知欲
介绍2007年10月24日我国自主研制的月球探测器“嫦娥一号”发射升空，首先进入环绕地球轨道，然后加速，脱离地球轨道，进入地月转移轨道，接着近月制动，进入环绕月球轨道，对月球进行科学探测， 2009年3月1日成功撞月。同时播放相关动画视频。对学生提问进行筛选和分类，引导学生首先讨论：怎样才能开始我们的宇宙航行？为什么探测器能围绕地球旋转而不掉落 什么条件能使探测器挣脱地球的束缚 提前查找相关资料，思考，质疑并 积极讨论发言。再带着问题阅读课文。 激发学生学习兴趣，培养学生自主学习能力。
新课推进 35分钟 宇宙速度问题1、：抛出的石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？卫星、月球不落下须具备什么条件？演示：抛出粉笔头，一次比一次远。给学生以启发。过渡：牛顿的思考与设想：抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？ 展示牛顿根据自己的设想草拟了一幅极富创意的人造卫星原理图。 说明牛顿的设想由于受技术条件的限制，物体不可能达到这样的速度，但他的思想启发了后人，在太空探索中立了头功。 明确人造地球卫星（简称人造卫星）的概念。问题2: 探究：以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？问题3：卫星沿圆周轨道绕地球运行时，高轨道和低轨道的人造卫星线速度哪个更大？点拨1：v1=7.9km/s就是物体在地面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。点拨2：第一宇宙速度也叫最大环绕速度，因为卫星绕地做圆周运动的线速度与轨道半径的二次方根成反比。问题4：若此速度再增大会出现什么状况？点拨3：第二宇宙速度当抛出物体的速度继续增大，地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11．2km/s。我们把v=11．2km/s叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。点拨4：第三宇宙速度 物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。若抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16．7vkm/s。这个速度叫做第三宇宙速度。媒体应用：动画展示三个宇宙速度点拨5：人造卫星的发射速度与运行速度结合“嫦娥一号”发射过程讲解。问题5：（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？从能的角度，圆周运动的公式引导学生分析二者的不同。点拨：发射速度：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，要发射一颗人造地球卫星，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。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上方。问题6：同步卫星的高度、线速度、角速度、与什么因素有关呢？教师帮助学生建立模型，引出下一个内容。 观察，思考，讨论。 对问题2学生探讨分析：物体最终绕地球表面做匀速圆周运动，引力为其做圆周运动提供向心力。 代入数据得v=7．9km/s对问题3学生探讨分析：利用分析卫星做圆周运动的线速度与轨道半径的关系。对问题4学生探讨分析：若此速度再增大，物体不落回地面，也不再做匀速圆周运动，所需的向心力大于万有引力而做离心运动，轨道为椭圆。对问题5学生探讨分析：当卫星的轨道半径越大时，卫星绕地球旋转时的速度越小，卫星发射时越难，送入轨道需要消耗的能量越多，发射的速度必须越大，由此我们可以得出要将人造卫星送入轨道的发射速度必须大于多少？学生分析得出v≥7.9km/s。学生猜测，分析问题6：学生可能的答案：质量、轨道半径等。 诱导学生分析，学生思想的闪光点及时肯定与鼓励。 让学生明确线速度与轨道半径的关系，并能简单运用，为深入学习打基础。
卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，则有 可得： 结论：线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由轨道半径决定。请计算地球同步卫星离赤道海平面的高度h点拨6：地球同步卫星都在赤道正上方同一个圆周轨道上，有着相同的高度、线速度、角速度和周期。 理解 应用：由得：h= （T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。代入数值得h= 理论联系实际
梦想成真借助于多媒体，一边向学生展示，一边介绍航天发展史和中国航天发展近况，让同学感想到：我们是祖国的未来的希望，现在需要努力学习科学文化知识，将来为祖国的航天事业做贡献。要培养学生坚韧不拨、勇于探索、协力合作的科学精神以及严谨求实、谦虚谨慎、勇于质疑科学态度；也要培养学习者热爱科学、热爱祖国的情感；努力学习、振兴中华的责任感。 阅读教材 思考 交流 让学生了解历史和今天的成就，树立从事科研的目标
课堂小结5分钟 小结：1、人造地球卫星的动力学原因。2、宇宙速度。3、发射速度与运行速度。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？地外文明在哪里？这些都是留给大家待以解决的问题。作业：1．阅读教科书上P76的科学漫步“黑洞” 思考 交流 总结 进一步升华
2010年7月19日
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《宇宙航行》教学设计
【教材分析】
《宇宙航行》系新课程人教版必修2第六章第5节，介绍了人造卫星中一些基本理论，重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度，并且在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。因此，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天体物理问题的理论基础。另外，教材还用一半的篇幅介绍了航天发展史和我国的航天成就，也将潜移默化地使学生产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。
【学情分析】
学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。学生对复杂表象的简单本质把握能力不足，即构建物理模型的能力不足。
【设计思想】
学生是教学活动的主体，按建构主义思想指导，在教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来主动建构知识和方法。同时注重学生人文精神的培养，使之对学生的学习产生积极影响。
【教学目标】
知识与技能：
1．了解人造卫星的有关知识和航天发展史。
2．知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
3．理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
过程与方法：
1．培养学生在处理实际问题时，构建物理模型的能力。
2．通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，以及对卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。
情感、态度与价值观：
1．通过介绍我国在在航天领域发展成就，激发学生的爱国热情和学习物理的热情。
2．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。
【教学重点和难点】
教学重点：
1．第一宇宙速度的推导。
2．卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。
教学难点：学生运用理论知识得出地球同步卫星运动学参数。
【教学方法】启发、探究、讲授、讨论。
【教学准备】多媒体设备及课件
【教学过程】
教学环节 及时间 教 师 活 动 学生活动 对学生学习过 程的观察和思 考及设计意图
引入新课 5分钟 视频介绍我国航空航天事业的最新进展情况，引入新课。 观看 思考 创设情景，激发求知欲
介绍2007年10月24日我国自主研制的月球探测器“嫦娥一号”发射升空，首先进入环绕地球轨道，然后加速，脱离地球轨道，进入地月转移轨道，接着近月制动，进入环绕月球轨道，对月球进行科学探测， 2009年3月1日成功撞月。同时播放相关动画视频。对学生提问进行筛选和分类，引导学生首先讨论：怎样才能开始我们的宇宙航行？为什么探测器能围绕地球旋转而不掉落 什么条件能使探测器挣脱地球的束缚 提前查找相关资料，思考，质疑并 积极讨论发言。再带着问题阅读课文。 激发学生学习兴趣，培养学生自主学习能力。
新课推进 35分钟 宇宙速度问题1、：抛出的石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？卫星、月球不落下须具备什么条件？演示：抛出粉笔头，一次比一次远。给学生以启发。过渡：牛顿的思考与设想：抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？ 展示牛顿根据自己的设想草拟了一幅极富创意的人造卫星原理图。 说明牛顿的设想由于受技术条件的限制，物体不可能达到这样的速度，但他的思想启发了后人，在太空探索中立了头功。 明确人造地球卫星（简称人造卫星）的概念。问题2: 探究：以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？问题3：卫星沿圆周轨道绕地球运行时，高轨道和低轨道的人造卫星线速度哪个更大？点拨1：v1=7.9km/s就是物体在地面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。点拨2：第一宇宙速度也叫最大环绕速度，因为卫星绕地做圆周运动的线速度与轨道半径的二次方根成反比。问题4：若此速度再增大会出现什么状况？点拨3：第二宇宙速度当抛出物体的速度继续增大，地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11．2km/s。我们把v=11．2km/s叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。点拨4：第三宇宙速度 物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。若抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16．7vkm/s。这个速度叫做第三宇宙速度。媒体应用：动画展示三个宇宙速度点拨5：人造卫星的发射速度与运行速度结合“嫦娥一号”发射过程讲解。问题5：（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？从能的角度，圆周运动的公式引导学生分析二者的不同。点拨：发射速度：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，要发射一颗人造地球卫星，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。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上方。问题6：同步卫星的高度、线速度、角速度、与什么因素有关呢？教师帮助学生建立模型，引出下一个内容。 观察，思考，讨论。 对问题2学生探讨分析：物体最终绕地球表面做匀速圆周运动，引力为其做圆周运动提供向心力。 代入数据得v=7．9km/s对问题3学生探讨分析：利用分析卫星做圆周运动的线速度与轨道半径的关系。对问题4学生探讨分析：若此速度再增大，物体不落回地面，也不再做匀速圆周运动，所需的向心力大于万有引力而做离心运动，轨道为椭圆。对问题5学生探讨分析：当卫星的轨道半径越大时，卫星绕地球旋转时的速度越小，卫星发射时越难，送入轨道需要消耗的能量越多，发射的速度必须越大，由此我们可以得出要将人造卫星送入轨道的发射速度必须大于多少？学生分析得出v≥7.9km/s。学生猜测，分析问题6：学生可能的答案：质量、轨道半径等。 诱导学生分析，学生思想的闪光点及时肯定与鼓励。 让学生明确线速度与轨道半径的关系，并能简单运用，为深入学习打基础。
卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，则有 可得： 结论：线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由轨道半径决定。请计算地球同步卫星离赤道海平面的高度h点拨6：地球同步卫星都在赤道正上方同一个圆周轨道上，有着相同的高度、线速度、角速度和周期。 理解 应用：由得：h= （T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。代入数值得h= 理论联系实际
梦想成真借助于多媒体，一边向学生展示，一边介绍航天发展史和中国航天发展近况，让同学感想到：我们是祖国的未来的希望，现在需要努力学习科学文化知识，将来为祖国的航天事业做贡献。要培养学生坚韧不拨、勇于探索、协力合作的科学精神以及严谨求实、谦虚谨慎、勇于质疑科学态度；也要培养学习者热爱科学、热爱祖国的情感；努力学习、振兴中华的责任感。 阅读教材 思考 交流 让学生了解历史和今天的成就，树立从事科研的目标
课堂小结5分钟 小结：1、人造地球卫星的动力学原因。2、宇宙速度。3、发射速度与运行速度。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？地外文明在哪里？这些都是留给大家待以解决的问题。作业：1．阅读教科书上P76的科学漫步“黑洞” 思考 交流 总结 进一步升华
2010年7月19日
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