3.4 《宇宙速度与航天》教案

《宇宙速度与航天》教学设计
教学目标：
通过宇宙速度和人造卫星等知识的学习，进一步形成物质观念和运动观念；
引导学生推导第一宇宙速度，培养学生建构物理模型的能力，培养学生的科学思维；
通过估算同步卫星的高度，培养学生处理信息、进行交流和反思的能力；
了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感，了解我国在探索太空中取得的成就，培养学生的民族自豪感。
教学重点：
第一宇宙速度；
同步卫星。
教学难点：
第一宇宙速度的理解
教学方法：
设置问题，引导学生自主学习，组织学生开展讨论交流。
课时安排：2课时
情境引入：
讲述嫦娥奔月的神话故事。
播放视频：“嫦娥”五号探月。
新课教学：
宇宙速度
提出问题：发射卫星至少需要多大的速度？卫星的轨道是怎样的？卫星的运行速度是由什么决定的？
若航天器环绕地球做匀速圆周运动。设地球质量为，航天器质量为、速度为、到地心的距离为。
问题：（1）由哪些力提供卫星做匀速圆周运动的的向心力？
卫星做匀速圆周运动的轨道平面的圆心在哪里？
根据牛顿第二定律：
解得：
总结：1、航天器环绕轨道半径越大，速度越小。
若，，得
374205537528500第一宇宙速度：航天器在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的速度，，也叫环绕速度。
【思考问题】你还能有其它方法计算第一宇宙速度吗？
，在地球表面附近：，得到：
第二宇宙速度：
4、第三宇宙速度：
【思考问题】（1）如果未来人类登上火星，那么在火星表面发射人造卫星的最小速度又是多少？
（2）你能总结出在宇宙中任意行星上发射卫星的最小速度吗？应该知道哪些量？
【讨论与交流】有人说：“围绕地球做匀速圆周运动的卫星，离地面的高度越大，其飞行线速度也越大，周期也越大。”这种说法对吗？为什么？
比较运行速度：由得，
比较周期：方法一：由开普勒第三定律：
方法二：由得，
人造卫星
【思考问题】（1）你知道人造卫星的用途有哪些吗？
（2）你对我国的北斗卫星导航系统了解多少？
例题：已知地球的质量，半径，自转周期，万有引力常量。
估算同步卫星离地面的高度。
简述为什么同步卫星轨道平面要与赤道平面重合。
【讨论与交流】（1）从例题的计算可知，所有同步卫星所处的高度是一样的。那么，赤道上空这一领域对于同步卫星的容量是多少？应制定怎样的同步卫星管理措施来维护太空中这一重要领域？
（2）资料表明，至少要发射三颗同步卫星分布在同一轨道上，才能实现全球通信。那么，“三”这个数量是如何估算出来的？
总结：卫星绕地球在圆形轨道上运行时，卫星受到的万有引力提供了卫星做匀速圆周运动的向心力。
遨游太空
阅读教材，思考下列问题
【思考问题】（1）人类为何要冒很大的风险实现太空遨游？
（2）太空探险有何积极意义？有消极的影响吗？
太空探险与人类生存有何关系？
我国在实现自己航天梦的过程中取得了怎样的成果？
2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星成功发射，随后北斗三号全球卫星导航系统正式开通。
2020年7月23日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射。
2020年11月24日，“嫦娥五号”发射成功。
课堂小结：
能够结合万有引力定律和匀速圆周运动的知识计算人造卫星的环绕速度，建构人造卫星发射和运行的空间模型。
课后作业：
第一课时：第1题
第二课时：第2题