宇宙航行教案.doc

《宇宙航行》教学设计
一、教学目标
（一）知识和能力目标
1．了解人造地球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和数值，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。
（二）过程与方法目标
1．在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。
2．通过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。
（三）情感态度与价值观目标
1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情。
2．通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。
3．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。
二、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。
3.研究天体运动的基本思路与方法。
三、教学难点
1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
四、教学方式 演示、讲授、合作交流等。
五、教学手段 多媒体设备、物理课件等。
六、课时安排 1课时
七、教学过程
（一）引入新课
教师：（ppt 关于嫦娥奔月，万户，阿波罗登月视屏 ）
有一个传说凄惨而美丽，有一个假设大胆但无知，有一种追求几代人一直在继续……
学生：欣赏图片和视屏。
教师：仰望星空，浩瀚的宇宙苍穹给人以无限遐想，千百年来，人类一直向往能插上翅膀飞出地球，去探索宇宙的奥秘，李白的“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽明月”是怎样的一种豪情？到今天这一梦想终于实现了。本节课我们就来学习人类是如何走出地球、飞向宇宙，进行宇宙航行的。
设计说明：由人类飞天之梦的历史激发学生的求知欲和民族自豪感，从而引入课题。
（二）新课教学
1.牛顿的设想
教师：提供生活经验：我们知道，地球对周围的物体有引力作用，因此抛出的物体要落回地面。在地面上将一个物体水平抛出，抛出时速度越大，落地点距抛出点的水平距离越大。（老师演示）
思考一：地球是个球体，如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？如果速度继续一直增大，会出现什么情况呢？
学生：思考并回答。
教师：将学生的回答与牛顿的设想作对比，作出肯定，使学生体验思考的快乐。
（多媒体播放“牛顿关于人造卫星的设想”）
设计说明：创设问题情境，经历探究人造卫星由设想变为现实的过程，体会猜想、外推的科学方法，感受科学家的思想之伟大，培养学生的科学思维。
2、三种宇宙速度
（1）第一宇宙速度
教师：从牛顿提出设想到第一颗人造卫星上天，历时近三百年。这是因为发射卫星所需的速度太大了，当时人类科技的水平还产生不了这样大的速度。
思考二：以多大的速度将物体抛出，它就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星？
解法一：（学生1：板书）设地球和人造地球卫星的质量分别为和, 卫星到地心的距离是,卫星的环绕速度为：
,,
代入数据得：。
教师：在地面表面附近万有引力的大小与重力的关系是什么?
学生：重力近似等于万有引力
教师：你能根据这一关系，从另一角度求这个速度吗？
解法二：（学生2：板书）

代入数据得：
教师：这就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度，又叫环绕速度，它是发射一个物体、使其成为地球卫星的最小速度。若以第一宇宙速度发射一个物体，物体将在贴着地球表面的轨道上绕地球做匀速圆周运动。
意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。
讨论与交流：如果卫星的发射速度大于，会出现什么情况呢？（鼓励学生大胆猜想）
（2）第二宇宙速度：大小。

（动画演示宇宙速度课件，加深学生理解。）
学生思考回答，教师进行总结说明。
设计说明：教师适当地提示、引导，让学生动脑、动手，利用所学知识推导第一宇宙速度。同时，锻炼学生利用所学知识分析和解决新问题能力，培养学生科学探索能力。
意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）第三宇宙速度：大小。
意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
3、人造卫星的发射速度与运行速度
（1）发射速度：
发射速度是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。
（2）运行速度：
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。
4、卫星的运行规律

（动画演示卫星运行课件，建立正确图景）
1、所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上
2、“高轨低速长周期”
教师：为简单起见，如果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，请同学们利用已学的知识，探究卫星绕地球的运行速度、周期与轨道半径的关系。
学生3：板演

得：   

设计说明：通过对卫星运动规律的研究，帮助学生建立起关于各种人造地球卫星运行状况的正确图景，帮助学生养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯。

5.梦想成真
教师：探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想。让学生阅读材料“梦想成真”内容。
（以人类载人航天50周年纪念为切入点，通过图片及视频展示，了解人类探索太空的历史。）
教师：尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月球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？……这些都是留给大家将来去解决的问题。
设计说明：让学生了解人类探索太空的过程，感知人类探索宇宙的梦想及成就。激发学生学习物理的热情，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

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