《5、宇宙航行》新課程高中物理優(yōu)質(zhì)課比賽教學(xué)設(shè)計(jì)

1、5、宇宙航行一、教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)與技能：(1)了解三個(gè)宇宙速度意義。(2)能夠推導(dǎo)第一宇宙速度。(3)簡單了解航空發(fā)展史。2過程與方法：(1)學(xué)習(xí)牛頓關(guān)于人造地球衛(wèi)星的設(shè)想的推理方法(2)學(xué)會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度的兩種方法3情感態(tài)度與價(jià)值觀：(1)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神。(2)激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)的熱情。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)1教學(xué)重點(diǎn)及其教學(xué)策略：重 點(diǎn)：了解宇宙速度及其物理意義教學(xué)策略：通過航天器的發(fā)射、升空、變軌的錄像引入宇宙速度概念的意義。2教學(xué)難點(diǎn)及其教學(xué)策略：難 點(diǎn)：第一宇宙速度的推導(dǎo)、關(guān)于第一宇宙速度是運(yùn)行的最大值與發(fā)射的最小值。教學(xué)策略：利用萬有引力定律去正確理解天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系三、設(shè)計(jì)

2、思路2003年10月15日9時(shí)整，神州5號(hào)載人飛船發(fā)射成功，將中國第一名航天員送上太空,它標(biāo)志著中國進(jìn)入了載人航天時(shí)代，為中華民族進(jìn)一步進(jìn)行太空資源的開發(fā)和利用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容本著激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，拓寬知識(shí)面的角度開展教學(xué)，讓學(xué)生了解航空航天發(fā)展及中國的航天事業(yè)的發(fā)展概況。四、教學(xué)資源1視頻剪輯：楊利偉太空生活自拍剪輯、神舟5號(hào)發(fā)射視頻剪輯。2多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實(shí)物投影、放像、課件播放等。五、教學(xué)設(shè)計(jì)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)目標(biāo)引入新課 1957年10月4日，蘇聯(lián)用三級(jí)火箭發(fā)射了世界上的第一顆人造地球衛(wèi)星“旅行者”1號(hào)，人類開始邁入航天時(shí)代。 問題：人類步入太空得益于物理學(xué)中的萬有引力

3、定律的貢獻(xiàn)？它不僅解決了天上行星的運(yùn)行問題，也為人們開辟了上天的理論之路。學(xué)生思考：萬有引力定律對(duì)天文學(xué)的貢獻(xiàn)。讓學(xué)生真正感受到什么是科學(xué)，什么是科技。使學(xué)生明白科技服務(wù)于生活的道理。2003年10月15日，“神舟”5號(hào)飛船載著中國第一位航天員楊利偉成功升空，標(biāo)志著我國進(jìn)入了載人航天時(shí)代。播放“神舟”5號(hào)發(fā)射升空的視頻剪輯錄像。問題：神舟5號(hào)飛船升空過程大致有幾個(gè)過程？問題：飛船怎樣才能進(jìn)入近地圓軌道？背景：牛頓提出一個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn)：從高山頂水平拋出一個(gè)鉛球，當(dāng)拋出速度足夠大時(shí)，鉛球?qū)h(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)，成為一個(gè)“小月亮”問題：牛頓思想的基礎(chǔ)是什么？一、第一宇宙速度人造衛(wèi)星就像一個(gè)小月亮，能在一定

4、的軌道上繞地球運(yùn)動(dòng)。為簡化起見，假設(shè)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。問題：“什么力”提供衛(wèi)星作勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力。假設(shè)衛(wèi)星地球和衛(wèi)星的質(zhì)量分別為m與m，衛(wèi)星的軌道半徑為r，（如圖所示）則衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)行速度是多少？問題：若地球質(zhì)量m約為61024kg，地球平均半徑為6400km，人造衛(wèi)星的半徑約為地球半徑即近地衛(wèi)星，則其運(yùn)動(dòng)速度是多少？（g=6.6710-11nm2/kg2）衛(wèi)星運(yùn)行速度代入數(shù)據(jù)：v=7.9km/s問題：近球衛(wèi)星所受的萬有引力即在地表所受的重力，則衛(wèi)星可以做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力也可理解為重力提供向心力。從這要方向試求近地衛(wèi)星的運(yùn)行速度。1、第一宇宙速度：物體在地面附近繞地球做勻速

5、圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫做第一宇宙速度，又叫環(huán)繞速度。問題：在“牛頓預(yù)言”中若水平拋出的物體速度（相當(dāng)于衛(wèi)星的發(fā)射速度）至少多大才能圍繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)呢？2、第一宇宙速度是發(fā)射速度中的最小值。發(fā)射速度小于該值則物體定會(huì)因“平拋”而“落地”。 問題：圍繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星軌道半徑r大的其運(yùn)行速度 （“大”或“小”）3、第一宇宙速度是圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度中的最大值。問題：如果航天器的發(fā)射速度大于7.9km/s將如何運(yùn)動(dòng)呢？理論研究指出，如果航天器的（近地）發(fā)射速度大于7.9km/s而小于11.2km/s，它的軌道不再是圓而是圍繞地球運(yùn)動(dòng)的一個(gè)橢圓。速度越大，橢圓軌道越“扁”（如圖所示）當(dāng)發(fā)射速度

6、達(dá)到11.2km/s時(shí)就能脫離地球的引力束縛，“離開”地球。二、第二宇宙速度：當(dāng)物體的速度等于或大于 11.2km/s，它就會(huì)離開地球，我們把11.2km/s叫做第二宇宙速度，又叫脫離速度。知識(shí)拓展：根據(jù)機(jī)械能守恒r為地球引力以外的某點(diǎn)到地球的距離，顯然r所以第二宇宙速度=11.2(km/s)三、第三宇宙速度：在地面附近發(fā)射一個(gè)物體，要使物體掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于16.7km/s，這個(gè)速度叫做第三宇宙速度。 知識(shí)拓展：太陽質(zhì)量為m0，太陽中心到地球中心的距離為r0，類似于第二宇宙速度計(jì)算可以有：42.2km/s 由于地球繞太陽公園的速度為29.8km/s 所

7、以相對(duì)地球只要:42.2-29.8=12.4(km/s)發(fā)射，但考慮到地球引力存在，必須克服地球引力做功，所以：而式中v2是第二宇宙速度，將此式代入上式，第三宇宙速度：v3=16.7km/s三、飛出地球閱讀教材“夢想成真”中國神舟飛天五大步 第一步 “神舟一號(hào)”無人飛船于年月日早晨，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由“長征二號(hào)”運(yùn)載（）火箭發(fā)射升空，第二天成功降落在內(nèi)蒙古中部。這次是試驗(yàn)性太空飛行。 第二步 “神舟二號(hào)”無人飛船于年月日升空，于月日成功降落。這次是按照載人飛船的要求進(jìn)行的飛行試驗(yàn)。 第三步 “神舟三號(hào)”無人飛船于年月日夜升空，環(huán)繞地球運(yùn)行圈后，月日順利降落。這次飛船上的應(yīng)急救生系統(tǒng)已基本齊備

8、。 第四步 “神舟四號(hào)”無人飛船于年月日升空，于年月日順利返回地面。這次飛船里有兩個(gè)穿宇航服的模擬（）人，是我國最后一艘無人試驗(yàn)的飛船。 第五步 在年年底前，“神舟五號(hào)”飛船將實(shí)現(xiàn)載人飛行。目前，首批宇航員的宇航服已制好，航天員可以在太空中吃到魚香肉絲等色香味都好的飯菜，喝上清爽的綠茶，可以在睡袋里舒服地睡覺，還可以塞上耳朵、戴上護(hù)目鏡在航天浴室里洗澡呢！學(xué)生觀看錄像，了解航天器發(fā)射升空的過程變化。學(xué)生根據(jù)錄像回答：發(fā)射進(jìn)入近地圓軌道、加速進(jìn)入橢圓軌道（變軌）、進(jìn)入大圓軌道。學(xué)生思考？學(xué)生了解“牛頓的預(yù)言”學(xué)生思考：在地面上拋出速度較小時(shí)作平拋運(yùn)動(dòng)，但隨著速度增大，平拋的水平位移增加，由于地球

9、是圓形（球體），所謂的“水平位移”實(shí)際上就變成了“弧長”，如果速度再增加，“弧長”將等于“周長”即物體圍繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)。學(xué)生回答：地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力。學(xué)生解答：衛(wèi)星運(yùn)行速度學(xué)生回答：=7.9km/s學(xué)生回答：v至少7.9km/s。學(xué)生回答：根據(jù)：r越大，則運(yùn)動(dòng)速度v越小。學(xué)生猜想學(xué)生了解：第二宇宙速度的意義學(xué)生了解第二宇宙速度學(xué)有余力的同學(xué)了解拓展內(nèi)容學(xué)生了解第三宇宙速度。學(xué)有余力的同學(xué)了解“知識(shí)拓展”。學(xué)生了解航空航天發(fā)展史。讓學(xué)生了解科學(xué)。培養(yǎng)學(xué)生觀察能力與分析能力。讓學(xué)生感受科學(xué)家的思想之偉大。學(xué)習(xí)他們的科學(xué)的思維方法。培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)分析問題的能力。讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)自己

10、所掌握的知識(shí)去解決問題，教師可適當(dāng)?shù)靥崾尽⒅笇?dǎo)即可。強(qiáng)調(diào)：第一宇宙速度是發(fā)射速度中的最小值。第二、三宇宙速度作定性的了解，知道其物理意義。激發(fā)學(xué)生潛能。增強(qiáng)學(xué)生民族自豪感。激發(fā)學(xué)生愛國主義熱情。引導(dǎo)學(xué)生閱讀課外材料“科學(xué)漫步”，課本第頁“黑洞”。知道黑洞的拉普拉斯模型的含義。閱讀課本第頁“”關(guān)于“航天事業(yè)改變著人類生活”了解科普知識(shí)，知道航空航天事業(yè)發(fā)展的重要意義。激發(fā)學(xué)生的求知欲，讓學(xué)生有一種探索科學(xué)奧秘的愿望。本課小結(jié)：1、 知道第一宇宙速度是多少？能夠自己推導(dǎo)第一宇宙速度。2、 知道第一宇宙速度是最小發(fā)射速度，是圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度3、 了解第二、三宇宙速度數(shù)值及意義。4、 知道

11、宇宙速度都是地表衛(wèi)星的發(fā)射速度。5、 了解世界航空航天發(fā)展史及中國航天事業(yè)發(fā)展概況，知道神舟載人飛船發(fā)射的重大意義。布置作業(yè)（1）請學(xué)生課后探討課本第78頁，“問題與練習(xí)”中的13題。 整理課堂筆記，進(jìn)一步回憶鞏固所學(xué)知識(shí)。學(xué)生完成課后作業(yè)加深理解。要求學(xué)生學(xué)會(huì)自我總結(jié)。板書設(shè)計(jì)一、 第一宇宙速度1、 第一宇宙速度，也叫環(huán)繞速度。v1=7.9km/s2、 第一宇宙速度是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度。3、 第一宇宙速度是圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度。二、 第二宇宙速度，也脫離速度。 v2=11.2km/s三、 第三宇宙速度，也逃逸速度。v3=16.7km/s四、 飛出地球、實(shí)現(xiàn)太空夢想 六 課后反思宇宙速度是中學(xué)物理中的重要概念之一，尤其是第一宇宙速度既要能夠要已知的知識(shí)推導(dǎo)其大小是多少，更要注意它是發(fā)射速度的最小值，是運(yùn)行速度的最大值。學(xué)生對(duì)這一概念的理解不夠深刻，這需要老師通巧妙的方法讓學(xué)生正確理解發(fā)射速度與運(yùn)行速度兩個(gè)概念的關(guān)系。對(duì)于第二宇宙速度、第三宇宙速度只要求了解其大小及意義，而拓展的第二、三宇宙速度大小的推理過程只要求學(xué)有余力的同學(xué)去了解。飛