《宇宙航行》教学设计与反思
一、教材分析
《宇宙航行》系新课程人教版必修2第七章第五节，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。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。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法.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，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱,增强民 二、教学目标透风窗
（一） 知识与技能
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．通过实例，了解人类对太空的探索历程。
（二) 过程与方法
1。能通过航天事业的发展史说明物理学的发展对于自然科学的促进作用.
2.通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。
（三）情感态度与价值观
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。
三、教学重点
第一宇宙速度的推导,了解第二、第三宇宙速度.
四、教学难点
运行速率与航天半径之间的关系.
五、设计理念
学科教学活动以学生为主体，促进学生知识、能力、品德三维一体的全面发展，这是本课件设计的基本理念。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.
本节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。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。
本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此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掌握获取相关的知识和方法。
六、课时安排：一节课
七、教 具:多媒体课件(flash 8制作）、投影仪、计算机
八、教学过程
(一)引入新课
1．利用多媒体播放视频：（1)人造卫星发射，（2）人造卫星在圆形轨道上的运行。
2．演示月亮绕地球转动。
（利用幻灯片,向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。）
提出问题:1.抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？
2.卫星、月亮没有落下来必须具备什么条件?
让学生带着问题去阅读课文“宇宙速度”部分。
（二）推进新课
零时刻（1）人造地球卫星
1．抛物演示实验：学生观察落地点的变化，落地点为什么会变化？
2．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？
△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。
△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.
△动画展示牛顿的设想过程。
引出人造地球卫星（简称人造卫星）的概念.
（2)宇宙速度
1、问题的提出：（a)平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如何变化？
（b）速度到达一定值后，物体能否落回地面？
(c）若不能，此速度必须满足什么条件？
（d)若此速度在增大，又会出现什么现象？
（e）此跑出的物体速度增大到何种程度才能绕地球做圆周运动?
问题 → 猜测 → 如何验证
利用这样的教学设计，培养学生实验与理论的结合，对物理现象进行大胆科学猜测的能力。
得出结论：
（a）平抛物体的速度逐渐增大,物体的落地点逐渐增大。
（b）速度到达一定值后，物体将不再落回地面。
（c）物体不落回地面而环绕地球做圆周运动，所受地球的引力恰好用来提供向心力，满足 由此解出
（d）若此速度在增大,物体不落回地面，也不再做匀速圆周运动，万有引力不能提供所
需要的向心力，从而做离心运动，轨道为椭圆轨道。
兑换券制作(e）根据万有引力与向心力公式得 减感油墨
由此解出 代入数据得v=7．9km/s
这就是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度,叫做第一宇宙速度.
所有这些结论都是由学生在探究中得到，学生的自信心得到极大的满足,更主要使他们从被动接受变为主动索取，使学生乐学，好学.
学生思考：
（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.
引导：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，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。
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.
动画展示三个宇宙速度
（加深学生对三个宇宙速度的理解）
(3）卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系.
探究:目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了,这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的快慢与什么因素有关呢?
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。
当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径(r=R），此时线速度最大,角速度最大，周期最小。则
=7．9km/s
=1．24×10—3rad/s
=84min
即卫星绕地球运行的最大速度为7．9km/s。
（培养学生运用知识解决问题的能力。)ei矽钢片
(4）人造卫星的发射速度与运行速度
（播放嫦娥一号发射的模拟视频，让学生了解卫星发射的全过程，学生也将对发射速度和运行速度有一个了解.)
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。
3.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距地面高h处,并且h是一定的.同步卫星也叫通讯卫星。h =3.6×10—7moled tft
（5）梦想成真
学生先阅读，然后教师简述补充。（借助于多媒体，一边向学生展示，一边介绍,注意情感态度与价值观目标的实现.)
本节课的最后,播放了一段美国登月的视频，让学生发现一些奇妙的物理现象，引导学生发现月球的背景是什么颜，宇航员行走的模样等等，预计不久的将来，哪个国家也将登上月球，同学们高呼“中国”，那么我们现在能做些什么呢，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。这些策略在本案例中得到了体现.
(三）课堂小结
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。
（四）作业布置
1．阅读教科书上P76的科学漫步“黑洞”
2．查阅资料：(1) 人造卫星的种类（2） 同步卫星的特点
九、教学反思
这节课始终以学生为主体精心设计学习活动.没有让学生机械的记忆,而且给学生主动探索、
自主学习的空间，通过学生的思考、动手、观察、讨论，激发学生的学习热情,使学生由被动接受知识转化为主动的获取知识，让学生真正学会如何学习,使学生的创新潜能得到最大发挥。不足之处在与没有注意到学生的学习状况参差不齐，对学生整体上的把握还不是很好，没有充分发挥每一个人的学习积极性。第一宇宙速度的推导上应该让学生有更多的探讨，这节课需要了解更多的课外知识，与我国的国情和现实相联系，畅想以后的太空生活.
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