1、宇宙航行蚌埠十二中 孙梅芳【本节教材分析】“宇宙航行”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”一章教学中的重点内容之一，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。【三维教学目标】1、知识与技能：知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因；知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度；通过实例，了解人类对太空的探索历程。2、过程与方法：通过对“如何成功发射人
2、造卫星”和“宇宙速度”等问题的讨论培养学生科学探索能力。渗透物理方法教育，培养学生在处理实际问题时，如何忽略次要因素，抓住主要因素，抽象出物理模型的能力。培养学生归纳、分析和推导能力。3、情感态度与价值观：介绍我国航天事业的发展现状，激发学生的求知欲和民族自豪感，培养爱国热情。【教学重点】（1）第一宇宙速度的推导，了解第二、第三宇宙速度。 （2）运行速率与轨道半径之间的关系。 【教学难点】人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别。【教学准备】互联网络、校园网络、电脑终端、多媒体课件、录像、自制实验器材等。【教学设计思路】教 学 过 程 设 计教学程序师生互动过程 设计意图课前准备阶段教师：提
3、前两天下发“学生学习支持材料” （见附录）。1、布置学习任务(1)、通过网络查阅有关“牛顿对发射人造卫星的理论设想 ”。（2） 、通过网络查阅有关“人类航空事业的发展史” 。（3）通过网络查阅有关“神州五号、六号载人飞船”的发射和运行情况，以及我国的探月计划资料。2、下发快捷网址（可供学生自主学习的参考网址） 。学生：1、学生明确学习任务2、学生以小组为单位，借助老师下发的快捷网址，通过网络查阅资料，收集信息，自主学习。1、让学生进入积极主动的课前准备阶段， 期望学生自主学习过程得到体验。2、布置学生学习任务，可让学生在有限的时间内更加有效学习。课堂教学阶段（引入新课）教师：图片展示：1、 神
4、州六号飞船发射返回全程图。2、嫦娥一号”的发射示意图。（引导）我国具有世界上最先进的航天技术。 神州五号、六号载人航天的成功，以及嫦娥一号的成功发射都离不开万有引力定律。 （ 提出问题 ）现在我们头顶上有很多人造卫星，卫星如何上天？如何到达指定的高度或位置？上去后会掉下来吗(引导)本节课我们利用万有引力定律和圆周运动的知识对宇宙航行作一个初步的了解与研究。学生：浏览图片、聆听，并积极思考。创设教学情景，激发学生强烈的求知欲望。课堂教学阶段（新课教学一）一、人造卫星的发射师生共同探讨：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
5、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。（动画展示牛顿的设想过程）3、教师演示：自制小火箭引导： 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。1、学生共同参与，合作意识养成。2、锻炼学生的语言表达能力和抽象概括能力。课堂教学阶段（新课教学二）二、宇宙速度师生共同探讨： 地球近似看成圆，则人造卫星环绕地球旋转时做的是什么运动？ 人造卫星做匀速圆周运动的向心力由谁提供？学生推导公式：根据万有引力和圆周运动规律，引导学生分析、研究，并自己独立求出卫星绕地球表面运转的速度，即第一宇宙速度。
6、假设地球质量 M，卫星质量为 m，卫星到地心的距离为 r，卫星运转的速度为 v。方法 1：靠近地面时，r 的值近似等于地球半径。rR（地球半径）=6.3710 6m G=6.6710-11N.m2/kg2M 地 =5.891024kg skmsRGrv /9.7/10378956241 地方法 2：靠近地面时，r 的值近似等于 R 地 。mmg由 2RGM=v2mg= Rv2v1= g将数据代入求解 v= skms/9.7/04.68.933v1=7.9km/s 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。公式分析: rmGM22rGMv(学生自主推导)不同的人造
7、地球卫星，G、M 是恒量，r 是变量。人造卫星离地面越高，卫星环绕地球的运动线速度越小。教师提出问题：将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？所需要的发射速度，哪一个更大？ 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？要将人造卫星送入太空运行速度至少大于多少？学生分析讨论：将卫星送入低轨道比送入高轨道更容易，所需要的发射速度小。、 可培养学生的逻辑思维能力。、 可培养学生的数学运算能力和分析数据能力。3、可培养学生的共同参与意识和探索精神。4、将学生引向更深入的问题讨论，培养学生的求实精神和发射速度和卫星绕地旋转的速度不是同一速度。发射速度大说明
8、卫星可能进入高轨道。卫星运转速度大却可能在低轨道运行。要将人造卫星送入太空运行速度至少为：v7.9km/s教师引导学生阅读教材：发射速度越大，人造卫星就进入更高的轨道，当速度大到某一值时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运动我们把这个速度叫第二宇宙速度，它的大小为 v2=11.2km/s。同时分析飞到太阳系以外的宇宙空间，速度必须等于或大小16.7km/s，这个速度叫第三宇宙速度。（动画演示三个宇宙速度）分析问题的思维方法。5、可培养学生的阅读能力。课堂教学阶段（新课教学三）三、梦想成真学生汇报通过网络查阅的“航天发展史”：1、1957 年 10 月 4 日世界上第一颗人造卫星在苏联发射成功
9、。2、1961 年 4 月 12 日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。飞船绕地球飞行一圈，历时 108 分，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。3、1969 年 7 月 16 时 32 分，阿波罗 11 号飞船在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7 月 20 日 10时 56 分，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出那句载入史册的名言：“对个人来说，这不过十小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”4、1992 年中国载人航天工程正式启动。2003 年 10 月 15 日 9 时，我国神州五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利
10、伟送入太空。飞船绕地球飞行 14 圈后，于 10 月 16 日 6 时23 分安全降落在内蒙古主着陆场。5、2005 年 10 月 12 日17 日，神舟六号载人飞船经过 115 小时32 分的太空飞行，在完成我们真正意义上有人参与的空间科学实验后返航顺利着陆，航天员费俊龙、聂海胜安全返回。6、我国探月计划2004 年2007 年 为“绕” 的阶段，主要目标是发射“ 嫦娥一号 ”探测卫星，对月球进行为期 1 年的全球性、整体性和综合性探测。2007 年2012 年 为“落” 的阶段，主要目标是实现月球表面软着陆与月球巡视探测。2012 年2017 年 为“回” 的阶段，主要目标是实现月球表面软
11、着陆并采样返回。 只有完成了这三个阶段后，中国才有可能考虑和实施载人登月。1、培养学生借助网络自主探究问题的能力。2、培养学生的语言表达能力概括能力。3、激发学生的求知欲和民族自豪感，培养爱国热情。课堂教学阶段总结概括学生自行总结，教师加以适当引 导和补充。（对学生的学习过程加以肯定和鼓励。 ）1、了解了有关人造卫星的发射知识。2、宇宙速度第一宇宙速度：V 1=7.9km/s，卫星刚好能在地表附近作圆周动（1、近地卫星的环绕速度；2、卫星的最小发射速度；3、圆轨道的最大环绕速度）第二宇宙速度： V2=11.2km/s,卫星挣脱地球引力束缚第三宇宙速度： V3=16.7km/s,卫星挣脱太阳引力
12、束缚3、梦想成真：了解了人类的航天发展史。、培养学生知识整合能力全面概括能力。、培养学生的语言表达能力。附录： 学生学习支持材料1、学习任务(1)、通过网络查阅有关“牛顿对发射人造卫星的理论设想 ”。（2） 、通过网络查阅有关“人类航空事业的发展史” 。（3）通过网络查阅有关“神州五号、六号载人飞船”的发射和运行情况，以及我国的探月计划资料。2、可供学生自主学习的参考网址：课堂教学阶段巩固反馈知识迁移利用教师网站出示练习题，学生 认真读题， 积极思考讨论，尝试解决实际问题。1、培养学生应用所学知识解决实际问题能力。2、培养学生的逻辑思维能力。课堂教学阶段布置作业布置作业1、问题与练习：1、32、活动与探究：请你收集有关资料，写一篇科学报告，参考题材如下（也可自己另选题材）。（1）我国的航天发展史（2）世界航天事业的新进展（3）宇航员的生活1、巩固所学知识。2、培养学生对资料的收集、整理和表达能力。3、激发学生对航天事业的热情和关注。
