宇宙航行教學設計 一、【設計思路】 1. “宇宙航行”是人教版普通高中物理教材必修2第六章“萬有引力與航天”的第五節內容，介紹了萬有引力的實踐性成就，萬有引力理論使人類實現“飛天”夢想。本節課是一節知識應用與擴展的課程，所以設計時注意加大知識含量，引起學生興趣。同時注意方法的培養，讓學生養成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣，避免套公式的不良習慣。圍繞第一宇宙速度的討論，讓學生形成較正確的衛星運動圖景。 2.積極創設問題情境、啟發學生思維；利用電教媒體提供豐富的信息資源和交互平臺。 二、【教材分析】 本章知識與內容結構示意圖 從以上框圖不難看出本節內容是整章知識的綜合應用，也是本章中與實際聯系最為緊密的一節，所以本節內容是萬有引力與航天一章中的重要一節。 三、【教學目標】 根據本節教材特點確定本節教學目標如下： （一）知識與技能 運用萬有引力定律研究宇宙速度，認識萬有引力的發現對探索未知世界的作用 1、會計算并理解人造衛星的環繞速度 2、知道第二宇宙速度和第三宇宙速度 3、激發學生探索未知世界的興趣 （二）過程與方法 體會萬有引力定律的發現對科學技術的發展和人類社會的進步所產生的重要作用 1.了解人造地球衛星的最初夢想。 2.第一宇宙速度的推導過程。 3.會解決涉及人造地球衛星運動的較簡單的問題。 （三）情感態度與價值觀 展示我國航天事業所取得的成就，增強學生的民族自豪感和社會責任感 1.體會萬有引力定律在航天事業發展中的重要作用，產生探究的成就感； 2.感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感，激發學習興趣，認識到掌握物理規律的價值； 3.滲透“學以致用”的思想，激發學生的學習熱情。 四、【教學重點和難點】 重點：會計算并理解宇宙第一速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度 難點：創設問題情景，理解三個宇宙速度的物理意義 五、【學習起點能力分析】 在物理1的第3章中，學生已經知道力與運動的關系，能理解牛頓第二定律；在物理2的第4章中，學生初步研究了研究了圓周運動；本章中又學了萬有引力定律以及前面所學的能量的觀點等。這些都是學習本節課的基礎知識 高中學生大都會對航天常識有所了解，并形成了某些看法，其中有的可能是正確的，有的可能是不正確的。有的學生還可能對航天科學產生了濃厚的興趣。教學過程中，要充分考慮到學生這些已有的看法和興趣等特點 六、【教學方法和手段】 以啟發式教學、建構主義為指導思想，采用以問題為中心的課堂教學模式，結合多媒體輔助教學。 七、【教學設備】 多媒體教學輔助課件 八、【教學過程】 （一）引入新課 教師：浩瀚的宇宙、閃爍的星空，神秘而美麗的太空一直牽引著人類無限的遐想。 隨著科技的發展，人類終于擺脫了大地的束縛和引力的牽絆，實現了飛天的夢想。我國航天員也第一次把中國人的足跡印在飛船艙外的茫茫太空之中。 展示神舟飛船圖片及航天員翟志剛太空漫步圖片。 本節課我們就來學習人類是如何走出地球、飛向宇宙，進行宇宙航行的。今天就讓我們一起飛出地球去！（板書課題） 設計說明：由人類飛天之夢的歷史激發學生的求知欲和民族自豪感，從而引入課題。 教師：先來了解本節課的教學目標。（出示幻燈片）（生讀） （二）新課教學 教師：思考:物體怎樣才能成為繞地球轉動的人造衛星呢？大家來說說你們的想法 1.牛頓的設想 教師：提供生活經驗：我們知道，地球對周圍的物體有引力作用，因此拋出的物體要落回地面。在地面上將一個物體水平拋出，拋出時速度越大，落地點距拋出點的水平距離越大。（動畫模擬演示） 思考：地球是個球體，如果拋出速度很大時，我們還能將地面看作平面嗎？如果速度繼續一直增大，會出現什么情況呢？ 學生：思考并回答。 教師：將學生的回答與牛頓的設想作對比，作出肯定，使學生體驗思考的快樂。 （多媒體播放“牛頓關于人造衛星的設想”） 設計說明：創設問題情境，經歷探究人造衛星由設想變為現實的過程，體會猜想、外推的科學方法，感受科學家的思想之偉大，培養學生的科學思維。 2、三種宇宙速度 教師：從牛頓提出設想到第一顆人造衛星上天，歷時近三百年。這是因為發射衛星所需的速度太大了，當時人類科技的水平還產生不了這樣大的速度。 思考：以多大的速度將物體拋出，它就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛星？ 解法一：（學生1：板書）設地球和人造地球衛星的質量分別為和, 衛星到地心的距離是,衛星的環繞速度為： , 代入數據得：。 教師：在地球表面附近萬有引力的大小與重力的關系是什么? 學生：重力近似等于萬有引力 教師：你能根據這一關系，從另一角度求這個速度嗎？ 解法二：（學生2：板書） 代入數據得： 教師：這就是人造衛星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度，又叫環繞速度，它是發射一個物體、使其成為地球衛星的最小速度。若以第一宇宙速度發射一個物體，物體將在貼著地球表面的軌道上繞地球做勻速圓周運動。 討論與交流：如果衛星的發射速度大于，會出現什么情況呢？（鼓勵學生大膽猜想） （動畫演示宇宙速度課件，加深學生理解） 學生思考回答，教師進行總結說明。 設計說明：教師適當地提示、引導，讓學生動腦、動手，利用所學知識推導第一宇宙速度。同時，鍛煉學生利用所學知識分析和解決新問題能力，培養學生科學探索能力。 3、衛星的運行規律 （動畫演示衛星運行課件，建立正確圖景） 1、所有衛星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上 2、“高軌低速長周期” 教師：為簡單起見，如果我們將不同軌道上的衛星繞地球運動都看成是勻速圓周運動，請同學們利用已學的知識，探究衛星繞地球的運行速度、周期與軌道半徑的關系。 學生3：板演 得： 設計說明：通過對衛星運動規律的研究，幫助學生建立起關于各種人造地球衛星運行狀況的正確圖景，幫助學生養成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣。 4.課堂練習 例1 我國發射的第一顆探月衛星“嫦娥一號”的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質量約為地球質量的，月球的半徑約為地球半徑的，地球上的第一宇宙速度約為，求“嫦娥一號”探月衛星繞月球運行的速率？（約） （動畫模擬“嫦娥一號”探月衛星發射，讓學生了解衛星發射的全過程，為課堂練習提供問題情境。） 例2 如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造地球衛星，a、b質量相同，且小于c的質量，則（ BD ） A.b所需向心力最大 B.b、c周期相等，且大于a周期 C.b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度 D.b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度 設計說明：加強學生對知識的遷移與應用，加深學生對天體運動的動力學關系的正確理解，實現練習與課堂內容的高度統一。 5.夢想成真 教師：探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠的太空，是人類自古以來的夢想。讓學生閱讀材料“夢想成真”內容。 （以人類載人航天50周年紀念為切入點，通過圖片及視頻展示，了解人類探索太空的歷史。） 教師：盡管人類已經跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙之宏大，地球和月球不過是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對于宇宙之久長，人類歷史不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕。宇宙留給人們的思考和疑問深邃而廣闊。宇宙有沒有邊界？有沒有起始和終結？地外文明在哪里？這些都是留給大家將來去解決的問題。 設計說明：讓學生了解人類探索太空的過程，感知人類探索宇宙的夢想及成就。激發學生學習物理的熱情，促使學生樹立獻身科學的人生觀和價值觀。 （三）課堂小結 1. 三種宇宙速度： v1=7.9km/s（會推導）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s 2. 衛星繞地球做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供: （四）布置作業 1閱讀教材中的“科學漫步”和“STS”材料； 2上網查閱：人造衛星的種類、同步衛星的含義及特點。將學生分組，每個小組任選一個主題進行研究，并利用互聯網搜集查找相關資料，制作匯報PPT或海報，下節課進行交流共享。 專題學習網站： 中國載人航天工程網：； 中國探月網：/ 板書設計： 宇宙航行 一、牛頓的設想 二、宇宙速度 第一宇宙速度：第二宇宙速度： 第三宇宙速度： 三、衛星的運行規律 教學反思 這一節重點講述了人造衛星的發射原理，推導了第一宇宙速度,并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛星是萬有引力定律在天文學上應用的一個實例，