《宇宙航行》教学设计

《宇宙航行》教学设计一、【设计思路】1.“宇宙航行”是人教版普通高中《物理》教材·必修2—第六章“万有引力与航天”的第五节内容，介绍了万有引力的实践性成就，万有引力理论使人类实现“飞天”梦想。本节课是一节知识应用与扩展的课程，所以设计时注意加大知识含量，引起学生兴趣。同时注意方法的培养，让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，避免套公式的不良习惯。围绕第一宇宙速度的讨论，让学生形成较正确的卫星运动图景。2.积极创设问题情境、启发学生思维；利用电教媒体提供丰富的信息资源和交互平台。二、【教材分析】本章知识与内容结构示意图从以上框图不难看出本节内容是整章知识的综合应用，也是本章中与实际联系最为紧密的一节，所以本节内容是《万有引力与航天》一章中的重要一节。三、【教学目标】根据本节教材特点确定本节教学目标如下：（一）知识与技能运用万有引力定律研究宇宙速度，认识万有引力的发现对探索未知世界的作用1、会计算并理解人造卫星的环绕速度2、知道第二宇宙速度和第三宇宙速度3、激发学生探索未知世界的兴趣（二）过程与方法体会万有引力定律的发现对科学技术的发展和人类社会的进步所产生的重要作用1.了解人造地球卫星的最初梦想。2.第一宇宙速度的推导过程。3.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。（三）情感态度与价值观展示我国航天事业所取得的成就，增强学生的民族自豪感和社会责任感1.体会万有引力定律在航天事业发展中的重要作用，产生探究的成就感；2.感受人类对客观世界不断探究的精神和情感，激发学习兴趣，认识到掌握物理规律的价值；3.渗透“学以致用”的思想，激发学生的学习热情。四、【教学重点和难点】●重点：会计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●难点：创设问题情景，理解三个宇宙速度的物理意义五、【学习起点能力分析】●在物理1的第3章中，学生已经知道力与运动的关系，能理解牛顿第二定律；在物理2的第4章中，学生初步研究了研究了圆周运动；本章中又学了万有引力定律以及前面所学的能量的观点等。这些都是学习本节课的基础知识●高中学生大都会对航天常识有所了解，并形成了某些看法，其中有的可能是正确的，有的可能是不正确的。有的学生还可能对航天科学产生了浓厚的兴趣。教学过程中，要充分考虑到学生这些已有的看法和兴趣等特点六、【教学方法和手段】以启发式教学、建构主义为指导思想，采用以问题为中心的课堂教学模式，结合多媒体辅助教学。七、【教学设备】多媒体教学辅助课件八、【教学过程】（一）引入新课教师：浩瀚的宇宙、闪烁的星空，神秘而美丽的太空一直牵引着人类无限的遐想。随着科技的发展，人类终于摆脱了大地的束缚和引力的牵绊，实现了飞天的梦想。我国航天员也第一次把中国人的足迹印在飞船舱外的茫茫太空之中。展示神舟飞船图片及航天员翟志刚太空漫步图片。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。今天就让我们一起飞出地球去！（板书课题）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。教师：先来了解本节课的教学目标。（出示幻灯片）（生读）（二）新课教学教师：思考:物体怎样才能成为绕地球转动的人造卫星呢？大家来说说你们的想法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。（动画模拟演示）思考：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：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：在地球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。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）（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。3、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。4.课堂练习[例1]我国发射的第一颗探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？（约）（动画模拟“嫦娥一号”探月卫星发射，让学生了解卫星发射的全过程，为课堂练习提供问题情境。）[例2]如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（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的线速度大小相等，且小于a的线速度设计说明：加强学生对知识的迁移与应用，加深学生对天体运动的动力学关系的正确理解，实现练习与课堂内容的高度统一。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。（三）课堂小结1.三种宇宙速度：v1=7.9km/s．（会推导）；v2=11.2km/s；v3=16.7km/s2.卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供:（四）布置作业1．阅读教材中的“科学漫步”和“STS”材料；2．上网查阅：人造卫星的种类、同步卫星的含义及特点。将学生分组，每个小组任选一个主题进行研究，并利用互联网搜集查找相关资料，制作汇报PPT或海报，下节课进行交流共享。专题学习网站：中国载人航天工程网：；中国探月网：板书设计：宇宙航行一、牛顿的设想二、宇宙速度第一宇宙速度：第二宇宙速度：第三宇宙速度：三、卫星的运行规律教学反思这一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，培养学生对科学的兴趣。--------------------------------------------------------------------------------