高中物理宇宙航行公开课教案

1科目：物理班级：高一10授课教师：第七周5节4月16日【课题】宇宙航行【教学内容分析】在万有引力的学习基础下，逐渐揭开的宇宙中天体运动的秘密，星体的运动依靠万有引力提供圆周运动的向心力。卫星的发射与环绕都与此有关，本节就是对此进行分析。【教学对象分析】学生圆周运动的掌握不是太牢固，对于万有引力的公式应用还不是太熟练。【教学目标】1．知识与技能：(1)了解三个宇宙速度意义。(2)能够推导第一宇宙速度。(3)人造卫星的运动规律。2．过程与方法：(1)学习牛顿关于人造地球卫星的设想的推理方法(2)学会推导第一宇宙速度的两种方法3．情感态度与价值观：(1)培养学生的科学探索精神。(2)激发学生热爱科学的热情。【教学重点】第一宇宙速度的推导、卫星运动规律。【学生学习难度预测】对第一宇宙的推导，对于发射速度和环绕速度易搞混淆。【教学策略设计(教学模式)】讲练结合、视频展示【教学用具】教学平台【教学过程设计】教学环节和教学内容教师活动学生活动设计意图引入新课：播放“神舟”10号发射升空的视频剪辑录像。媒体报导：12年朝鲜发射了“光明星3号”卫星，但发射失败，你能分析一下造成发射失败的可能原因吗？背景：牛顿提出一个著名的思想实验：从高山顶水平抛出一个铅球，当抛出速度足够大时，铅球将环绕地球运动，成为一个“小月亮”播放视频引导学生理解牛顿猜想学生思考：可能是发射速度太小，也可能是……学生了解“牛顿的预言”学生思考：让学生真正感受科学2问题：牛顿思想的基础是什么？一．第一宇宙速度人造卫星就像一个小月亮，能在一定的轨道上绕地球运动。为简化起见，假设卫星绕地球做匀速圆周运动。问题：“什么力”提供卫星作匀速圆周运动所需的向心力。假设卫星地球和卫星的质量分别为M与m，卫星的轨道半径为r，（如图所示）则卫星在轨道上的运行速度是多少？问题：若地球质量M约为6×1024kg，地球平均半径为6400km，人造卫星的半径约为地球半径即近地卫星，则其运动速度是多少？（G=6.67×10-11N·m2/kg2）22MmvGmrr卫星运行速度GMvr代入数据：v=7.9km/s问题：近球卫星所受的万有引力即在地表所受的重力，则卫星可以做圆周运动的向心力也可理解为重力提供向心力。从这要方向试求近地卫星的运行速度。1．第一宇宙速度：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做求解第一宇宙速度大小，并提出证明方法在地面上抛出速度较小时作平抛运动，但随着速度增大，平抛的水平位移增加，由于地球是圆形（球体），所谓的“水平位移”实际上就变成了“弧长”，如果速度再增加，“弧长”将等于“周长”即物体围绕地球作圆周运动。学生解答：22MmvGmrr卫星运行速度GMvr学生回答：2vmgmrvgr=7.9km/s学生思考：速度只有达到7.9km/s才能成为卫星让学生感受科学家的思想之伟大。学习他们的科学的思维方法。让学生学会学习，能够根据自己所掌握的知识去解决问题，教师可适当地提示、指导即可。强调：第一宇宙速度是发射速度中的最小值。第二、三宇3第一宇宙速度，又叫环绕速度。2．第一宇宙速度是发射速度中的最小值。发射速度小于该值则物体定会因“平抛”而“落地”。3．第一宇宙速度是围绕地球做圆周运动卫星的运动速度中的最大值。问题：如果航天器的发射速度大于7.9km/s将如何运动呢？理论研究指出，如果航天器的（近地）发射速度大于7.9km/s而小于11.2km/s，它的轨道不再是圆而是围绕地球运动的一个椭圆。速度越大，椭圆轨道越“扁”（如图所示）当发射速度达到11.2km/s时就能脱离地球的引力束缚，“离开”地球。二．第二宇宙速度：当物体的速度等于或大于11.2km/s，它就会离开地球，我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度，又叫脱离速度。三．第三宇宙速度：在地面附近发射一个物体，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫做第三宇宙速度。四．人造卫星运行规律1、第一宇宙速度是最大的环绕速度，卫星离地心越远，它的运行速度就越小。2、第一宇宙速度是发射的最小速度，是环绕的最大速度。r增大时，v、ω减小T增大强调其是发射的最小速度讲解第二宇宙速度讲解第三宇宙速度引导学生建立向心力和万有引力之间的关系学生了解：第二宇宙速度的意义学生了解第二宇宙速度让学生推导r与v、ω的关系学生求解学生回答：有哪些轨道卫星宙速度作定性的了解，知道其物理意义。让学生能够区分发射速度和环绕速度公式的灵活应用对卫星有个全面的了解22MmvGmrr4例题1、发射一颗绕地球做圆周运动的人造卫星,如果它的轨道半径是地球半径的4倍,它的轨道速度多少？已知第一宇宙速度7.9km/s.五、人造地球卫星的运行轨道所有卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。存在三类人造地球卫星轨道：赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。提问给学生一些轨道猜测【教学反思】本节课能始终以学生为主体精心设计学习活动，充分利用网络资源创设教学情境，调动学生的学习兴趣，及时把握时机，提问启发诱导点拨，激励学生积极参与，大胆猜想，合作交流，探索研究，经历体验了牛顿研究人造卫星发射原理的“再发现”过程，引导学生自主推导了第一宇宙速度，并了解三种宇宙速度的含义。关于卫星的运动规律也大胆的教给学生探讨，在教师的层层设问中，学生自己分析体会人造卫星的运行特点。