宇宙航行教案

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1、5、宇宙航行一、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)简单了解航空发展史。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。二、教学重点、难点1．教学重点及其教学策略：重点：了解宇宙速度及其物理意义教学策略：通过航天器的发射、升空、变轨的录像引入宇宙速度概念的意义。2．教学难点及其教学策略：难点：第一宇宙速度的推导、关于第一宇宙速

2、度是运行的最大值与发射的最小值。教学策略：利用万有引力定律去正确理解天体运动的动力学关系三、设计思路2003年10月15日9时整，神州5号载人飞船发射成功，将中国第一名航天员送上太空,它标志着中国进入了载人航天时代，为中华民族进一步进行太空资源的开发和利用奠定了坚实的基础。本节内容本着激发学生学习兴趣，拓宽知识面的角度开展教学，让学生了解航空航天发展及中国的航天事业的发展概况。四、教学资源1．视频剪辑：杨利伟太空生活自拍剪辑、神舟5号发射视频剪辑。2．多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。五

3、、教学设计教师活动学生活动点评引入新课1957年10月4日，苏联用三级火箭发射了世界上的第一颗人造地球卫星——“旅行者”1号，人类开始迈入航天时代。问题：人类步入太空得益于物理学中的万有引力定律的贡献？它不仅解决了天上行星的运行问题，也为人们开辟了上天的理论之路。学生思考：万有引力定律对天文学的贡献。让学生真正感受到什么是科学，什么是科技。使学生明白科技服务于生活的道理。2003年10月15日，“神舟”5号飞船载着中国第一位航天员杨利伟成功升空，标志着我国进入了载人航天时代。播放“神舟”学生观看录像，了解

4、航天器发射升空的过程变化。让学生了解科学。5号发射升空的视频剪辑录像。问题：神舟5号飞船升空过程大致有几个过程？问题：飞船怎样才能进入近地圆轨道？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”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

5、，（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）学生根据录像回答：发射进入近地圆轨道、加速进入椭圆轨道（变轨）、进入大圆轨道。学生思考？学生了解“牛顿的预言”学生思考：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”

6、即物体围绕地球作圆周运动。学生回答：地球对卫星的万有引力。学生解答：卫星运行速度培养学生观察能力与分析能力。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。培养学生结合所学知识分析问题的能力。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。卫星运行速度代入数据：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

7、速度，叫做第一宇宙速度，又叫环绕速度。问题：在“牛顿预言”中若水平抛出的物体速度（相当于卫星的发射速度）至少多大才能围绕地球作圆周运动呢？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”。问题：围绕地球运行的卫星轨道半径r大的其运行速度（“大”或“小”）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

8、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。学生回答：=7.9km/s学生回答：v至少7.9km/s。学生回答：根据：r越大，则运动速度v越小。学生猜想……学生了解：第二宇宙速度的意义强调：第一宇宙速度是发射速度中的最小值。第二、三二、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