必修2宇宙航行.doc

必修2“宇宙航行”教学设计课题宇宙航行课时1课时教学目标一、知识与技能1了解人造地球卫星的有关知识和航天发展史。2知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。3理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。二、过程与方法1在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。2通过对卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。三、情感态度与价值观1通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情。2通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。3感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。教学重点1第一宇宙速度的推导。2卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。教学难点卫星的发射速度与运行速度的关系。教学方法探究、讲授、讨论。教与学的互动设计教学内容及教师活动学生活动设计意图【温故知新】一、天体运动的速度、角速度、周期及加速度前面学习中，我们研究分析了大量天体运动实例，现在我们来对天体运动的线速度、角速度、周期及加速度进行总结归纳，方便记忆理解。【牢记】： 回忆后回答。由有利用公式有利用公式有，据有 。复习旧课，引入新课，起到温故知新的作用二、卫星的轨道平面ABCD【问题】：请大家看下面的几条卫星轨道，试判断哪几条是可能的，哪几条是不可能的。【解析】：ACD可能，B不可能。【牢记】：环绕天体做圆周运动的轨道平面的圆心必须是中心天体的球心。【自主学习、完成导学案、分组展示】三、宇宙速度现在我们已经知道了在不同的轨道上，卫星的运动情况是不一样的，与卫星自身质量无关，只与中心天体质量及轨道半径有关。但你们知道卫星是如何发射的吗？是如何进入指定轨道的吗？下面我们就来一起讨论这个问题。关于发射卫星的问题，牛顿在思考万有引力定律时就曾想过，从高山上水平抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远。如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。（如图。）从图上我们可以看出，物体水平抛出的方向就是地球这个球体的切线方向。现在我们一起来替牛顿算一算，需要多大的速度物体才能不落回地球，而是像卫星一样绕地球做匀速圆周运动。学生思考，教师巡视并在黑板上板书第一宇宙速度：7.9km/s第二宇宙速度（逃逸速度）：11.2km/s (第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍)第三宇宙速度：16.7km/s【牢记】：抛出速度v满足v=7.9km/s时，物体将在地表围绕地球做匀速圆周运动。抛出速度v满足7.9km/s<v<11.2km/s时，物体将围绕地球做椭圆轨道的运动。抛出速度v满足11.2km/sv<16.7km/s时，物体将脱离地球的引力，永远离开地球进而进入太阳引力范围，围绕太阳运动。抛出速度v满足16.7km/sv时，物体将脱离太阳引力，永远离开太阳系。思考并小组完成导学案：据物体做圆周运动的向心力由万有引力提供，可有得。式中M是地球质量、r是物体圆周运动的轨道半径，因为是在地球表面，所以r近似等于地球半径R。在忽略地球自转影响的情况下，近似认为万有引力等于向心力，就可以求解了，因为地球表面的重力加速度我们是知道的。当速度等于7.9km/s时，地球提供的重力正好等于物体以7.9km/s速度做匀速圆周运动所需的向心力,物体做匀速圆周运动；当物体速度小于7.9km/s时，地球提供的重力将大于物理做圆周运动所需的向心力，所以物体做向心运动，落向地面。利用幻灯片，向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。四、【课内探究】【问题】：比近地轨道外层轨道上的卫星的线速度与7.9km/s相比是大还是小呢？【解析】：根据知轨道半径越大，线速度越小，所以外层轨道卫星线速度比7.9km/s小。既然外层轨道卫星速度比7.9km/s小，那如果要将卫星发现到外层轨道，是不是需要的发射速度会小点？要搞清楚这个问题首先必须先弄清楚两个概念。发射速度：所谓发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度，进入运动轨道。运行速度（或环绕速度）：所谓运行速度，是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度知道这两个概念后，根据公式可以明确：卫星在地表的环绕速度是最大的，为7.9km/s，越外层的卫星环绕速度越小，所以第一宇宙速度又是最大的环绕速度。那将卫星发射到外层轨道需要的发射速度是如何的呢？请大家思考并回答下面的问题。【问题】：如右图，四颗均绕地球做匀速圆周运动，方向为逆时针方向。如果卫星3想追上卫星1，应该如何操作？学生多数会回答加速追赶或减速等待【解析】：不能直接加速或减速，如果加速，则卫星做离心运动，进入外层轨道，如果减速，则做向心运动，进入内层轨道。可以先加速后减速或先减速或后加速。【问题】：假设某卫星正在地面附近绕地球做匀速圆周运动，速度是7.9km/s。现要想该卫星进入外层轨道，如何操作？【解析】：在某点瞬间加速，卫星将作离心运动，进入外层轨道。【问题】：在牛顿抛物设想中，当抛出速度v满足7.9km/s<v<11.2km/s时，物体做什么运动？【解析】：物体将围绕地球做椭圆轨道的运动。从上面的分析，我们知道，要想将卫星发射到外层轨道，速度必须大于7.9km/s【牢记】：第一宇宙速度是最大的环绕速度，同时也是最小的发射速度。1234小组讨论完成导学展示五、同步卫星接着我们来认识一种非常重要的人造卫星：同步卫星。同步卫星又叫做通讯卫星。顾名思义，就是用于通讯的卫星。同步卫星的特点是与地球具有相同的角速度。那请同学们考虑考虑，同步卫星有哪些特点？学生思考并回答，教师总结。【牢记】：同步卫星一定在赤道平面。：同步卫星离地面的高度是确定的。又因为：三颗同步卫星基本可以覆盖全球。（配合越极卫星真正实现全球）六、【梦想成真、自我阅读】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。真正这人类迈向太空提供科学思想的，是生于19世纪中叶的俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基。他指出，利用喷气推进的多级火箭是实现太空飞行最有效的工具。1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星在苏联发射成功。卫星质量83.6kg，每96min绕地球飞行一圈。几年之后，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。火箭点火起飞，飞船绕地球飞行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降落在地面，铸就了人类进入太空的丰碑。1969年7月16日9时32分，阿波罗11号飞船在美国卡纳维拉尔点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月20日，指挥官阿姆斯特朗和驾驶员奥尔德林进入登月舱，与母舰分离后于下午4时17分在月面着陆。10时56分阿姆斯特朗小心翼翼地踏上月面，并说出了那句载入史册的名言：“对个人来说不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”人们祝贺说：“由于你们的成功，天空已成为人类世界的一部分。”七、课堂小结略板书设计 宇宙速度第一宇宙速度：7.9km/s第二宇宙速度（逃逸速度）：11.2km/s (第二宇宙速度是第一宇宙速度的倍)第三宇宙速度：16.7km/s第一宇宙速度是最大的环绕速度，同时也是最小的发射速度。同步卫星：同步卫星一定在赤道平面。：同步卫星离地面的高度是确定的。：三颗同步卫星基本可以覆盖全球。