《飞出地球去》教学设计中学教育教学研究中学教育初中教育.pdf

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1、学习必备 欢迎下载 物理：飞出地球去教学设计 一、设计基本理念与特点 学科教学活动要以学生为主体，促进学生知识、技能、品德三维一体的全面发展。在本节课之前，学生已掌握了平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。教材中把理解人造卫星的发射原理作为重点与难点，但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析问题解决问题的能力，而且近几年的高考也将人造卫星的运动特点分析作为重点。所以在本届课的教学设计中，笔者大胆的改变传统的教材思路，先分析人造卫星的运行特点，再解释人造卫星的发射原理。因此课堂中对人造卫星的运动规律的认识主要采取：分析现象发现规律思考原理解释问题的思路，对于

2、人造卫星的发射原理主要采取：设疑思考启发引导这样一条主线，在设计中突出发挥学生的主体作用，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。二、教学背景分析 （1）教材分析 飞出地球去是沪科班必修 2 第 5 章第 1 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非常重 要实例，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。学生已经知道了行星的运动规律，因此

3、在分析人造卫星的运动学特点，和动力学特点可采取类比的方法，近而进一步理解应用万有引力定律分析天体运动的方法。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、探索天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人类在宇宙航行领域中的伟大成就及我国在航天领域成就的了解，增强学生的民族自信心和自豪感。（2）学情分析 学生已掌握了运动的合成与分解、牛顿运动定律、圆周运动等章节的理论。并在本章之前学习了天体的运动，和万有引力定律的知识，能运用万有引力定律揭示一些天体运动的特点。学 生可以类比行星运动的特点原理自己分析人造卫星的规律。另外学生也可以利用前面的知识和对宇宙奥学习必备 欢迎下

4、载 秘的好奇心来探索人造卫星的发射及宇宙速度。学生可以通过联想上一章所学的对平抛物体的运动的处理方法来探究牛 顿的思考，以地心为参考系平抛出去的物体从空间运动效果上可分解为指向地心的自由落体运动和绕地心的匀速圆周运动。而这两个分运动都是变速度运动，它们都需要一个指向地心的力来维持它们各自的运动状态。因此万有引力就有要改变两个运动状态的效果，即要既要产生自由落体加速度又要产生向加速度。当万有引力只能提供向心力时，自由落体加速度就变成零，这样平抛出去的物体就落不下来了，从而得到第一宇宙速度。再根据圆周运动和机械运动的知识可知道速度再大一些会做椭圆运动或摆脱地球对它的约束。这样，人们就可以到更远的地

5、方去探索宇宙的奥秘了 （3）教学重点，难点 教学重点：（1）第一宇宙速度的推导（2）同步卫星的运行周期和轨道 （4）教学难点：（1）卫星的运行速度与发射速度的区别（2）同步卫星的轨道 三、教学目标 （一）知识与技能 （1）了解人造卫星的有关知识 （2）分析人造卫星的运动规律 （3）掌握三个宇宙速度的物理意义，（4）会推导第一宇宙速度；（5）简单了解航天发展史；（6）能用所学知识求解卫星基本问题。（7）会解决同步卫星的有关问题 （8）卫星升空、绕行、回落过程中的运动状态 能品德三维一体的全面发展在本节课之前学生已掌握了平抛运动匀速圆周运动万有引力定律等基本理论具备了解决问题的基本工具教材中把理解

6、人造卫星的发射原理作为重点与难点但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析问的改变传统的教材思路先分析人造卫星的运行特点再解释人造卫星的发射原理因此课堂中对人造卫星的运动律的认识主要采取分析现象发现律思考原理解释问题的思路对于人造卫星的发射原理主要采取设疑思考启发引导这样一条主关的知识和方法二教学背景分析教材分析飞出地球去是沪科班必修第章第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非常重要实例是人类征服自学习必备 欢迎下载 （二）过程与方法 （1）培养学生科学推理、探索能力；（2）培养学生在处理实际问题时，如何 构建物理模

7、型的能力；（3）学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。（三）情感态度与价值观 介绍世界及我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。【教学方式】演示、讲授、合作交流。【教学手段】多媒体设备、自制物理课件。四、教学过程与教学资源设计 第一小节：新课引入 教师：（ppt 关于嫦娥奔月，万户，宇宙苍穹的图片）有一个传说凄惨而美丽，有一个假设大胆但无知，有一种追求几代人一直在继续 学生：欣赏图片。教师：仰望星空，浩瀚的宇宙苍穹给人以无限遐想，千百年来，人类一直向往能插上翅膀飞出地球，去探索宇宙的奥秘，李白的“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽明月”是怎样的

8、一种豪情？到今天这一梦想实现了吗？学生：实现了。利用多媒体播放神州七号上天的情景，在轻松的环境中引入新课。（激起学生兴趣）能品德三维一体的全面发展在本节课之前学生已掌握了平抛运动匀速圆周运动万有引力定律等基本理论具备了解决问题的基本工具教材中把理解人造卫星的发射原理作为重点与难点但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析问的改变传统的教材思路先分析人造卫星的运行特点再解释人造卫星的发射原理因此课堂中对人造卫星的运动律的认识主要采取分析现象发现律思考原理解释问题的思路对于人造卫星的发射原理主要采取设疑思考启发引导这样一条主关的知识和方法二教学背景分析教材分析飞出地球去是沪科班必修第章第节重点讲述

9、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非常重要实例是人类征服自学习必备 欢迎下载 第二小节：人造卫星规律的探究 Flash 动画播放牛顿的设想，启迪学生发射卫星必须达到一定的发射速度；直观感受绕地球环绕的情形。教师引导：我们抛一物体怎样才能抛的远？讨论：依据平抛运动学生知道：速度越大，越远，那速度足够大，又有什么现象？学生探讨：统一结论：不落回地球。教师总结：这时由于有引力在，卫星想落回地面，但有一定的速度又落不回地面就形成了卫星？学生思考：人造地球卫星和“东方号”载人飞船绕地球做什么运动？做匀速圆周运动需要什么力？根据上面问题

10、我们可以得到什么样的表达式，根据得到的环绕速度的表达式，地球卫星的运行速率，角速度，周期和轨道半径有什么关系?，学生作答（略）第三小节：宇宙速度 过渡：物体需要多大的发射速度，才能刚好贴着地面转？教师出示问题，学生思考 问题一 已知：地球的质量 M=5.981024kg ,半径 R=6400km,引力常量 G=6.671011N m2/kg-2,如何求近地飞行的环绕速度？问题二 已知：地球的质量 M=5.98 1024kg ,半径 R=6400km,引力常量 G=6.671011N m2/kg-2,如何求近地飞行的环绕速度 得出第一宇宙速度 79 km/s 1第一宇宙速度 79 km/s 定义

11、：人造卫星在地面附近绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度。点拨：1：从上面两种推导，导出了第一宇宙速度的表达式，可得第一宇宙速度是一个定值。若要将其值计算出来，要么知道 R和 M,要么知道 R和 g。第一宇宙速度仅与中心天体有关，与卫星无关。2：任何一个星体都有各自的第一宇宙速度 能品德三维一体的全面发展在本节课之前学生已掌握了平抛运动匀速圆周运动万有引力定律等基本理论具备了解决问题的基本工具教材中把理解人造卫星的发射原理作为重点与难点但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析问的改变传统的教材思路先分析人造卫星的运行特点再解释人造卫星的发射原理因此课堂中对人造卫星的运动律的认识主要采取分析现

12、象发现律思考原理解释问题的思路对于人造卫星的发射原理主要采取设疑思考启发引导这样一条主关的知识和方法二教学背景分析教材分析飞出地球去是沪科班必修第章第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非常重要实例是人类征服自学习必备 欢迎下载 3：第一宇宙速度是地球卫星最大的绕行速度，地球卫星的最小发射速度 思考：发射什么样的卫星最容易？学生讨论 统一结论：高轨道发射卫星比低轨道发射卫星困难，原因是高轨道发射卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。以第一宇宙速度发射卫星时其刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；如果卫星的速度小于第

13、一宇宙速度，卫星将落到地 面而不能绕地球运转；进入半径越大的轨道，所需要的发射 V 越大。思考：这与刚才得出的半径越大的轨道，所需要的 运行速度 V 越小矛盾吗？讨论：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念。（1）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。要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能“贴着”地面近地运行。如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度。（2）运行速度：是指卫星

14、在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度。根据可知，人造卫星距地面越高（即轨道半径 r 越大），运行速度越小。实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，所以卫星的实际运行速度一定小于发射速度。介绍；（板书）运行速度 指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度 发射速度 指被发射物体离开地面时的水平初速度 能品德三维一体的全面发展在本节课之前学生已掌握了平抛运动匀速圆周运动万有引力定律等基本理论具备了解决问题的基本工具教材中把理解人造卫星的发射原理作为重点与难点但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析问的改变传统的教材思路先分析人造卫星的

15、运行特点再解释人造卫星的发射原理因此课堂中对人造卫星的运动律的认识主要采取分析现象发现律思考原理解释问题的思路对于人造卫星的发射原理主要采取设疑思考启发引导这样一条主关的知识和方法二教学背景分析教材分析飞出地球去是沪科班必修第章第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非常重要实例是人类征服自学习必备 欢迎下载 类比得出：（板书）2第二宇宙速度（脱离速度）：意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度。如果人造天体的速度大于 112km/s 而小于 167km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭

16、圆，太阳就成为该椭圆轨道的一 个焦点。（板书）3第三宇宙速度（逃逸速度）：意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了。这个速度目前能做到吗？教师介绍以第三速度发射的探测器，先驱者一号。教师小结：只有你想不到的，没有你做不到的。随着科学技术的发展，我们探测太空的脚步会越走越快，越走越远。也许有一天我们也能到其它星球旅游定居。但是今天我们就必须掌握一些必备知识。也就是我们这节课的重点。课堂练习一【例 1】.关于地球的第一宇宙速度，下列表述正确的是（）A第一宇宙速度又叫环绕速度 B第一宇宙速度又叫

17、脱离速度 C第一宇宙速度跟地球的质量无关 D第一宇宙速度跟地球的半径无关 能品德三维一体的全面发展在本节课之前学生已掌握了平抛运动匀速圆周运动万有引力定律等基本理论具备了解决问题的基本工具教材中把理解人造卫星的发射原理作为重点与难点但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析问的改变传统的教材思路先分析人造卫星的运行特点再解释人造卫星的发射原理因此课堂中对人造卫星的运动律的认识主要采取分析现象发现律思考原理解释问题的思路对于人造卫星的发射原理主要采取设疑思考启发引导这样一条主关的知识和方法二教学背景分析教材分析飞出地球去是沪科班必修第章第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

18、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非常重要实例是人类征服自学习必备 欢迎下载 第四小节 地球同步卫星 学生思考：“同步”的含义是指什么?举例说明 什么是地球同步卫星?地球同步卫星的轨道有何特点?能不能确定?让学生互相交流，总结出正确答案，师点拨引导 总结：1、所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它在轨道上跟着地球自转，同步地做匀速圆周运动，它的周期：T24h 2、所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值 教师播放同步卫星视频，直观体验同步卫星的运转 第五小节 卫星的超重、失重 播放卫星发射、运行

19、、回收阶段视频视频，联系运动学知识思考 卫星发射、运行、回收阶段分别做什么运动，物体处于什么状态？师引导学生分析，总结 能品德三维一体的全面发展在本节课之前学生已掌握了平抛运动匀速圆周运动万有引力定律等基本理论具备了解决问题的基本工具教材中把理解人造卫星的发射原理作为重点与难点但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析问的改变传统的教材思路先分析人造卫星的运行特点再解释人造卫星的发射原理因此课堂中对人造卫星的运动律的认识主要采取分析现象发现律思考原理解释问题的思路对于人造卫星的发射原理主要采取设疑思考启发引导这样一条主关的知识和方法二教学背景分析教材分析飞出地球去是沪科班必修第章第节重点讲述了

20、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非常重要实例是人类征服自学习必备 欢迎下载 课堂练习二 4 对于绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星，下列说法正确的是（）A人造地球卫星的实际绕行速率一定大于 79km/s B从卫星上释放的物体将作平抛运动 C在卫星上可以用天平称物体的质量 D我国第一颗人造地球卫星（周期是 684103s）离地面高度比地球同步卫星离地面高度小 第六小节 梦想成真，展望未来 展示中外航天成就，使学生以我国取得的成就而自豪，但要认识到与美，俄等国家的差距，感觉任重道远。五 小结及作业 小结 一、宇宙速度 能品德三维

21、一体的全面发展在本节课之前学生已掌握了平抛运动匀速圆周运动万有引力定律等基本理论具备了解决问题的基本工具教材中把理解人造卫星的发射原理作为重点与难点但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析问的改变传统的教材思路先分析人造卫星的运行特点再解释人造卫星的发射原理因此课堂中对人造卫星的运动律的认识主要采取分析现象发现律思考原理解释问题的思路对于人造卫星的发射原理主要采取设疑思考启发引导这样一条主关的知识和方法二教学背景分析教材分析飞出地球去是沪科班必修第章第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非常重要实例是人类征服自学习

22、必备 欢迎下载 第一宇宙速度：v7.9kms 是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度。第二宇宙速度：v11.2kms，是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度 第三宇宙速度:v16.7kms，是挣脱太阳束缚的最小发射速度。二、同步卫星 1、周期 T=24h，相对地面静止 2、卫星轨道在赤道上空距地表 36000 公里处 作业 1.P102 问题与练习 2、3、4 2.课外探究活动 航天事业正改变着人类的生活，请你到网上查阅，航天带来生产、生活科技的变化资料，阐述你在探索宇宙方面的设想，与同学交流。六 课后反思 能品德三维一体的全面发展在本节课之前学生已掌握了平抛运动匀速圆周运动万有引力定律等基本理论具备了解决问题的基本工具教材中把理解人造卫星的发射原理作为重点与难点但是根据新课程的教学理念主要是培养学生分析问的改变传统的教材思路先分析人造卫星的运行特点再解释人造卫星的发射原理因此课堂中对人造卫星的运动律的认识主要采取分析现象发现律思考原理解释问题的思路对于人造卫星的发射原理主要采取设疑思考启发引导这样一条主关的知识和方法二教学背景分析教材分析飞出地球去是沪科班必修第章第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非常重要实例是人类征服自