第六章第五节宇宙航行

宇宙航行 教学设计浙江省春晖中学 金嵩洲一教学设计理念本节课虽然是一节知识性、理论性较强的课，但我们还是需要通过我们的教学设计和教学实施，落实学生的核心素养。1物理观念：物理观念是学习者褪去公式、定律后，用物理的视角、分析手段、感知能力来正确认识世界，分析问题的一种素养。它统领物理概念、物理规律的教学。本节课中主要是对一些运动的定性认知，以及牛顿设想的魅力。2科学思维：利用已有的关于力的特性和运动特性的知识，来研究匀速圆周运动中，力和运动的定量关系。3实验探究：本节课真实的实验比较难，用多个课件模拟。试图用课件模拟的形式，结合设问，引导学生思考、探究。4科学责任与态度：通过本节课的学习，学生航天故事的分享，感受探索者的勇气与精神，获得民族自信心，树立科学报国、知识回馈社会的理想。二教学内容分析课本第六章第1节行星的运动揭示了行星的运动规律；第2节和第3节分别是太阳和行星之间的引力、万有引力定律，阐述了万有引力本身的特性、对应公式、适用范围等。那么，到了第5节宇宙航行，已经水到渠成，可以来研究力和运动有怎样的定性、定量关系。三教学对象分析经过之前的物理学习，学生已经学习了(1)直线运动、受力分析、牛顿运动定律； (2)曲线运动(圆周运动、平抛运动、离心运动)；已经初步具备了力和运动的基本观点，已经初步具备了运用力和运动的观点解决物理问题。但由于知识的限制，学生还不具备能量的观点解决问题、动量的观点解决问题。所以我们在安排课堂教学时，就运用力和运动这一条主线。四教学目标1物理观念(1)通过学习，了解曲线运动中，提供的向心力与所需的向心力的供求关系。供求平衡、非供求平衡下，对应的不同运动类型。(2)通过感知，能对生活中不同曲线运动(圆周运动、近心运动、离心运动)力和运动的关系做出定性判断。(3)通过师生交流、思考，真正体会牛顿的设想具有的震撼力与魅力。2科学思维(1)了解人造地球卫星的最初构想；(2)会分析人造地球卫星的受力和运动情况；(3)知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度；(4)会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题3实验探究本节课真实的实验比较难，能通过课件模拟，通过创设的探究情境，结合设问，自主思考、探究。4科学态度与责任(1)感受人类用汗水、甚至是生命，去不断探索宇宙、探索客观世界的精神和勇气。(2)树立知识回馈社会，科学报国的理想。五教学重难点1教学重点：(1)知道三个宇宙速度的含义和数值；(2)会推导第一宇宙速度；(3)掌握一般人造地球卫星的轨道及受力。2教学难点：(1)会解决涉及人造地球卫星的较简单的问题；(2)定性分析，参量对应关系的正误；(3)会分析、计算近地卫星、地球同步卫星等圆形轨道的有关参量。六教学设计思路1创设情景情景：视频引入。即使是普通人，也会有飞天梦，在生活中，做着一次次大胆的尝试。2提出问题为了实现飞天梦，我们在物理学习过程中，至少应该知道和掌握哪些知识。3学习、交流图13.1 力和运动的关系3.1.1曲线运动中力和运动的关系 (如图1)曲线运动中力的大小对应运动F供F需近心运动F供=F需匀速圆周F供F需离心运动3.1.2牛顿的设想 (1)物体做平抛运动的一般规律物体做平抛运动时，怎样抛射比较远？结合课件思考，如果地面不是水平面，而是斜面，会对物体平抛运动产生什么影响？课件1(2)牛顿的独到视角牛顿联想到地球是球体。你站在牛顿的肩膀上，对抛体运动有什么新的想法。课件探究(课件1)。(补充解读：一般人只想到，地面是平的，物体是要落回地面的；而牛顿联想到，地球是圆的，如果抛射的速度足够大，物体就不落回地面了，就变成人造地球卫星了。这在当时，没有实验条件的情况下，是一个伟大的、跨时代的设想。)(3)什么力提供向心力？(4)近地处，卫星绕地球做匀速圆周运动的速度多大？课件2方程左右两边，r的物理意义是否相同？r是不是地球半径？什么情况下，r能近似地看成是地球半径？(5)发射速度至少要多大？引出第一宇宙速度(6)发射速度大于7.9km/s，卫星就挣脱地球的束缚了？(7)卫星挣脱地球束缚，发射速度至少多大？引出第二宇宙速度。课件演示(课件2)。教师讲授第三宇宙速度。3.1.3三个宇宙速度 (1)第一宇宙速度(环绕速度)：v1=7.9千米/秒，含义：人造地球卫星的最大绕行速度，人造地球卫星的最小发射速度； (2)第二宇宙速度(脱离速度)：v2=11.2千米/秒，含义：卫星挣脱地球束缚的最小发射速度； (3)第三宇宙速度(逃逸速度)：v 3=16.7千米/秒，含义：卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度。 图23.2 人造地球卫星 3.2.1 人造地球卫星的轨道(1)所有人造地球卫星的轨道。(2)卫星的受力，方向如何？ 3.2.2 探究：卫星运行线速度、角速度、周期与半径的关系已知地球质量为M，引力常量G，卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径为r。 可见：v、T 与 r 为一一对应关系判断：假如一做圆周运动的人造地球卫星，其轨道半径增大到原来的2倍，仍做圆周运动，则根据公式v=r，可知卫星运动的线速度增大到原来的2倍！ 3.2.3 周期最小的人造地球卫星据某报报道，某国发射了一颗周期为75分钟的人造地球卫星。若卫星做匀速圆周运动，请你用学过的知识判断这则新闻的真伪。 可用数据： 引力常量 G=6.67 10-11 N m2/kg2 地球的质量为M=6.0 1024kg 地球半径R=6.4 103km 地球表面重力加速度 g=9.8m/s2 第一宇宙速度 v=7.9km/s 多种方法探究。3.2.4 地球同步卫星 已知同步卫星绕地球做匀速圆周运动。请你利用学过的知识，确定地球同步卫星的相关参量。 可用数据：引力常量 G=6.67 10-11 N m2/kg2 地球的质量为M=6.0 1024kg 地球半径R=6.4 103km 地球表面重力加速度 g=9.8m/s2 (1)运行T=24h (2)运动轨道半径r=_ 距离地面的高度h=_(3)圆周运动线速度 v=_ (4)位于地球赤道上空(与赤道共面)课件演示近地卫星和地球同步卫星；课件探究，随着r的增大，环绕速度的变化(课件3)。课件3(a)课件3(b)3.2.5简要介绍拓展：人造地球卫星的发射过程 3.3 梦想成真3.3.1 人类航天史1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星。1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。 2003年10月15日，神舟五号将我国第一位航天员杨利伟送入太空。利用视频重现课本内容。利用视频展示我们航天的最新成果，天舟一号发射成功。3.3.2 科学态度邀请请一位学生上台，与大家分享航天故事，感受探索者通向宇宙的勇气与信念。4总结(1)研究人造地球卫星的基本方法：把人造地球卫星的运动看作匀速圆周运动，万有引力提供人造地球卫星的向心力。 (2)宇宙速度： 第一宇宙速度：v7.9km/s 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：v11.2km/s，是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度。第三宇宙速度: v16.7km/s，是卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度。 (3)人类宇宙航行 5迁移应用“2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后,于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。”根据以上消息，近似地把飞船从发射到降落的全部运动看做绕地球的匀速圆周运动。已知地球的质量M=6.010 24 kg，地球的半径R=6.4103km。试估算：(1)神舟五号宇宙飞船绕地球飞行时距地面的高度；(2)神舟五号宇宙飞船绕地球飞行的速度。6形成性评价(1)课本 P48 问题与练习2、3 ；(2)阅读教材中“科学漫步”和“STS”的材料；(3)课后自主探究：椭圆轨道上人造地球卫星力与运动的关系。 七教学设计评价1通过分析曲线运动中提拱的向心力与所需的向心力之间的供求关系，以及对牛顿设想的解读，落实物理观念。2多次设问，多种方式(师生问答、学生思考、生生合