宇宙航行教学设计

《宇宙航行》教学设计

张银湘

一、教学目标

（一）知识和能力目标

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）过程与方法目标

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）情感态度与价值观目标 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。

二、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。 三、教学方法

探究、讲授、讨论。 四、教学准备 多媒体课件。

五、教学过程 （一）引入新课 飞天梦想

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。

利用嫦娥奔月神话故事和影片嫦娥一号的发射过程，激发学生强烈的学习兴趣

牛顿的思考

探究：怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动？

先让学生思考、讨论，教师可根据学生情况引导学生思考。

我们知道，在地面上将一个物体水平抛出，若抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？（不能）

早在16世纪的牛顿就曾思考过这个问题。（播放卫星发射原理动画，并向学生分析）

从地球上最高的山峰上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。如果抛出的速度足够大，物体就不在落回地面，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。

宇宙速度

探究：以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？ 1．第一宇宙速度

物体最终绕地球表面做匀速圆周运动，引力为其做圆周运动提供向心力。

代入数据得v=7.9km/s

这就是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。 如果发射速度大于第一宇宙速度，结果会怎样呢？ 2．第二宇宙速度

当抛出物体的速度继续增大，地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11.2km/s。我们把

v=11．2km/s叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。 3．第三宇宙速度

物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。若抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16.7km/s。这个速度叫做第三宇宙速度。

思考与提高

对于绕地球做匀速圆周运动的人造卫星，其速率 A、一定等于7.9km/s B、等于或小于7.9km/s C、一定大于7.9km/s

D、介于7.9km/s到11.2km/s之间 小结：人造卫星的发射速度与运行速度 1．发射速度 速度大的发得远

2．运行速度 离地近的运动快

卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

探究：目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了，这些卫星运行的快慢不同，到底是离地近的运动快还是离地远的运动快，卫星运行的快慢与什么因素有关呢？

学生可能的答案：质量、轨道半径……

我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，则有

可得：

结论：线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由轨道半径决定。 当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径（r=R），此时线速度最大，角速度最大，周期最小。

即卫星绕地球运行的最大速度为7．9km/s。最小的周期为84min

梦想成真

借助于多媒体，一边向学生展示，一边介绍，注意情感态度与价值观目标的实现。

19世纪中叶，俄罗斯学者，齐奥尔科夫斯基，提出利用喷气推进的多级火箭，运载发射卫星。

世界的航天成就

1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星成功在苏联发射成功。 1961年4月12日，世界上第一次载人飞行，苏联。

1969年7月16日，人类第一次登上月球，美国。 中国的航天成就

1970年，中国第一颗人造卫星发射成功。

2003年10月15日神舟五号成功发射，中国第一次载人飞行（宇航员杨利伟）

2005年神舟六号成功发射。（宇航员费俊龙、聂海胜） 2007年，嫦娥一号成功发射。

2008年神舟七号成功发射。（宇航员翟志刚、刘伯明、景海鹏）

（三）课堂小结

尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕。宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？这些都是留给大家待以解决的问题。

爱因斯坦曾经说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。 你想加入破解它的行列吗？ （四）作业布置

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