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1、宇宙航行教学设计 一、教材分析从三百多年前，牛顿提出设想到1957年苏联的第一颗人造卫星再到2003年10月15日，中国的神州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。本节属于航天部分的重要知识，介绍万有引力的实践性成就，要求学生知道是万有引力理论使人类实现“飞天”梦想，这一节课不但要求使学生深刻的理解第一宇宙速度，定量的解决卫星运动的实际问题，还需要学生通过了解航天发展史从而充分的感受人类对客观世界不断探究的精神和情感，激发学生的爱国热情和民族自豪感。二、教学目标（一）知识与技能1.了解三个宇宙
2、速度意义；2.能够推导第一宇宙速度；3.简单了解世界和我国的航空发展史。（二）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。（三）情感态度与价值观1通过介绍我国在卫星发射方面的情况，以及学生自己搜集资料的过程激发学生的爱国热情；2培养学生的科学探索精神；3激发学生热爱科学的热情。三、教学重点、难点（一）教学重点：了解宇宙速度及其物理意义。（二）教学难点：第一宇宙速度的推导、关于第一宇宙速度是运行的最大值与发射的最小值。四、设计思路本节课分为三个部分，首先通过人类飞天梦想的实践过程和牛顿的设想引导学生通过讨论研究了解宇宙航行的理论知识。接下来从神州6
3、号的相关资料入手，引导学生推导第一宇宙速度，并通过结合我国发射的多颗卫星有关数据计算相关数据，通过对宇宙航行的理论知识的实际应用而加深对知识深入理解。最后，以PPT小组汇报的形式，展示世界和我国的的航天发展史，通过学生的自主参与总结制作，不但丰富了学生的知识面，激发同学们的热爱科学，热爱祖国的情感，还可以锻炼学生收集总结资料的动手能力，通过小组合作方式培养学生团结合作能力。五、任务分配（学生每组5人搜集资料）第一组：人类的第一颗人造卫星；第二组：人类第一次进入太空；第三组：阿波罗号飞船及登月历程；第四组：哥伦比亚号航天飞机；第五组：哈勃望远镜；第六组：中国第一颗人造卫星-东方红；第七组：中国“
4、神舟”号飞船；第八组：汇总前面几组同学搜集的资料，在老师的指导下制作成PPT课件；第九组：熟悉课件，并准备在上课时给同学们讲解。四、教学资源1教师搜集的有关内容的视频、文档、图片等资料；2. 学生课下搜集的有关内容的视频、文档、图片等资料；3多媒体教学设备一套：可供实物投影、视频播放、课件播放等。五、教学设计 学生活动点 评引入新课 从三百多年前，牛顿提出设想到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。万有引力定律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。让学生简单了解航空史
5、。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。【教师播放神舟5号发射的flash模拟过程】提出问题：1神舟5号飞船升空过程大致有几个过程？2飞船怎样才能进入近地圆轨道？【观看牛顿的抛体运动动画】引导学生思考：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”.提问：牛顿思想的基础是什么？（引出第一宇宙速度）一、宇宙速度（一）第一宇宙速度人造卫星能在一定的轨道上绕地球运动。为简化起见，我们假设卫星绕地球做匀速圆周运动。提问：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，（如
6、图所示）则卫星在轨道上的运行速度是多少？练习：若地球质量M约为61024kg，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=6.6710-11Nm2/kg2）教师继续讲解：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。从而我们求得近地卫星的运行速度-第一宇宙速度.第一宇宙速度：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度，又叫环绕速度。提问：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？【观看v=7.9km/s时牛顿的抛体运动flash】
7、小结：a.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”。【观看v=10m/s、2km/s、5km/s时牛顿的抛体运动flash】 提问：围绕地球运行的卫星轨道半径r大的其运行速度 （“大”或“小”）b.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。提问：如果航天器的发射速度大于7.9km/s将如何运动呢？【观看v=7.9km/s-11.2km/s时牛顿的抛体运动flash】理论研究指出，若航天器的（近地）发射速度大于7.9km/s而小于11.2km/s，它的轨道不再是圆而是围绕地球运动的一个椭圆。速度越大，椭圆轨道越“扁”（如所示）当发射速度达到
8、11.2km/s时就能脱离地球的引力束缚，“离开”地球。【观看flash动画引出第二宇宙速度】（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叫做第二宇宙速度，又叫脱离速度。【观看v11.2km/s时牛顿的抛体运动flash）引出第三宇宙速度.】（三）第三宇宙速度：在地面附近发射一个物体，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫做第三宇宙速度。 二、飞出地球阅读教材“梦想成真”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。无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。
9、下面请同学们一起来了解一下解航空航天发展史。【请第九组同学利用多媒体课件向同学们介绍世界和中国的航天发展史：一人操作，一人讲解，另一人补充】1.1957年10月，由前苏联发射的第一颗人造卫星。2. 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。实现了人类第一次进入太空。他的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。3.1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。当时，上亿人通过电视注视着走出登月舱的阿姆斯特朗，他在月球上迈出了一小步，确是人类迈出的一大步。4.1984年4月12日，第一架航天飞机哥伦比亚号发射成功。2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返地面的过程中突然
10、发生解体燃烧，航天飞机上的七名宇航员，包括六名美国人及一名以色列人全部遇难。5.哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到1.6万千米外悉尼的一只萤火虫。 6.1970年， “东方红”1号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家。7.1992年，中国载人航天工程正式启动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8.2007年，嫦娥一号成功发射.【教师利用多媒体课件向同学们介绍嫦娥一号】结束语：尽
11、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？ 学生观看录像，了解航天器发射升空的过程变化。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：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”即物体围绕地球作圆周运动。学生根据前面所学知识回答：地球对
12、卫星的万有引力。学生解答：卫星运行速度学生解答：卫星运行速度代入数据：v=7.9km/s学生回答：=7.9km/sv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）（学生思考并理解）（学生了解第二宇宙速度的意义）（学生了解第二宇宙速度）（学生了解第三宇宙速度。）（学生了解航空航天发展史。）【第九组同学利用多媒体课件向同学们介绍世界和中国的航天发展史。】【学生通过课件展示】【学生通过课件展示】【学生通过课件展示】【学生通过课件展示】【学生通过课件展示】【学生通过课件展示】【学生通过课件展示】【教师通过课件展示】让学生了解科学。培养学生观察能力与分析能力。让学生感受科学家
13、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，教师适当地提示、指导即可。强调：第一宇宙速度是发射速度中的最小值。强调：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。强调：第二宇宙速度是脱离地球引力束缚的速度。强调：第三宇宙速度是脱离太阳引力束缚的速度。第二、三宇宙速度作定性的了解，知道其物理意义。通过学生展示培养学生的语言组织能力、领导组织能力以及团结协作精神。鼓励学生学习航天员非凡的勇气，树立为科学事业奋斗的精神。“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃。”无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。科学的魅力。了解中国的航天事业。增强学生民族自豪感。激发学生爱国主义热情。给同学们留下无限的遐想空间。课后活动：1.阅读课外材料“科学漫步”，课本第
