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1、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
2、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
3、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
4、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/sv11.2km/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/sv16.7km/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
5、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
6、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
7、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
8、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/sv11.2km/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。【
9、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
10、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。
