宇宙航行 教学设计 高中物理人教版(2019)必修第二册

宇宙航行 一、教学目标 1.物理观念 ①知道三个宇宙速度的数值和含义，知道发射速度的含义。 ②知道人造地球卫星的轨道特点和运动规律，能区分同步卫星、近地卫星与其他卫星。 2.科学思维 ①能分析人造地球卫星的受力和运动情况并能解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题，提升科学素养。 3.科学探究 经历人造卫星由设想变为现实的探究过程，提高学生运用学过的知识分析和解决新问题的能力，培养学生的科学探究能力 4.科学态度与责任 ①了解航天技术给社会发展和人类生活带来的巨大变化，认识科学、技术、社会、环境的关系，增强责任意识 二、教学重难点 教学重点：会计算人造地球卫星的环绕速度。 教学难点：知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。 三、教学分析 1．知识基础：通过前面的学习，大部分学生已经掌握如何计算万有引力，并知道物体做匀速圆周运动的受力特征，熟悉了圆周运动的各物理量的表达式。掌握了开普勒三定律并能抽象出天体运行轨迹可近似为圆的概念，有很好的学习基础。 2．认知水平与能力：此阶段学生已经初步建立了物理思维，有了提取信息和建构模型的意识，但是还不能主动的去建构模型，需要引导和提示。 3．情感态度：学生对卫星发射、卫星运行、宇宙奥秘探索等有浓厚的兴趣，在课堂上可从这一方面入手，激发学生的学习兴趣，培养学生的自主探究能力。。 四、教学过程 活动1【导入】 1.播放中国“探月工程”记录视频 2.通过探月工程“绕、落、回”三步走的构想，引导学生思考在探月过程中，我们都解决了哪些问题： （1）飞行器如何飞离地球 （2）飞行器如何飞向月球 （3）飞行器如何返回地球如何让飞行器飞向宇宙？ 观看视频，通过视频，了解中国探月工程的发展历程通过科普视频，直观的向同学们展示中国“飞天梦”的实现历程，激发学生的学习兴趣，同时激起学生的民族自豪感，培养学生的科学态度与价值观。 活动2【讲授】 【一、牛顿的设想】 1.回顾平抛运动的相关知识，引出牛顿关于人造地球卫星的设想：把物体从高山上抛出，当速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星，绕地球表面做匀速圆周运动。（介绍牛顿的猜想内容，ppt演示） 2.思考1：回顾万有引力定律的知识，物体做匀速圆周运动，是什么力充当了向心力呢？ 【二、宇宙速度】 3.探究任务1：已知地球质量M，物体质量m，到地心的距离为r，引力常量G，试求物体绕地球匀速圆周运动的速度v的表达式。 4.任务2：已知地球质量，近地卫星在100-200km的高度飞行，远小于地球半径，可以近似用地球半径R代替卫星到地心的距离r，万有引力常量G已知，求卫星绕地球做匀速圆周运动的速度大小。 5.第一宇宙速度定义：物体在地球表面附近做匀速圆周运动的速度，大小为7.9km/s。 6.结合牛顿的猜想，若速度小于7.9km/s，物体将落回地面，因此第一宇宙速度是卫星的最小发射速度。 7.思考2：若已知g和地球半径R，请学生尝试计算第一宇宙速度。 8.总结得出天体第一宇宙速度的计算方法： ①万有引力提供向心力②天体表面（近似）重力提供向心力 9.思考3：如果发射速度大于第一宇宙速度，物体将如何运动？ 10.第二宇宙速度：逃离地球的最小速度 11.第三宇宙速度：挣脱太阳引力，飞到太阳系外 12.填写学案，总结什么是三大宇宙速度的意义 【三、人造地球卫星】 13.思考4：卫星运行轨道能否始终与某一纬度圈共面同心？ 14.师生总结得出人造地球卫星的轨道规律 15.拓展思考5：卫星运行轨道能否始终与某一经度圈共面同心？ 16.探究任务2：人造地球卫星运行规律探究 （1）找到人造地球卫星各参量的表达式 （2）探究各参量随半径的变化情况 17.结合卫星运行参量的变化特点和表达式，总结分析两种特殊卫星的特点 （1）近地卫星特点：最小半径、最大速度、最小周期 ... ...