高中物理 第七章 4宇宙航行 教案1.docx

优秀教案系列

第4节宇宙航行

教学分析

教学分析

教学目标

1.知道第一、第二、第三宇宙速度的物理意义。

2.能用万有引力定律和向心力公式推导第一宇宙速度。并掌握第一宇宙速度的特点。

3.通过用万有引力定律推导第一宇宙速度,提高学生运用学过的知识分析和解决新问题的能力,培养学生科学探索能力。

4.认识到天体运动的实质是牛顿第二定律的具体应用,能对已有的知识进行组织和归类,学会构建知识体系,能从整体的角度看问题,形成对知识的整体感。

教学重难点

重点:从第一宇宙速度的推导中掌握研究天体运动的基本思路与方法。

难点:第一宇宙速度的特点,会对人造卫星的速度、周期进行比较。解决卫星变轨中的各种相关问题。

教学方法

探究法,讲授法

课时安排

2课时

教学准备

教室多媒体教学设备:可供实物投影、放映、课件播放等,学案等

教学

教学设计

一、情境导入

探索宇宙的奥秘,奔向广阔而遥远的太空,人类自古以来就有着“飞天”的梦想。在我们中国很早就有嫦娥奔月的神话故事,明朝时期更有“万户飞天”的实际行动,人类为了纪念这第一个尝试飞天并为之付出生命代价的中国英雄,特地将月球上的一座山脉命名为“万户山”。

[图片展示]

今天这节课我们将一起学习宇宙航行,人造卫星方面的基础理论知识,为同学们进一步学习研究天体物理问题打下一定的基础,同时了解感受人类航天事业发展的艰辛历程,感受航天英雄们的豪迈激情。

[教师总结]板书呈现课题,配合课件使用,引导学生进入本课的学习,明确本课的基本教学目标。

二、新课讲授

(一)人造卫星的三种轨道

[情境设问]随着牛顿发现万有引力定律以及人们对力与运动关系的深入认识,随着自然科学理论与技术领域的发展,到现在全球共有上千颗人造卫星,其中中国有近60颗,这么多卫星在天上运行,它们从不打架,那它们的运行轨道有什么特点呢?

[学生回答]卫星的轨道平面必须通过地心。

[教师总结]所有卫星的轨道平面必须通过地心。

[提出问题]一颗卫星在太空中持续工作几十年,它们又是靠什么能够一直运动下去呢?

[学生回答]靠自带燃料以及太阳能!

[教师总结]卫星在太空中正常运行属于无动力运动,要做匀速圆周运动,必须要有向心力,万有引力提供卫星的向心力。

(二)宇宙速度

[提出问题]通过阅读教材P60,请同学们找到三个典型的速度

[学生回答]第一宇宙速度:v1=7.9km/s

第二宇宙速度:v2=11.2km/s

第三宇宙速度:v3=16.7km/s

[科学推理与论证]请同学们根据动力学分析,推导第一宇宙速度的表达式。

[学生推导]

GMmR2=mv

[学生推导]

mg=mv2R

[教师总结]第一宇宙速度只由中心天体的质量和轨道半径决定,与卫星质量无关。

[思考与讨论]从得式v=GMR可以看出:飞行器离地心越远,它运行的线速度越小。靠近地面时,R

[学生回答]v1=7.9km/s

[例题展示]

【例题】人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动,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7.9~11.2km/s

例题分析:该速率是运行速度的大小,不是卫星的发射速度,依据动力学分析,万有引力提供卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力。

例题解答:由GMmr2=mv2r得v=GMr

本例题设计说明:明确第一宇宙速度的物理意义

(三)人造地球卫星

[衔接过渡]由前面所确定的卫星轨道及动力学相关问题,自然过渡到通信卫星即为特殊轨道卫星。通信卫星是相对于地面静止的,跟随地球自转同步的卫星。

[提出问题]由静止卫星的定义,我们可以找到通信卫星的轨道有何特点,由轨道特点还能够找到静止卫星的其他特点吗?

[学生回答]静止卫星与地球运行时刻同步,因此周期T=24h,将周期数据带入动力学方程中可得,轨道高度一定。

[教师总结]

GMmr2=m

①定周期,即运行周期等于地球自转周期(24h);

②定轨道平面,即绕行平面在赤道平面内;

③定高度,即离地面高度一定(静止卫星高度约h=5.6R=3.6×107m);

④定速度,即绕行速度一定(静止卫星速度约v=3.1km/s)。

(四)载人航天与太空探索

[情境导入]通过播放视频,展现人类载人航天的发展历程,从1961年4月12日,苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船到1969年7月16日9时32分,运载阿波11号飞船的土星5号火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空,拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。

再到2003年10月15日9时,我国神舟五号宇宙飞船把中国第一位航天员杨利伟送入太空,2011年11月,神