宇宙航行的教学设计

　　一、设计思想
　　宇宙航行不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是万有引力定律与航天中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。
　　学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。
　　本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。
　　本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑思考启发引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。
　　二、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。
　　三、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。
　　四、教学难点
　　卫星的发射速度与运行速度的关系。
　　五、教学方法
　　探究、讲授、讨论。
　　六、教学准备
　　多媒体。
　　七、教学过程
　　（一）引入新课
　　通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行的。（利用幻灯片，向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。）
　　（二）推进新课
　　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世纪道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v79s
　　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v112s。我们把v112s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v167vs。这个速度叫做第三宇宙速度。
　　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，那么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（rR），此时线速度最大，角速度最大，周期最小。则
　　79s
　　124103rads
　　84in
　　即卫星绕地球运行的最大速度为79s。
　　人造卫星的发射速度与运行速度
　　（播放嫦娥一号发射的模拟视频，让学生了解卫星发射的全过程，学生也将对发射速度和运行速度有一个了解。）
　　1发射速度
　　发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
　　2运行速度
　　运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星贴着地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
　　梦想成真
　　学生先阅读，然后教师简述补充。（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。）
　　其实早在六百多年前的明朝，一个名叫万户的人就曾有飞天的壮举，但最终未能成功，并为之付出了生命。万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为真正的航天始祖，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为万户山。
　　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。
　　19xx年10月4日，世界上第一颗人造卫星成功在苏联发射成功。
　　19xx年4月12日，世界上第一次载人飞行，苏联。
　　19xx年7月16日，人类第一次登上月球，美国。
　　10xx年，中国第一颗人造卫星发射成功。
　　20xx年10月15日，中国第一次载人飞行。
　　20xx年，嫦娥一号成功发射。
　　然而人类对宇宙的探索并不是一帆风顺的，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。
　　19xx年1月28日，美国，挑战者号航天飞机升空后爆炸，七名宇航员遇难。
　　20xx年2月1日，美国，哥伦比亚号航天飞机返航时爆炸，七名宇航员遇难。
　　（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。