2019-2020年高中物理 6.5《宇宙航行》優(yōu)秀教案 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理 6.5《宇宙航行》優(yōu)秀教案 新人教版必修2 本節(jié)重點(diǎn)講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理,推導(dǎo)了第一宇宙速度,并介紹了第二、第三宇宙速度.人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例,是人類征服自然的見證,體現(xiàn)了知識的力量,是學(xué)生學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識的一個(gè)極好素材.教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論,更是在其中滲透了很多研究實(shí)際物理問題的物理方法.因此本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重要內(nèi)容,是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究天體物理問題的理論基礎(chǔ).另外,學(xué)生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解,也將潛移默化地產(chǎn)生對航天科學(xué)的熱愛,增強(qiáng)民族自信心和自豪感. 本節(jié)內(nèi)容涉及人造衛(wèi)星的運(yùn)動規(guī)律和三個(gè)宇宙速度的含義,在處理有關(guān)衛(wèi)星的問題時(shí),可以按勻速圓周運(yùn)動模型處理,進(jìn)而結(jié)合向心力公式、向心加速度公式及圓周運(yùn)動公式,推導(dǎo)已知量和未知量的關(guān)系.學(xué)習(xí)宇宙速度時(shí),要對比記憶,明確其物理意義.應(yīng)掌握推導(dǎo)過程,體會推導(dǎo)第一宇宙速度的物理思想,另外,結(jié)合向心運(yùn)動或離心運(yùn)動分析衛(wèi)星軌道如何變化或改變的原因. 教學(xué)重點(diǎn) 會推導(dǎo)第一宇宙速度,了解第二、第三宇宙速度. 教學(xué)難點(diǎn) 運(yùn)行速率與軌道半徑之間的關(guān)系. 課時(shí)安排 1課時(shí) 三維目標(biāo) 知識與技能 1.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識. 2.知道三個(gè)宇宙速度的含義,會推導(dǎo)第一宇宙速度. 3.通過實(shí)例,了解人類對太空的探索歷程. 過程與方法 1.能通過航天事業(yè)的發(fā)展史說明物理學(xué)的發(fā)展對于自然科學(xué)的促進(jìn)作用. 2.通過用萬有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速度,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識解決問題的能力. 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1.通過對我國航天事業(yè)發(fā)展的了解,進(jìn)行愛國主義的教育. 2.關(guān)心國內(nèi)外航空航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,有將科學(xué)技術(shù)服務(wù)于人類的意識. 課前準(zhǔn)備 多媒體課件、月球繞地球轉(zhuǎn)動演示儀. 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 情景導(dǎo)入 阿波羅飛船載人登月和返回地球的軌道示意圖 經(jīng)火箭發(fā)射,“阿波羅11號”首先進(jìn)入環(huán)繞地球的軌道,然后加速,脫離地球軌道后,慣性滑行,進(jìn)入環(huán)繞月球的軌道,最后登月艙降落在月球. 當(dāng)宇航員在月球上完成工作后,再發(fā)動引擎進(jìn)入環(huán)月球的軌道,然后加速,脫離月球軌道,進(jìn)入地球軌道,最后降落于地球. 結(jié)合登月航線討論:為什么飛船能圍繞地球旋轉(zhuǎn)?飛船在什么條件下能掙脫地球的束縛? 情景導(dǎo)入 萬有引力定律的發(fā)現(xiàn),不僅解決了天上行星的運(yùn)行問題,也為人們開辟了上天的理論之路. 現(xiàn)代火箭航天技術(shù)先驅(qū)、俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基曾說過:“地球是人類的搖籃,人類絕不會永遠(yuǎn)躺在這個(gè)搖籃里,而會不斷地探索新的天體和空間.”1957年10月4日,前蘇聯(lián)用三級火箭發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星——“旅行者1號”,人類開始邁入航天時(shí)代. 火箭發(fā)射 2003年10月15日,“神舟五號”飛船載著中國第一位航天員楊利偉成功升空,這標(biāo)志著我國進(jìn)入了載人航天時(shí)代. 那么,多大的速度才能使物體不再落回地面,而使其成為地球的一顆衛(wèi)星呢? 情景導(dǎo)入 牛頓在思考萬有引力定律時(shí)就曾經(jīng)想過,從高山上水平拋出的物體速度一次比一次大時(shí),落點(diǎn)就一次比一次遠(yuǎn).如果速度足夠大,物體就不再落回地面,它將繞地球運(yùn)動,這就是人造地球衛(wèi)星的雛形.那么這個(gè)速度需要多大呢? 學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之后便可解決上述問題了. 推進(jìn)新課 一、宇宙速度 課案片段一:人造地球衛(wèi)星 課件展示 1.人造衛(wèi)星發(fā)射及其在圓形軌道上的運(yùn)動. 2.演示月球繞地球轉(zhuǎn)動. 問題:1.拋出的石頭會落地,為什么衛(wèi)星、月球沒有落下來? 2.衛(wèi)星、月球沒有落下來必須具備什么條件? 學(xué)生帶著這兩個(gè)問題閱讀教材“宇宙速度”部分. 策略:教師不要急于讓學(xué)生回答上述兩個(gè)問題,提出這兩個(gè)問題的目的是讓學(xué)生帶著問題去閱讀課文,具有針對性,而且這兩個(gè)問題可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣. 教師活動:演示拋物實(shí)驗(yàn),提出問題: 1.平拋物體的速度逐漸增大,物體的落地點(diǎn)如何變化? 2.速度達(dá)到一定值后,物體能否落回地面? 3.若不能,此速度必須滿足什么條件? 4.若此速度再增大,又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象? 組織學(xué)生討論、交流,大膽猜測. 結(jié)論:1.平拋物體的速度逐漸增大,物體的落地點(diǎn)逐漸變大. 2.速度達(dá)到一定值后,物體將不再落回地面. 3.物體不落回地面時(shí)環(huán)繞地面做圓周運(yùn)動,所受地面的引力恰好用來提供向心力,滿足. 4.若此速度再增大,物體不落回地面,也不再做勻速圓周運(yùn)動,萬有引力不能提供所需要的向心力,從而做離心運(yùn)動,軌道為橢圓軌道. 合作探究 教師引導(dǎo)學(xué)生共同探究出: 1.人造衛(wèi)星:物體繞地球做圓周運(yùn)動時(shí),此物體成為地球的衛(wèi)星. 2.衛(wèi)星軌道:可以是圓軌道,也可以是橢圓軌道. 衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運(yùn)行時(shí),由于地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運(yùn)動的向心力,而萬有引力指向地心,所以,地心必須是衛(wèi)星圓軌道的圓心.衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)(如同步衛(wèi)星),也可以和赤道平面垂直,還可以和赤道平面成任一角度. 衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)動時(shí),地心是橢圓的一個(gè)焦點(diǎn),其周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律. 3.衛(wèi)星的種類: 衛(wèi)星主要有偵察衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、地球資源勘測衛(wèi)星、科學(xué)研究衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星和測地衛(wèi)星等種類. 4.衛(wèi)星的運(yùn)行: 衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時(shí),衛(wèi)星的軌道可視為圓形,這樣衛(wèi)星受到的萬有引力提供了衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力. 設(shè)衛(wèi)星的軌道半徑為r,線速度大小為v,角速度為ω,周期為T,向心加速度為a. 根據(jù)萬有引力定律與牛頓第二定律得=ma==mrω2= 所以,衛(wèi)星運(yùn)行速度、角速度、周期和半徑的關(guān)系分別為:v=,ω=,T=. 例1 在圓軌道上質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星,它到地面的距離等于地球半徑R,地面上的重力加速度為g,則( ) A.衛(wèi)星運(yùn)行的速度為 B.衛(wèi)星運(yùn)行的周期為 C.衛(wèi)星的加速度為 D.衛(wèi)星的動能為 解析:萬有引力充當(dāng)向心力,有 又g= 故v=,A錯(cuò).T=,B對. a=,C錯(cuò).Ek=,D對. 答案:BD 總結(jié):衛(wèi)星問題的求解,應(yīng)知道萬有引力提供了衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的向心力.地球表面的重力加速度g=,當(dāng)M未知時(shí),可用其代換.由于g=經(jīng)常用到,所以叫“黃金公式”. 點(diǎn)評:運(yùn)用現(xiàn)代教育信息技術(shù),把人類第一顆衛(wèi)星發(fā)射場景,我國衛(wèi)星發(fā)射、回收等有關(guān)資料片段重現(xiàn)在學(xué)生面前,給學(xué)生大量的生動的直觀感受,使學(xué)生的思維在直觀情景中由感性具體上升到思維抽象,準(zhǔn)確地得到人造衛(wèi)星的概念. 課堂訓(xùn)練 有兩顆人造衛(wèi)星,都繞地球做勻速圓周運(yùn)動,已知它們的軌道半徑之比r1∶r2=4∶1,求這兩顆衛(wèi)星的:(1)線速度之比;(2)角速度之比;(3)周期之比;(4)向心加速度之比. 參考答案: 解答:(1)由 得v= 所以v1∶v2=1∶2. (2)由=mω2r 得ω= 所以ω1∶ω2=1∶8. (3)由T= 得T1∶T2=8∶1. (4)由=ma 得a1∶a2=1∶16. 課案片段二:三個(gè)宇宙速度 教師活動:提出問題,讓學(xué)生帶著問題去閱讀課文,思考問題,交流討論,解決問題. 問題:1.什么是第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度? 2.第一宇宙速度是如何推導(dǎo)出來的? 3.將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個(gè)更容易?為什么? 4.所需的發(fā)射速度,哪一個(gè)更大?為什么? 5.發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度?發(fā)射速度大說明什么?衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速度大又說明什么? 學(xué)生閱讀課文,思考、討論,學(xué)生代表發(fā)言: 結(jié)論:1.第一宇宙速度:人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度,是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,v1=7.9 km/s. 第二宇宙速度:在地面上發(fā)射物體,使之能夠脫離地球的引力作用,成為繞太陽運(yùn)行的人造衛(wèi)星或飛到其他行星上去所必須達(dá)到的最小發(fā)射速度.v2=11.2 km/s. 第三宇宙速度:在地面上發(fā)射物體,使之最后能脫離太陽的引力范圍,飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度.v3=16.7 km/s. 2.第一宇宙速度的推導(dǎo):由v=,應(yīng)用近地條件r=R(R為地球半徑),R=6 400 km,代入地球質(zhì)量M=61024 kg,得v==7.9 km/s. 第一宇宙速度的另一種推導(dǎo): 在地面附近,重力等于萬有引力,此力提供衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動的向心力.(地球半徑R、地面重力加速度g已知) 由mg=得v=m/s=7.9 km/s. 說明:上述兩種推導(dǎo)地球上第一宇宙速度的方法,也可以推廣運(yùn)用到其他星球上去.即知道了某個(gè)星球的質(zhì)量M和半徑r,或該星球的半徑r及表面的重力加速度g,可以用同樣方法,求得該星球上的第一宇宙速度. 3.將衛(wèi)星送入低軌道容易,因?yàn)橄虻蛙壍腊l(fā)射衛(wèi)星,火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龅墓ι? 4.向高軌道發(fā)射,所需要的發(fā)射速度大. 5.發(fā)射速度與環(huán)繞速度不同.發(fā)射速度是將衛(wèi)星送入軌道,在地面上所必須獲得的速度.環(huán)繞速度是衛(wèi)星發(fā)射成功后,環(huán)繞地球運(yùn)行時(shí)的速度.由上述分析知,發(fā)射速度越大,軌道半徑越大,由v=知,環(huán)繞速度越小. 知識拓展 1.根據(jù)三個(gè)宇宙速度的定義,三個(gè)宇宙速度又分別叫環(huán)繞速度、脫離速度、逃逸速度. 2.v1=7.9 km/s是最小的發(fā)射速度,但卻是最大的環(huán)繞速度.①7.9 km/s- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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