宇宙航行教學(xué)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)思想本節(jié)內(nèi)容是萬(wàn)有引力定律應(yīng)用的重點(diǎn)內(nèi)容，是勻速圓周運(yùn)動(dòng)和萬(wàn)有引力定律的結(jié)合。在宇宙速度的教學(xué)部分，教師合理的為學(xué)生搭建臺(tái)階，學(xué)生建立物理模型應(yīng)用已知的圓周運(yùn)動(dòng)和萬(wàn)有引力定律推導(dǎo)人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度，培養(yǎng)學(xué)生解決物理問(wèn)題的能力。本節(jié)課是“萬(wàn)有引力定律與航天”中的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究、探索天體物理問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。另外，學(xué)生通過(guò)對(duì)人類在宇宙航行領(lǐng)域中的偉大成就及我國(guó)在航天領(lǐng)域成就的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對(duì)航天科學(xué)的熱愛(ài)，增強(qiáng)學(xué)生的民族自信心和自豪感。二、教學(xué)目標(biāo)（1）知道人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行原理，會(huì)運(yùn)用萬(wàn)有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)公式分析解答有關(guān)衛(wèi)星運(yùn)行的原因。（2）掌握三個(gè)宇宙速度，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。（3）理解衛(wèi)星的運(yùn)行速度、周期與半徑的關(guān)系，了解同步衛(wèi)星的特點(diǎn)。建立起關(guān)于各種衛(wèi)星運(yùn)行狀況的正確圖景。（4）了解人類探索太空的過(guò)程，感受科技發(fā)展對(duì)人類進(jìn)步的巨大促進(jìn)作用，通過(guò)對(duì)我國(guó)航天事業(yè)的了解，參透愛(ài)國(guó)主義教育。三、教學(xué)方法多媒體輔助教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、“問(wèn)題-探究式”教學(xué)。四、教學(xué)重點(diǎn)（1）第一宇宙速度的推導(dǎo)，了解第二、第三宇宙速度。（2）衛(wèi)星運(yùn)行速率與軌道半徑之間的關(guān)系。五、教學(xué)難點(diǎn)人造衛(wèi)星運(yùn)行速度與衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別。教學(xué)過(guò)程：創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)情感，引入新課利用多媒體觀看“神七問(wèn)天”教師：衛(wèi)星是如何上天的？是如何到達(dá)指定高度的？會(huì)掉下來(lái)嗎？是什么力使衛(wèi)星能繞地球飛行？本節(jié)課，我們就來(lái)學(xué)習(xí)人類如何走出地球，飛上宇宙，進(jìn)行宇宙航行的。新課教學(xué)1、引導(dǎo)學(xué)生猜想、提出“牛頓的設(shè)想”。教師：我們知道，地球?qū)χ車囊磺形矬w都有引力的作用，因此我們拋出的物體會(huì)落回地面，在地面拋出一個(gè)物體，拋出的速度越大，落地點(diǎn)與拋出點(diǎn)的水平距離越大。地球可近似看成個(gè)球體，如果拋出的速度很大，地面還能看成是水平面嗎？學(xué)生：不能？應(yīng)是球面。教師：如果不斷增大拋出的速度，可能出現(xiàn)什么現(xiàn)象？牛頓說(shuō)過(guò)“沒(méi)有大膽的猜測(cè)就沒(méi)有偉大的發(fā)現(xiàn)”。在已有事實(shí)的基礎(chǔ)上，合理外推，科學(xué)假設(shè)，是認(rèn)知未知事物的一種科學(xué)方法。那么由以上事實(shí)基礎(chǔ)，你能做出怎樣的猜想呢？學(xué)生：思考并回答。教師：同學(xué)們今天的想法居然與牛頓當(dāng)年的想法是一樣的，這是牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中的衛(wèi)星發(fā)射原理。陳述牛頓的設(shè)想：從地球上最高的山峰上將物體水平拋出，速度越大，落地點(diǎn)就越遠(yuǎn)。如果沒(méi)有空氣阻力，拋出的速度足夠大時(shí)，物體就不再落回地面，它將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為一顆人造地球衛(wèi)星。將學(xué)生猜想與牛頓的設(shè)想作對(duì)比，做出肯定，讓學(xué)生體驗(yàn)思考的過(guò)程帶來(lái)的快樂(lè)。2、三種宇宙速度教師：從牛頓提出大膽的設(shè)想到第一顆人造衛(wèi)星成功發(fā)射，經(jīng)歷了近三百年，為什么呢？因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星的速度太大了，當(dāng)時(shí)人類的科技水平還不能制造這么高速的物體。那么，最少以多大的速度將物體拋出，它才會(huì)繞地球運(yùn)動(dòng)不會(huì)落下來(lái)？（提示：將衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)近似看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)）推導(dǎo)：設(shè)地球和人造衛(wèi)星的質(zhì)量分別為M和m，衛(wèi)星到地心的距離為R，衛(wèi)星的運(yùn)行速度為V。萬(wàn)有引力提供向心力，則：方法一：方法二：教師：這就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)必須具有的速度，叫第一宇宙速度。它也是發(fā)射一個(gè)物體，使其成為地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度。若以第一宇宙發(fā)射一個(gè)物體，它將在貼著地球表面的軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。那么，如何使物體的速度達(dá)到7.9㎞／ｓ呢？教師適當(dāng)補(bǔ)充：發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無(wú)能量補(bǔ)充，被發(fā)射物體僅依靠自己的初動(dòng)能克服地球引力上升一定的高度，進(jìn)入運(yùn)行軌道，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。運(yùn)行速度指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度。當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面飛行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度，當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時(shí)，運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度、角速度、周期都與衛(wèi)星質(zhì)量無(wú)關(guān)，僅由軌道半徑?jīng)Q定。當(dāng)衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行時(shí)，軌道半徑最小，運(yùn)行速度最大，此時(shí)發(fā)射速度與運(yùn)行速度相等。故第一宇宙速度既是衛(wèi)星最小的發(fā)射速度也是最大運(yùn)行速度。（4）同步衛(wèi)星所謂同步衛(wèi)星，是相對(duì)于地面靜止的，和地球具有相同周期的衛(wèi)星，T=24h，同步衛(wèi)星必須位于赤道的上方距地面高h(yuǎn)處，并且h是一定的，同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星。由（T為地球的周期，M、R分別為地球的質(zhì)量、半徑），代入得4、夢(mèng)想成真通過(guò)網(wǎng)絡(luò)播放視頻：人類航天發(fā)展史中的主要標(biāo)志性事件(1)1957年(2)1961年4月12日：蘇聯(lián)27歲的宇航員尤里·加加林乘坐(3)1969年7月20日：美國(guó)(4)2003年10月15日9時(shí)整，我國(guó)自行研制的“神舟”五號(hào)載人飛船在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。這是中國(guó)首次進(jìn)行載人航天飛行。乘坐“(5)2007年10月24日教師適當(dāng)介紹我國(guó)的探月計(jì)劃：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們的夢(mèng)想逐漸成真，也許有一天我們也能到其它星球旅游定居。這些夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn)有賴以我們今天的努力學(xué)習(xí)。5、課堂小結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了如何用萬(wàn)有引力定律來(lái)研究衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，深化了對(duì)萬(wàn)有引力是向心力這一研究天體運(yùn)動(dòng)的基本方法的掌握，了解了衛(wèi)星發(fā)射與運(yùn)行的情況，知道三種宇宙速度的含義。目前，盡管人類已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對(duì)于宇宙之宏大，地球和月亮不過(guò)是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對(duì)于宇宙之久長(zhǎng)，人類歷史不過(guò)是宇宙年輪上一道小小的刻痕。宇宙留給人們的思考和疑問(wèn)深邃而廣闊。宇宙有沒(méi)有邊界？有沒(méi)有起始和終結(jié)？6、布置作業(yè)(1)P48問(wèn)題與練習(xí)：1、3，同步作業(yè)P64(2)閱讀教科書(shū)上P46的科學(xué)漫步“黑洞”及P47中STS“航天事業(yè)改變著人類生活”。(3)上網(wǎng)查閱：人造衛(wèi)星的種類特點(diǎn)四、夢(mèng)想成真：了解了人類的航天發(fā)展史。7、板書(shū)設(shè)計(jì)宇宙航行一、牛頓的設(shè)想二、宇宙速度第一宇宙速度：V1=7.9km（1、