优秀教案系列
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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,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,对人造卫星速度、周期的比较。解决卫星变轨中的各种相关问题。
教学方法
以启发式教学、建构主义为指导思想,采用以问题为中心的课堂教学模式,结合多媒体辅助教学。
课时安排
2课时
教学准备
多媒体教学设备、学案等
教学
教学设计
教学环节
教学过程
设计意图
评价维度
课前准备
[课前练习]复习天体运动,并完成相关练习。
练习:(多选)假如一做匀速圆周运动的人造地球卫星的轨道半径增大到原来的两倍,仍做匀速圆周运动,下列说法正确的是()
A.由v=ωr,知卫星运动线速度将增大到原来的2倍
B.由F=mv2
C.由F=GMmr2
D.由B、C给出公式,知卫星线速度减小到原来2
答案:CD
能否对由简单到复杂的物理问题进行分析和推理,获得结论并作出解释。
课堂引入
[情境引入]“奔月”与“飞天”的梦想。
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”。
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,其中中国有上百颗,全球有近10个国家成功发射月球卫星,中国名列其中,中国航天事业蓬勃发展,在全球亦属名列前茅,早已实现了古人“奔月”与“飞天”的梦想。
由人类飞天之梦引入课题。
通过教师讲演,配合图片展示,激发学生的求知欲和民族自豪感,从而使课堂教学在一个良好的氛围中开始。
能否通过情境引入落实学习目标。
问题串
导学
【历史足迹】
牛顿的设想
问题1:由平抛运动知识可知“物体平抛时水平初速度越大,飞行的水平距离越远”。地球是个球体,如果抛出速度很大,则飞行的距离很长,此时我们还能将地面看作平面吗?若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会如何运动?
牛顿的设想:从高山上用不同的水平速度抛出物体,速度一次比一次大,落地点也就一次比一次离山脚远。如果没有空气阻力,当速度足够大时,物体就永远不会落到地面上来。它将围绕地球旋转,成为一颗永远绕地球运动的人造地球卫星。
选取生活中的典型事例,创设问题情境,并设计出能对学生的智慧构成挑战的问题,激发学生的好奇心,使其转化成强烈的求知欲。
续表
教学环节
教学过程
设计意图
评价维度
问题串
导学
[问题串]
1.模拟动画中,最终铅球绕地球在做什么运动?
2.是什么力提供它做圆周运动的向心力?
3.如果F万F向,铅球会做什么运动?
4.如果F万F向,铅球会做什么运动?
5.在什么情况下铅球才会稳定地围绕地球做圆周运动?铅球的速度应该多大呢?
在已有事实的基础上,合理地外推、科学地假设,是认识未知事物的一种科学的方法。
演示“牛顿关于人造卫星的设想”Flash课件。
将学生的回答与牛顿的设想作对比,使学生体验思考的快乐。
科学推理
与论证
【例题】若已知G=6.67×10-11N·m2/kg2,地球质量M=5.98×1024kg,地球半径R=6400km,铅球以多大的速度才能绕地球表面运动成为地球的一颗卫星?
例题解答:设铅球质量为m,铅球受到的万有引力提供铅球做圆周运动的向心力
GMmR2=mv2R,v=GMR
【变式训练】若地球质量未知,而知道地球表面处的重力加速度和地球半径,如何求得这个速度?
解答:mg=mv2R,v=gR,代入数据得v=7
在地球表面万有引力近似等于重力,所以这两种推导方法都是正确的。
人们把7.9km/s这个速度叫作第一宇宙速度,它是近地卫星的环绕速度,也是近地卫星的发射速度。
[归纳总结]第一宇宙速度的物理意义:
a.是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。
b.是在地面附近