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《宇宙航行》教学设计

编辑:宁喆 发布时间:2013-11-25 08:38:13点击次数:

《宇宙航行》教学设计

——新课标背景下问题探究式教学模式的尝试

黄梅二中  王文斌

教材分析

     “宇宙航行”是人教版————普通高中《物理》教材·必修2 ——— 第六章“万有引力与航天”的第五小节。介绍万有引力的实践性成就,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。通过对人造卫星原理、宇宙速度等宇宙航行知识的学习,有助于帮助学生巩固前面所学的运动学和动力学知识,还可以让学生对万有引力定律有个更全面、更深入的认识,学生通过人类探索宇宙之路的了解,潜移默化对航天科学的热爱,同时通过介绍我国航天事业的发展,增强民族自豪感和自信心。科学漫步栏目里,介绍黑洞概念的起源、人们对它的种种推测,科学家对于黑洞的理论研究以及黑洞的最新研究和观测结果,并明确指出在黑洞问题上经典力学不适用.目的是给学生打开一扇科学窗口,开阔眼界,启迪思维。

二,教学目标

知识与技能

    1.了解人造卫星的最初构想.

    2.知道三个宇宙速度的数据及含义,会推导第一宇宙速度.

过程与方法   

1,  经历探究人造卫星由设想变为现实的过程,体会猜想、外推的科学方法,培养学生的科学思维。

2,  通过用万有引力定律推导第一宇宙速度.培养学生运用知识解决问题的能力

情感、态度与价值观

    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.感知人类探索宇宙的梦想.通过介绍我国在卫星发射方面的情况.激发学生的爱国热

情.促使学生树立献身科学的人生价值观.

三,教学重难点

教学重点  第一宇宙速度的推导.

教学难点  卫星的运行速度和卫星发射速度的区别。

四,设计理念

美国教育家G.玻利亚指出,不要把你的全部秘诀一古脑地倒给学生,而要让他们先猜想一番,引导他们独立地思考,找出尽可能多的东西,然后再讲给他们听。在这种教育思想的启发下,我以问题为中心的课堂教学模式教学。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。因此教学以建构主义为指导思想,在每个环节,先用多媒体创设真实的问题情境,让学生形成感性认知,从学生的已有的认知结构出发,然后通过设计有利于学生智慧开的启发性问题,激发学生的好奇心和求知欲,启发学生的思考,引导学生讨论交流、分析推导、掌握获取相关的知识和方法。即创设问题情境 设疑 思考 启发 引导,这样一条主线。在设计中突出发挥学生的主体作用。这是本课教学设计的基本理念。

五,教学方法  

问题启发探究式教学 多媒体辅助教学

六,教学准备  

多媒体ppt课件  flash动画  有关卫星发射视频资料、

七,教学过程

(一),引入新课

探索宇宙的奥秘,奔向广阔而遥远的太空,是人类自古以来的梦想。俄国科学家齐奥尔科夫斯基说过:“地球是人类的摇篮,人类绝不会永远躺在摇篮里。”1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星,开创了人类航天时代的新纪元。

利用多媒体播放人造卫星在圆形轨道上的运行以及演示月亮绕地球转动的视频

教师引导:抛出的石头会落地,为什么卫星、月亮没有落下来?本节课,我们就来学习怎样发射卫星,人类是如何走出地球进行宇宙探索的。

设计意图:创设情景,激起学生学习兴趣,引导学生思考,引入新课。

(二),进行新课

1、牛顿的设想

教师提问物体做平抛运动时,飞行的距离与哪些因素关?

学生回答与物体平跑时初速度v和物体的高度h有关。

设计意图复习平跑运动规律及公式,为下面教学做铺垫。

创设情景:牛顿设想在高山上水平抛出物体,初速度越大,水平射程就越大,可以想象当初速度足够时,物体将不会落到地面,和月球一样成为地球的一颗卫星。牛顿的设想由于受技术条件的限制,物体不可能达到这样的速度,但他的思想启发了后人,在太空探索中立了头功。

边讲解边用Flash动画模拟演示“牛顿关于人造卫星的设想”。

设计意图培养学生实验与理论相结合能力和对物理现象进行大胆而合理猜想的科学思维能力

2,宇宙速度

探究问题一

创设情景:人造卫星在绕地球运行时,只受到地球对它的万有引力作用,人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供

教师提问:以多大的速度水平抛出这个物体,它才会绕地球表面运动而不会落下来?

已知地球质量为5.89×1024Kg,半径为R = 6.37×106mG = 6.67×10-11N·m2/Kg2

学生探究:由于万有引力提供向心力,则76d0abae7a5cd3fd0e5d0674d94c0ebc.jpg

    由此解出5e1744a0edd4685e177d2e6f80832c19.jpg

在地面附近绕地球运行,可以近似认为r = R,代入,

   17175876cf37aa3c43101f796133c0a7.jpgm/s = 7.9Km/s

教师总结 v1 = 7.9km/s当卫星“贴着”地面绕地球做匀速圆周运动飞行时,所必须具有的速度,7.9km/s叫第一宇宙速度。

教师引导:若只知道地球表面g和地球的半径r还能得出第一宇宙速度吗?

学生探究:还可以利用“黄金”代换

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 解得:  aa4afee16da05808bee662b4461f0b2e.jpg

 

设计意图:知识由学生自主探究得到,真正的体现学生的主体地位和老师的主导作用。使他们从被动接受变为主动索取。

探究问题二

创设情景:

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,被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定的高度、进入运动轨道

运行速度是指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。

引出问题:人造卫星的运行速度和周期与轨道半径的关系是怎样的呢?

设地球质量为M,卫星质量为m,轨道高度为h,地球半径为R

学生探究:由于万有引力提供向心力,

efecc92054a2548b5b7deb368c33a08d.jpg  解得  371d367006009a4012875ac7682770ca.jpg

引导学生总结:离地面越高的轨道上运行的卫星,线速度小。

    c39e3fcb4441ef35b5a5425cbd5a7fbb.jpg44d6de06819fb3c897bf17b3a0fbad12.jpg

引导学生总结:离地面越高的轨道上运行的卫星,周期长

教师讲解强调: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。第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度,也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。

设计意图:突破难点,使学生加深对第一宇宙速度的确切理解

探究问题三

创设情景:我们搬东西,搬到一楼容易还是搬到五楼容易?如果你是科学家,发射一个人造行星至少要多大速度?

引出问题1)将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易?为什么?

2高轨道上运行的卫星速度小,是否发射也容易呢?

教师引导如果卫星的发射速度大于 ,会出现什么情况呢?(鼓励学生大胆猜想)

学生思考发射速度越大,人造卫星就进入更高的轨道,同时万有引力减小,当速度大到某一值时,卫星就会做离心运动,脱离地球的引力,不再绕地球运动。

教师总结:这个速度大小为v2=11.2km/s,也叫第二宇宙速度,如果以这样的速度发射卫星,卫星就会挣脱地球的束缚,成为绕太阳运行的人造行星。

若要卫星挣脱太阳引力的束缚,飞到太阳系以外的空间,速度必须等于或大于16.7km/s,这个速度叫第三宇宙速度。

一边讲解一边用flash动画展示三个宇宙速度

设计意图通过思考学习,使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题,能解决实际问题,增强学生学习物理的热情

3,梦想成真

教师讲解:

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,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”。

    1957年10月4,世界上第一颗人造地球卫星在苏联发射成功。(展示图片)

    1961年4月12世界上第一次载人飞行,苏联空军少校加加林进入了“东方一号”载人飞船.然后重返大气层,安全降落在地面上,铸就了人类进入太空的丰碑。(展示图片)

    1969年7月16932分,类第一次登上月球,美国“阿波罗11号”成功登临月球,蛾人航天技术迅速发展.(展示图片)

1992年,中国载人航天工程正式启动.200310159时,我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射,把中国第一位航天员杨利伟送人太空.飞船绕地球飞行14圈后,于1016623分安全降落在内蒙古主着陆场.这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想,标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家,为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础.

播放一段嫦娥探月的视频)。

   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。

   1986128,美国,挑战者号航天飞机升空后爆炸,七名宇航员遇难。

   200321,美国,哥伦比亚号航天飞机返航时爆炸,七名宇航员遇难。(展示图片)

(借助于多媒体,一边向学生展示,一边介绍)

设计意图:

让学生了解人类探索宇宙的历程,培养学生热爱科学、介绍我国的航天事业,渗透爱国主义教育。

希望学生努力学习、振兴中华的责任感。

(三),课堂小结

   这一节课我们探究了第一宇宙速度是7.9km/s是发射人造卫星的最小速度,也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。有了万有引力定律的指引,人类已经跨入太空,登上月球,随着航天技术的发展,人类探索宇宙的奥秘会走的更远。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。

八、作业设计

1.阅读教科书上P42的科学漫步“黑洞”

2.课后习题P44T1T3

九、板书设计

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十 教学反思

 笔者所在的学校是一所农村普通高级中学。在这节课中始终以学生为主体,精心设计学习活动。没有让学生机械的记忆,给学生足够的主动探索时间、通过学生的思考、动手、观察、讨论,激发学生的学习热情,使学生由被动接受知识转化为主动的获取知识,让学生真正学会如何学习,让学生的创新潜能得到最大发挥。在探究 中注重思路,只需估算,这样做可以节约时间。学生的爱国情操和民族自豪感得到了充分发挥,本节中需要改进的地方是,没有给机会让学生自己发现问题和提问的机会,以发展学生反思的能力

 


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