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1、宇宙航行教學設計與反思 金迎時 吉林省乾安縣第四中學 131400注：在首屆“全國中學物理新課程高效課堂教學設計群英大賽”中榮獲二等獎。一、設計思路1. “宇宙航行”是人教版普通高中物理教材必修2第六章“萬有引力與航天”的第五節(jié)內容，介紹了萬有引力的實踐性成就，萬有引力理論使人類實現(xiàn)“飛天”夢想。本節(jié)課是一節(jié)知識應用與擴展的課程，所以設計時注意加大知識含量，引起學生興趣。同時注意方法的培養(yǎng)，讓學生養(yǎng)成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣，避免套公式的不良習慣。圍繞第一宇宙速度的討論，讓學生形成較正確的衛(wèi)星運動圖景。2.積極創(chuàng)設問題情境、啟發(fā)學生思維；利用電教媒體提供豐富的信息

2、資源和交互平臺。二、教學目標 1、知識與技能. 能夠用萬有引力定律和牛頓第二定律推導第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度及其意義。. 理解衛(wèi)星的運行速度、周期與半徑的關系，建立起關于各種衛(wèi)星的運行狀況的正確圖景。2、過程與方法 .經(jīng)歷探究人造衛(wèi)星由設想變?yōu)楝F(xiàn)實的過程，體會猜想、外推的科學方法，培養(yǎng)學生的科學思維。.通過用萬有引力定律推導第一宇宙速度，提高學生運用學過的知識分析和解決新問題的能力，培養(yǎng)學生科學探索能力。. 通過對衛(wèi)星運動規(guī)律的研究，幫助學生建立起關于各種人造地球衛(wèi)星運行狀況的正確圖景。幫助學生養(yǎng)成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣，3、情感與態(tài)度價值觀.了解人

3、類探索太空的過程，感受科技發(fā)展對人類進步的巨大促進作用，通過對我國航天事業(yè)發(fā)展史的了解，滲透愛國主義教育。.感知人類探索宇宙的夢想及巨大成就，激發(fā)學生學習物理的熱情，促使學生樹立獻身科學的人生觀和價值觀。三、教學重難點重點：第一宇宙速度的推導；對人造地球衛(wèi)星原理的理解；研究天體運動的基本思路與方法。難點：第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，是衛(wèi)星環(huán)繞地球運行的最大速度；人造衛(wèi)星的速度、周期的比較。四、教學方法和手段以啟發(fā)式教學、建構主義為指導思想，采用以問題為中心的課堂教學模式，結合多媒體輔助教學。五、教學設備多媒體教學輔助課件六、教學過程（一）引入新課教師：浩瀚的宇宙、閃爍的星空，神秘而美麗的

4、太空一直牽引著人類無限的遐想。隨著科技的發(fā)展，人類終于擺脫了大地的束縛和引力的牽絆，實現(xiàn)了飛天的夢想。我國航天員也第一次把中國人的足跡印在飛船艙外的茫茫太空之中。展示神舟飛船圖片及航天員翟志剛太空漫步圖片。本節(jié)課我們就來學習人類是如何走出地球、飛向宇宙，進行宇宙航行的。（板書課題）設計說明：由人類飛天之夢的歷史激發(fā)學生的求知欲和民族自豪感，從而引入課題。（二）新課教學1.牛頓的設想教師：提供生活經(jīng)驗：我們知道，地球對周圍的物體有引力作用，因此拋出的物體要落回地面。在地面上將一個物體水平拋出，拋出時速度越大，落地點距拋出點的水平距離越大。（動畫模擬演示）思考：地球是個球體，如果拋出速度很大時，我

5、們還能將地面看作平面嗎？如果速度繼續(xù)一直增大，會出現(xiàn)什么情況呢？學生：思考并回答。教師：將學生的回答與牛頓的設想作對比，作出肯定，使學生體驗思考的快樂。 （多媒體播放“牛頓關于人造衛(wèi)星的設想”）設計說明：創(chuàng)設問題情境，經(jīng)歷探究人造衛(wèi)星由設想變?yōu)楝F(xiàn)實的過程，體會猜想、外推的科學方法，感受科學家的思想之偉大，培養(yǎng)學生的科學思維。2、三種宇宙速度教師：從牛頓提出設想到第一顆人造衛(wèi)星上天，歷時近三百年。這是因為發(fā)射衛(wèi)星所需的速度太大了，當時人類科技的水平還產(chǎn)生不了這樣大的速度。思考：以多大的速度將物體拋出，它就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星？解法一：（學生1：板書）設地球和人造地球衛(wèi)星

6、的質量分別為和, 衛(wèi)星到地心的距離是,衛(wèi)星的環(huán)繞速度為：,代入數(shù)據(jù)得：。教師：在地面表面附近萬有引力的大小與重力的關系是什么?學生：重力近似等于萬有引力教師：你能根據(jù)這一關系，從另一角度求這個速度嗎？解法二：（學生2：板書）代入數(shù)據(jù)得：教師：這就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度，又叫環(huán)繞速度，它是發(fā)射一個物體、使其成為地球衛(wèi)星的最小速度。若以第一宇宙速度發(fā)射一個物體，物體將在貼著地球表面的軌道上繞地球做勻速圓周運動。討論與交流：如果衛(wèi)星的發(fā)射速度大于，會出現(xiàn)什么情況呢？（鼓勵學生大膽猜想）（動畫演示宇宙速度課件，加深學生理解。）學生思考回答，教師進行總結

7、說明。設計說明：教師適當?shù)靥崾?、引導，讓學生動腦、動手，利用所學知識推導第一宇宙速度。同時，鍛煉學生利用所學知識分析和解決新問題能力，培養(yǎng)學生科學探索能力。3、衛(wèi)星的運行規(guī)律（動畫演示衛(wèi)星運行課件，建立正確圖景）1、所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上2、“高軌低速長周期”教師：為簡單起見，如果我們將不同軌道上的衛(wèi)星繞地球運動都看成是勻速圓周運動，請同學們利用已學的知識，探究衛(wèi)星繞地球的運行速度、周期與軌道半徑的關系。學生3：板演得： 設計說明：通過對衛(wèi)星運動規(guī)律的研究，幫助學生建立起關于各種人造地球衛(wèi)星運行狀況的正確圖景，幫助學生養(yǎng)成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的

8、習慣。4.課堂練習 例1 我國發(fā)射的第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號”的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質量約為地球質量的，月球的半徑約為地球半徑的，地球上的第一宇宙速度約為，求“嫦娥一號”探月衛(wèi)星繞月球運行的速率？（約）（動畫模擬“嫦娥一號”探月衛(wèi)星發(fā)射，讓學生了解衛(wèi)星發(fā)射的全過程，為課堂練習提供問題情境。） 例2 如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質量相同，且小于c的質量，則（ BD ） A.b所需向心力最大 B.b、c周期相等，且大于a周期 C.b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度 D.b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度設計說明：加強

9、學生對知識的遷移與應用，加深學生對天體運動的動力學關系的正確理解，實現(xiàn)練習與課堂內容的高度統(tǒng)一。5.夢想成真教師：探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠的太空，是人類自古以來的夢想。讓學生閱讀材料“夢想成真”內容。（以人類載人航天50周年紀念為切入點，通過圖片及視頻展示，了解人類探索太空的歷史。）教師：盡管人類已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙之宏大，地球和月球不過是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對于宇宙之久長，人類歷史不過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深邃而廣闊。宇宙有沒有邊界？有沒有起始和終結？地外文明在哪里？這些都是留給大家將來去解決的問題。設計說明：讓學生了解人類探索太空

10、的過程，感知人類探索宇宙的夢想及成就。激發(fā)學生學習物理的熱情，促使學生樹立獻身科學的人生觀和價值觀。（三）課堂小結 1. 三種宇宙速度： v1=7.9km/s（會推導）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s2. 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供:（四）布置作業(yè)1閱讀教材中的“科學漫步”和“STS”材料；2上網(wǎng)查閱：人造衛(wèi)星的種類、同步衛(wèi)星的含義及特點。將學生分組，每個小組任選一個主題進行研究，并利用互聯(lián)網(wǎng)搜集查找相關資料，制作匯報PPT或海報，下節(jié)課進行交流共享。專題學習網(wǎng)站： 中國載人航天工程網(wǎng)：； 中國探月網(wǎng)： 板書設計： 宇宙航行一、牛頓的設想二、宇宙速度 第一宇宙速度：第二宇宙速度： 第三宇宙速度：。三、衛(wèi)星的運行規(guī)律教學反思 這一節(jié)重點講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導了第一宇宙速度,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上應用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現(xiàn)了知識的力量，是學生學習了解現(xiàn)代科技知識的一個極好素材。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”中的重點內容，是學生進一步學習研究天體物理問題的理論基礎。另外，學生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對航天科學的熱愛，培養(yǎng)學生對科學的興趣。