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宇宙速度物理教学设计

时间：2024-01-05 17:30:20 教学设计我要投稿

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宇宙速度物理教学设计

　　作为一名辛苦耕耘的教育工作者，有必要进行细致的教学设计准备工作，教学设计要遵循教学过程的基本规律，选择教学目标，以解决教什么的问题。我们该怎么去写教学设计呢？以下是小编帮大家整理的宇宙速度物理教学设计，希望能够帮助到大家。

宇宙速度物理教学设计

宇宙速度物理教学设计1

　　一、教材分析

　　1.知识特点:教材针对高一学生的基础和接受能力,重点突出了“宇宙速度”的教学,并强调逻辑的严密性。

　　2.知识地位:人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例,是人类征服自然的见证,体现了知识的力量,是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论,更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此,本节课是“万有引力定律”中的重点内容,是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。

　　二、教学目标

　　知识目标:

　　①了解人造卫星的发展历史;知道人造地球卫星的运行原理,会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因;

　　②掌握三个宇宙速度,会推导第一宇宙速度;

　　③能用所学知识求解卫星基本问题。

　　能力目标:

　　①培养学生科学探索能力;

　　②渗透物理方法教育,培养学生在处理实际问题时,如何忽略次要因素,抓住主要因素,抽象出物理模型的能力;

　　③培养学生归纳、分析和推导能力。

　　情感目标:介绍我国航天事业的发展现状,激发学生的求知欲和民族自豪感,培养爱国热情。

　　三、教学重点、难点

　　1.重点;

　　(1)人造卫星的运行原理

　　(2)第一宇宙速度的推导;

　　(3)卫星做圆周运动时,各物理量的关系。

　　2.难点;人造卫星运行速度与发射速度的区别;

　　3.疑点;黑洞真的存在吗?

　　四、教学方法

　　启发式教学、多媒体辅助教学。

　　1.教师;通过多媒体将抽象的卫星运动直观展示,加强学生的理解,并引导学生进行分析,最后对学生的结论进行补充和总结。

　　2.学生:通过观察,分析原理,并主动参与得出自己的观点,并用练习加强结论的理解。

　　五、教学准备:

　　多媒体课件制作

　　六、教学流程

　　引言——人造卫星发展历史——人造卫星运行原理——卫星各个物理量与半径的关系——第一宇宙速度的推导——发射速度与运行速度的区别——第二宇宙速度与第三宇宙速度

　　七、教学过程

　　(一)引课(牛顿的卫星遐想)

　　1.历史:

　　①苏联在1957年10月4日成功发射了世界第一颗人造地球卫星。

　　②美国

　　③我国航天事业

　　2.分类:天文学卫星通信卫星地球观察卫星导航卫星侦查卫星空间卫星

　　3.过度:xxxx年2月10日一家美国公司的商业卫星在与一颗已报废的俄罗斯军用卫星发生的碰撞中遭到破坏。

　　(二)人造地球卫星

　　1.抛物演示实验:学生观察落地点的'变化,落地点为什么会变化?

　　2.牛顿的思考与设想:

　　△抛出的速度v越大时,落地点越远,速度不断增大,将会出现什么结果?

　　△牛顿根据自己的设想草拟了一幅极富创意的人造卫星原理图。

　　△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。

　　引出人造地球卫星(简称人造卫星)的概念。

　　(三)宇宙速度

　　问题的提出:

　　①地球近似看成圆,则人造卫星环绕地球旋转时做的是什么运动?

　　②人造卫星做匀速圆周运动的向心力由谁提供?

　　公式推导:假设地球质量M,卫星质量为m,卫星到地心的距离为r,卫星运转的速度为v。

　　根据万有引力和圆周运动规律,引导学生分析、研究,并自己独立求出卫星运转速度:

　　公式拓展(学生自我推导)

　　角速度

　　卫星运行周期

　　公式分析:

　　不同的人造地球卫星,G、M是恒量,r是变量。

　　人造卫星离地面越高,卫星环绕地球的运动线速度、角速度越小,周期T越大。

　　学生思考:

　　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所需要的发射速度,哪一个更大?为什么?

　　③发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度?发射速度大说明什么?卫星运转速度大又说明什么?

　　近地轨道卫星分析方法:

　　方法1:启发:靠近地面时,r的值近似等于多少?

　　r≈R(地球半径)=6.37×106mG=6.67×10-11N.m2/kg2

　　M地=5.89×1024kg

　　提问:近地轨道卫星的周期是多少?

　　学生上台求解:T==2×3.14×=85分钟

　　再问:能否发射一颗周期为80分钟的卫星?为什么?

　　让学生讨论、分析,叫学生回答,得出结果:不能

　　方法2:启发:靠近地面时,r的值近似等于R地。
万有引力学生分析出≈mg

　　由=mg=v1=

　　将数据代入求解v=v1=7.9km/s是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度,叫第一宇宙速度。

　　学生思考:我们刚研究过,当卫星的轨道半径越大时,卫星绕地球旋转时的速度越小,卫星发射时越难,送入轨道需要消耗的能量越多,发射的

　　速度必须越大,由此我们可以得出要将人造卫星送入轨道运行速度必须大于多少?

　　学生分析得出v≥7.9km/s

　　引导:发射速度越大,人造卫星就进入更高的轨道,当速度大到某一值时,卫星就会脱离地球的引力,不再绕地球运动我们把这个速度叫第二宇宙速度,它的大小为v2=11.2km/s。

　　同时分析飞到太阳系以外的宇宙空间,速度必须等于或大小16.7km/s,这个速度叫第三宇宙速度。

　　(四)知识巩固

　　例1一位同学根据向心力公式F=,若人造卫星质量m不变,当轨道半径r增大2倍时,人造卫星需要的向心力减小为原来的。另一位同学根据卫星的向心力绕地球行,由公式F=G推断,当r增大2倍时,人造卫星需要的向心力减小为原来的,哪位同学的说法对?说错的错在哪里?

　　例2地球同步卫星是相对于地面静止的和地球具有相同周期的卫星,周期T=24n,同步卫星必位于靠道上方n处,且n是一定的,已知地球半径R=6400km,试计算同步卫星的高度和速率。

　　(五)小结

　　(六)作业布置

　　1.阅读了解书上P110的阅读材料“黑洞”

　　2.P1042、7

宇宙速度物理教学设计2

　　教材分析

　　本节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非常重要实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。学生通过行星的运动一节已经知道了行星的运动规律，因此在分析人造卫星的运动学特点，和动力学特点可采取类比的方法，近而进一步理解应用万有引力定律分析天体运动的方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习、研究、探索天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人类在宇宙航行领域中的伟大成就及我国在航天领域成就的了解，增强学生的民族自信心和自豪感。

　　学情分析

　　学生已掌握了运动的合成与分解、牛顿运动定律、圆周运动等章节的理论。并在本章之前学习了天体的运动，和万有引力定律的知识，能运用万有引力定律揭示一些天体运动的特点。学生可以类比行星运动的特点原理自己分析人造卫星的规律。另外学生也可以利用前面的知识和对宇宙奥秘的好奇心来探索人造卫星的发射及宇宙速度。学生可以通过联想上一章所学的对平抛物体的运动的处理方法来探究牛顿的思考，以地心为参考系平抛出去的物体从空间运动效果上可分解为指向地心的自由落体运动和绕地心的匀速圆周运动。而这两个分运动都是变速度运动，它们都需要一个指向地心的力来维持它们各自的运动状态。因此万有引力就有要改变两个运动状态的效果，即要既要产生自由落体加速度又要产生向加速度。当万有引力只能提供向心力时，自由落体加速度就变成零，这样平抛出去的物体就落不下来了，从而得到第一宇宙速度。再根据圆周运动和机械运动的知识可知道速度再大一些会做椭圆运动或摆脱地球对它的约束。这样，人们就可以到更远的地方去探索宇宙的奥秘了……

　　教学目标

　　知识与技能

　　1．了解人造卫星的有关知识

　　2．分析人造卫星的运动规律

　　3．掌握三个宇宙速度的物理意义，

　　4．会推导第一宇宙速度；

　　5．简单了解航天发展史；

　　6．能用所学知识求解卫星基本问题。

　　过程与方法

　　1．培养学生观察数据分析数据的能力；

　　2．培养学生科学推理、探索能力；

　　3．培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；

　　4．学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。

　　情感态度与价值观

　　介绍世界及我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

　　教学重点：

　　卫星运行的动力学特点规律，第一宇宙速度的推导。

　　教学难点：

　　1．卫星的运行速度与发射速度的区别；

　　2．第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星运行的最大速度

　　教学过程

　　新课引入

　　教师：仰望星空，浩瀚的宇宙苍穹给人以无限遐想，千百年来，人类一直向往能插上翅膀飞出地球，去探索宇宙的奥秘，李白的“俱怀逸兴壮思飞，欲上青天揽明月”是怎样的一种豪情？到今天这一梦想实现了吗？

　　学生：实现了。（激起学生兴趣）

　　教师：世界上第一颗人造卫星的`发射，揭开了人类探索宇宙的新篇章。

　　提问（1）：1．世界上第一颗人造卫星是哪一年由哪一国家发射的？

　　2．我国哪一年发射了自己的人造卫星？

　　3．迄今我国共发射了多少颗人造卫星？

　　教师：从1970年4月24日东方红一号的成功发射，到2007年10月24日嫦娥一号发射

　　我国发射人造卫星和其他探测器60多个，他们分别在通信，气象，探测，导航等多个领域发挥着重要作用。

　　引入新课。

　　一、人造卫星规律的探究

　　教师：现在我们地球上空有这么多卫星，他们运行的速度一样吗？他们是怎样被发射升空的今天我们就通过的学习来解决这一问题。

　　教师：这是我国目前发射的部分卫星的运行规律的数据。

　　提问观察数据思考：

　　1．不同卫星的其运行轨道相同吗？

　　2．不同的卫星运行时有什么规律？

　　3．你能试着用你学过的知识解释为什么有这样的规律吗？

　　卫星名称卫星质量（kg）轨道近地点（km）轨道远地点（km）运行周期（h）

　　返回型遥感卫星 2100 205 315 1．48

　　东方红2号甲通信卫星 441 35786 35863 23．9

　　东方红2号试验通信卫星 461 35469 35782 23．76

　　返回型遥感卫星 2100 175 400 1．5

　　风云1号A 750 900 901 1．7

　　巴达尔1 50 210 992 [高考资源网KS5U.COM] 1．57

　　大气1号 873 900 1．712

　　学生：1．观察数据，发现规律。

　　2．合作交流，类比行星运动特点分析人造卫星的运行特点。

　　3．试着从力和运动的角度分析问题。

　　教师引导学生发现。

　　人造卫星运行特点运动学特点：（板书）

　　1．轨迹：椭圆有的近似为圆

　　2．人造卫星的半径不同，其运行的周期也不同，而且半径越大，其周期越大。

　　3．类比行星运动分析原因，卫星围绕地球作匀速圆周运动，需要向心力。

　　地球和卫星之间的引力提供向心力。

　　4．学生自己应用前面万有引力知识分析

　　卫星与地球间的万有引力提供了向心力（板书）

　　（1）由得，

　　∴r越大，v越小．

　　（2）由得，

　　∴r越大，越小．

　　（3）由得，

　　∴r越大，T越大

　　教师小结：卫星绕地运转轨道半径越大，速度越小、角速度越小、周期越大；（板书）

　　演示课件：几颗不同轨道卫星同时绕地运行动画,从而直观判断以上变化关系

　　二、应用知识解决问题

　　教师：学习了卫星的相关知识，我判断一下下列几种轨道哪一种是可能的为什么？

　　思考问题1：

　　下图中，有三颗人造地球卫星围绕地球运动，它们运行的轨道

　　可能是，不可能是。

　　学生：分组讨论阐述观点

　　教师：结合学生讨论引导学生从动力学角度解决问题。

　　卫星近似做匀速圆周运动，需要向心力，且向心力时刻指向圆心。所以地球与卫星之间指向地心的万有引力提供向心力，所以卫星作圆周运动的圆心应该是地心。

　　思考问题2：

　　如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，

　　1．试比较三颗卫星的线速度、角速度、加速度、周期，万有引力的关系。

　　2．如果c 的速度增加，能否与同轨道的b相撞。

　　三、卫星发射原理

　　教师：过渡：不同的轨道的卫星其速度不同，那人类是怎样将卫星发送到指定轨道上的呢？

　　介绍牛顿的卫星设想（FLASH）

　　教师引导：我们抛一物体怎样才能抛的远？

　　讨论：依据平抛运动学生知道：速度越大，越远，那速度足够大，又有什么现象？

　　学生探讨：统一结论：不落回地球。

　　教师总结：这时由于有引力在，卫星想落回地面，但有一定的速度又落不回地面就形成了卫星？

　　思考：物体需要多大的发射速度，才能刚好贴着地面转？

　　学生讨论

　　教师点拨：这时（r=R）

　　学生

　　得出第一宇宙速度7．9 km/s

　　四、宇宙速度

　　1．第一宇宙速度7．9 km/s

　　定义：人造卫星在地面附近绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度。

　　思考：发射什么样的卫星最容易？

　　统一结论：高轨道发射卫星比低轨道发射卫星困难，原因是高轨道发射卫星时火箭要克服地球对它的引力做更多的功。

　　以第一宇宙速度发射卫星时其刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动；如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能绕地球运转；

　　进入半径越大的轨道，所需要的发射V 越大。

　　思考：这与刚才得出的半径越大的轨道，所需要的运行速度V 越小矛盾吗？

　　讨论：

　　人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念。

　　（1）发射速度

　　所谓发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，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。要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能“贴着”地面近地运行。如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度。

　　（2）运行速度：是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度。根据可知，人造卫星距地面越高（即轨道半径r越大），运行速度越小。实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，所以卫星的实际运行速度一定小于发射速度。

　　（板书）运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度

　　发射速度指被发射物体离开地面时的水平初速度

　　类比得出：

　　（板书）2．第二宇宙速度（脱离速度）：

　　①意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度。[Ks5u.com]

　　②如果人造天体的速度大于11．2km/s而小于16．7km/s，则它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的一个焦点。

　　（板书）3．第三宇宙速度（逃逸速度）：

　　①意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度。

　　②如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了。

　　这个速度目前能做到吗？教师介绍以第三速度发射的探测器，先驱者一号。

　　教师小结：只有你想不到的，没有你做不到的。