高中物理五、人造卫星-宇宙速度教案4人教版必修2.doc

人造卫星 宇宙速度 教学案例

课程分析：高一物理第六章第五节《人造卫星宇宙速度》重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义。本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术理论基础。引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理，进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维，发展分析推理的能力。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。
学情分析：本班学生热爱科学，学习积极性较高。师生关系和谐融洽，课堂气氛活跃，敢于交流、讨论，发表自己的观点、看法。
通过前面的学习，学生已对曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解。在此基础上，通过教师合理诱导，按照迁移规律科学地设计问题情境，促进学生探究，获得新知。
尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，表达也许欠妥。但只要始终参与到学习情境中，五官体验激活思维，大胆猜想，敢于表达，就都能获得发展和提高。
学习目标：1、理解人造卫星发射原理，会推导第一宇宙速度，了解三个宇宙速度的含义。2、学习科学的思维方法，发展思维的独立性，提高发散思维能力、分析推理能力和合理表达的能力。3、在主动学习合作探究过程中，体验和谐、流畅、民主、愉悦的学习情境，在满怀热望的探究中不断获得美的感受和成功进步。4、迸发学习科学，热爱科学的激情，油然产生民族自信心和自豪感。
设计理念：学科课程教学活动中，以学生为主体，教师顺其自然，尊重学生的身心发展和认知规律，适时诱导、点拨，促进学生知识、能力、品德三维一体的全面发展，这是极朴实的原则和真理。
本节课的难点在学生对人造卫星原理的理解。因此教学设计上拟采用理论探究法：从学生已知的“抛体初速度越大，飞得越远”这一旧知入手，通过教师的诱导，调动学生的情意，创设问题情境，让学生提出猜想：“若初速度足够大，又如何？”交流讨论、探究、独立思维，从而豁然开朗的“解疑”，获得若速度足够大，万有引力提供物体的向心力，物体就得围绕地球做匀速圆周运动，从而成为人造卫星这一新知，完成认知结构的正向迁移。然后进一步探究和思维，顺利地完成第一宇宙速度的推导，了解三个宇宙速度的不同含义，认识客观世界的规律，并加强迁移与应用。
在教学中激发学生求知欲，激发学生解决问题的强烈愿望，是实现学生主体地位、促进学生独立思考的关键之所在。因此在整个教学过程中，教师应始终饱含情意，创设一个又一个教学情境，因势利导，激励启发学生主动体验，始终处于探索、研究、思维的氛围，在情趣中进行学习，在愉悦中克服思维障碍，在满怀热望中步入科学的殿堂，领略和感悟善美的和谐统一。
课时安排为一节课。
教学过程及简要实录：
一、创设情境，激发情意：
1、教师导入：每个人都有着愿望或梦想。就像画面中的小女孩，仰望美丽灿烂的苍穹，一定浮想联翩。也许还曾梦想着插上翅膀，飞向天空。其实，做着飞天之梦的人，从古到今，又何止万千？我国古代的万户就是其中一个，他曾经将自己用47枚火箭捆绑，尝试飞天，不幸点火后火箭爆炸，万户为此牺牲了。然而，一次次的失败并没有阻止人类进行太空探索的活动。终于，人类第一颗人造卫星于1957年10月4日从前苏联升空，中国也于1970年发射了第一颗人造卫星。特别是去年10月15日至16日，中国第一次实现载入航天，宇航员杨利伟乘坐“神舟五号”绕地飞行14圈，顺利返回，圆了中国人盼望已久的飞天之梦，这是每一个中国人的骄傲和自豪！
2、适时设疑：那么人类是怎样把物体发射出去，送入太空的呢？
3、出示课题：人造卫星，宇宙速度
二、观察思考，合作探究：
（一）诱导观察：
1、展示在高山上以不同初速度抛出同一物体得到的四条轨迹。
2、教师设疑：观察和比较这四条轨迹，你能发现什么？（实录：学生开始观察、思考、交流、讨论后陆续有学生发言。有的说，这四条轨迹都是曲线；有的说，初速度越大，物体落得越远。教师提问：“为什么都落回了地面？”学生回答：“因为受到万有引力，有的说是重力的作用。”学生在愉快的观察、思考中获得了成功的满足）。
3、师生小结：得出两个结论：
①物体由于地球引力的作用均落回地面。
②物体的初速度越大，飞得越远。
（二）积极思维，大胆猜想
1、教师设疑：从刚才的四条轨迹图，你还能联想到什么？（实录：“一石激起千层浪”。教师提问之后，学生思维活跃，交流讨论声渐大，有的发言说：想到了坐着飞船，遨游太空。有的说：想到了速度大了，物体将做离心运动。有的说：可能飞出太阳系。有的说：物体还有可能围绕地球绕转。教师肯定学生大胆的猜想和假设，赞扬某同学的设想与牛顿设想相符。）
2、课件展示牛顿设想：忽略空气阻力的影响，当抛出物体的初速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球绕转。
3、教师追问：牛顿设想的运动可能吗？（实录：学生在教师设计的问题情境中进一步思考、讨论、争辩，气氛越来越热烈，有的还争得面红耳赤。有的说：物体还是会落回地面，因为它始终摆脱不了地球引力。有的反对：月亮、人造卫星能绕地球飞行，不是照样没落回地面吗？有的补充：像物体能做圆周运动，它可以将引力变成圆周运动的问心力，物体不会掉下来。教师肯定学生列举月亮、人造卫星等实例，能从实际出发证明物体的初速度足够大时，物体确实能不落回地面，而是绕地球运转，教师也肯定学生能用圆周运动的特点从已知理论的角度证明这种可能性。从而引导学生掌握科学的思维方法。）
4、师生小结：牛顿设想的运动是完全可能的。当抛出物体的初速度足够大时，物体将围绕地球做匀速圆周运动，成为一颗人造地球卫星，简称人造卫星。（出示标题一：人造卫星）
人造卫星所需的向心力由地球的万有引力提供。
（三）精心研究，合理推导：
1、设疑：要有足够大的速度，才能使抛出的物体成为人造卫星，那么这个速度多大呢？
出示标题二：宇宙速度。导向第二个研究内容。
2、出示探究内容和已知条件：已知地球和人造卫星质量分别为M和m，卫星到地心的距离为r,求卫星绕地球做圆周运动的运相速度v。
3、设疑：解题的思路和方法是什么？（实录：教师强调学生不急于解题，先看清已知条件，理清思绪，找出解题的思路，引导学生自己得出结论：人造卫星围绕地球做圆周运动的向心力由地球的万有引力提供。）
4、推导卫星运行速度公式：（实录：学生在正确的解题思路引导下，变形后得出。让一个学生上黑板推导。教师在学生中观察指导答疑，大多数学生能推导得出公式，完成旧知的迁移构建，课件再现推导过程，帮助全体学生达标。）
5、理性分析，感性感知：学生在教师的引导下得出：卫星运行速度与轨道半径的平方根成反比。
6、计算第一宇宙速度：师生共同合作，借助课件，代入数据，得出第一宇宙速度V1=7.9km/s。并简要说明其意义。
四、联系实际，运用迁移：
设问：从牛顿提出设想到第一颗人造卫星上天，历时近三百年，这是为什么？（实录：学生交流、讨论，有的发言说：当时不知道这速度有多大。有的说：第一宇宙速度太快了，技术落后，不能达到。教师肯定学生回答的正确性。）
五、阅读了解，独立思维：
1、设疑：当卫星的运行速度大于第一宇宙速度，卫星又会怎样运动呢？（实录：学生独立思考，发言，有的说：会做离心运动。有的说：脱离地球引力，飞向天空。有的说：飞出在太阳系。教师始终微笑，不作反驳。布置：至于到底会有哪些可能呢？请学生看书。）
2、学生阅读：学生通过阅读了解，当卫星的运行速度大于第一宇宙速度的三种可能。并由教师引导得出第二、第三宇宙速度的含义。
六、练习反馈：
［题：］神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨，由原来的椭圆轨道变为距地面高度h=342km的圆形轨道。已知地球半径R=6.37×103km，地面处的重力加速度g=10m/s2。试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式（用h、R、g表示），然后计算周期T的数值（保留两位有效数字）。
1、教师用展示飞船变轨的过程；
2、学生独立思考，并推导周期T的公式；
3、教师检查，然后师生共同评价、指出问题。使学生学以致用，掌握正确的解题思路和方法。（实录：学生能较好地运用万有引力定律和圆周运动的知识解决问题。）
七、拓展延伸：
1、师生共同小结，把握重点：人造卫星围绕地球做匀速圆周运动的向心力，是由万有引力提供。
2、拓展：将天体运动的椭圆轨道近似为圆。则所有环绕天体围绕中心天体做圆周运动的向心力，均由中心天体的万有引力提供。
八、激励情意，课外探究：浩瀚的宇宙就像一座丰富的宝藏，吸引着人类的目光，激励人们去探索其博大和神秘。目前，开发太空资源，开创空间产业，实现太空居住筹造福人类之举，已逐渐成为航天活动的主旋律。想了解更多的航天知识吗？想在航天方面发挥自己的能力吗？请阅读相关书目，上网去找相关资料，广泛的收集航天科学知识，努力学习将来你一定能实现梦想。
3、课外探究参考题：
①人造卫星的种类和资料。
②同步卫星的含义及特点。
课后反思：
本堂课教学活动中，能始终以学生为主体精心设计学习活动，创设教学情境，调动学生情意，及时把握愤悱时机，启发、诱导、点拨，促进学生大胆猜想，独立思维，探索研究，经历体验与牛顿原始研究人造卫星发射原理相似的“再发现”过程。
合作交流的过程中推导第一宇宙速度，了解三个宇宙速度的含义。学生始终处于情境当中，自觉体验，思维感悟，质疑解题，获得了知识、能力的发展。
教学过程中教师始终具有亲切的态度，饱满的热情，循循善诱，诱思交融使整个教学系统沉浸在一种民主、平等、和谐、积极的心理当中，在融洽的人际关系交往中，学生得到尊重、理解、促进、个性心理得到健康发展，师生共同获得真、善、美的愉悦体验和感受，使教师乐教，学生乐学。
然学无止境，教也无涯，教学中也存在许多不足：如学生发言和板演的不妥之处没有及时适当地指出来，愤悱情境的创设和点拨不够到位，反馈应用缺乏层次性，不能适应不同程度的学生，对学生的创造性思维能力和创新精神培养不够等。