1、高中物理宇宙航行教学设计学情分析教材分析课后反思6.5 宇宙航行教学设计- 【设计思想】宇宙航行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“万有引力定律与航天”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。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。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实例，是人类征服自
2、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。本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑思考启发引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。【学情分析】万有引力定律、圆周运动、天体运动都已经讲过，从知识上讲学生运用牛顿第二定律直接推导出卫星的速度并不是一件困难的事情或许学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高【教学目标】 （一）知
3、识与技能1.了解牛顿关于人造地球卫星的最初构想。2.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题3.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。4.通过实例，了解人类对太空的探索历程，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。（二）过程与方法1在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。2通过对卫星运行的线速度与轨道半径的关系的讨论，通过对第一宇宙速度的计算和理解，培养学生探究问题的能力，应用所学物理知识解决问题的能力，归纳结论的能力。（三）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，激发起学生对科学探究的兴趣，
4、激发学生学习物理的热情。2通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。3感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。【教学重点】第一宇宙速度的推导和理解。【教学难点】卫星的发射速度与运行速度的关系。【教学方法】探究、讨论、讲授、实验【教学准备】多媒体辅助教学设备，平抛的网球，气球，吸管，透明胶，细绳，神舟五号飞船的模型【教学过程】（一）引入新课通过嫦娥奔月的动画和骑扫把的女巫的动画，让学生明白人类自古就有一个梦想-飞离地球，飞向太空。（利用幻灯片，向学生展示一些航天类的视频动画，以激发学生的学习兴趣。）并告诉学生这个梦想人类早已实现，科学家是如何
5、一步一步的登上太空的，这就是我们本节所要学习的课题。引出本节的标题宇宙航行，让学生看学习目标，教师趁此板书标题。（二）进行新课教师演示：水平抛出一网球，不考虑空气阻力，网球做什么运动？学生：平抛，教师：将抛出时的速度变大，则落地点距抛出点的水平距离越大。如果抛出速度很大时，我们还能不能将地面看作平面？学生：不能探究问题1：水平抛出的物体速度越来越大，会发生什么现象？学生思考，讨论明确：速度大到一定程度，物体就不再落回地面，在地球引力作用下绕地球做匀速圆周运动。教师点评：并介绍牛顿在研究万有引力定律的时候就曾思考过这个问题。教师活动：板书牛顿的设想，并课件展示教师通过动画介绍牛顿的设想（过渡：有
6、了牛顿的设想做依据，我们要以多大的速度抛出一个物体，物体才会绕地球表面运动不会落下来？提出第二个问题）探究问题2：我们要以多大的速度抛出一个物体，物体才会绕地球表面运动不会落下来？探究时注意思考以下几个问题：1.我们的研究对象做什么运动？2.轨道半径是多少？3.谁来提供向心力？4.要求该速度需要知道哪些物理量？（设计这几个问题的目的是降低学生的台阶，便于突破重、难点）学生分工合作，探究求第一宇宙速度的方法。教师请不同小组展示探究结果。教师给出问题：学生活动：分别展示推导过程，学生相互评价，明确解题的规范性。教师活动：板书并课件展示宇宙速度二、宇宙速度1、第一宇宙速度（v=7.9km/s）：(1
7、)定义：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。（学生归纳定义）方法1：方法2：探究问题3：第一宇宙速度的理解：1.向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个需要的发射速度大？为什么？2.高轨道卫星与近地卫星相比哪个环绕速度大？为什么?学生活动：分组讨论探究，得出结论：（2）第一宇宙速度的理解：第一宇宙速度是发射卫星的最小发射速度，也是卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度。教师活动：继续引导学生探究探究问题4：其它星球求第一宇宙速度的方法怎样？教师给出例题，通过例题的计算得出结论，更有说服力（空想不如通过实例验证）例：金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍，地球的第一宇宙速度v=7.
8、9km/s，求金星的第一宇宙速度是多大?(结果保留两位有效数字）学生活动：分工合作，探究其它星球求第一宇宙速度的方法和结果。教师请不同小组展示探究结果。得出结论：（3）注意：其它星球求第一宇宙速度的方法同地球的，只是数值不同。教师活动：继续引导学生探究探究问题5：如果发射卫星的速度大于7.9km/s，物体又会做什么运动？学生活动：分组讨论探究，得出结论教师活动：配以动画引导学生明确沿椭圆轨道的原因并引导学生思考变轨运动时的考试常考的两个问题思考1：相切点的速度哪个轨道的大？思考2：相切点的加速度哪个轨道的大？学生活动：思考讨论明确结论：相切点的速度外轨道的大，加速度一样大教师引出速度继续增大，
9、就会脱离地球的引力，被太阳（或其它星球俘获），这个速度叫第二宇宙速度教师活动：板书并课件展示2.第二宇宙速度（大小：v=11.2km/s ）：（1）定义：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。这个速度叫第二宇宙速度。（2）第二宇宙速度的理解：是克服地球引力的 最小 发射速度教师通过画面继续展示当速度继续增大，卫星就会逃离太阳系，这个速度叫第三宇宙速度。教师活动：板书并课件展示3.第三宇宙速度（大小：v=16.7km/s ）：（1）定义：如果物体的速度大于或等于16.7km/s，物体就能摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外。这个速度叫第三宇宙速度。（2）第三
10、宇宙速度的理解：是脱离太阳系的最小发射速度（过渡：有了理论的支持，我们只需努力使物体的速度至少达到7.9km/s就可发射卫星例）探究问题6：如何使卫星的速度至少达到7.9km/s？教师活动：引导学生明确7.9km/s是个很大的速度，像牛顿设想的那样抛是没法完成的。下面的实验或许对你有所帮助。小实验：气球加速运动。学生活动：动手实验，深入思考，明确必须用火箭不断对卫星加速才能发射成功。19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔克夫斯基指出：用喷气推进的多级火箭，是实现太空飞行的最有效的工具。教师活动：介绍神州五号飞船发射前的模型。播放视频：卫星的发射。学生至此明白卫星的真正发射过程。教师活动：板书并课件展示三
11、、梦想成真教师介绍航天历史上的大事1、世界航天史（1）世界第一颗人造地球卫星：1957年10月4日，原苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。卫星重83.6kg，每96min绕地球飞行一圈（2）加加林：1961年4月12日苏联空军少校加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类第一次进入太空。此处对学生进行思想教育，加加林的非凡勇气，鼓舞了更多人为航天事业奋斗。探究问题7：看书“梦想成真”这块内容，了解航天史上还有哪些值得我们记住的重大事件？学生活动：2分钟看书归纳总结（3）阿姆斯特朗登月教师播放登月视频，激发学生对科学的向往。阿姆斯特朗走出登月舱，在月球上迈出了一小步，却是人类迈出的一大步。（人类登
12、上了其它星球）（4）哥伦比亚号航天飞机失事：在2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返地面的过程中突然发生解体燃烧，航天飞机上的七名宇航员全部遇难。（其中有6名美国人、1名以色列人）教师借此对学生进行感恩教育，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。让我们怀一颗感恩的心永远记住他们。教师活动：过渡进入中国航天史2.中国航天史（1）介绍东方红1号 1970年， “东方红”1号，中国第一颗人造卫星。中国是第五个能自行发射卫星的国家。教师活动：并在此对学生进行爱国教育：由于历史的原因，虽然我国航天事业起步晚，但是成绩还是举世瞩目的。激发学生的爱国热情。（2）杨利伟“中国的加加林”
13、2003年10月15日9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。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。 （3）2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功简单介绍嫦娥一号的发射过程。 -教师：同学们人类在征服宇宙的过程所取得的伟大成就是否让你热血沸腾？爱因斯坦曾说过：“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜”。宇宙还有我们太多不知道的东西，同学们，难道你不想加入破解它的行列？学生：被激发出献身科学的精神（三）课堂小结：学生对本节内容做简
14、要小结（四）达标检测1.关于第一宇宙速度，下列的说法中正确的是：A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度2.2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道进入椭圆轨道，B为轨道上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有( )A.在轨道上经过A的速度小于经过B的速度B.在轨道上经过A的速度小于在轨道上经过A的速度C.在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期D.在轨道上经过A的加速度小于在轨道上经过A的加速度3.我国发射
15、了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为()A0.4 km/s B1.8 km/s C11 km/s D. 36 km/s4. 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中已知该星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速度的大小（五）布置作业1.课后练习1.3上作业2.阅读课后的“科学漫步”了解黑洞3.阅读课后的STS 认识同步卫星 宇宙航行学情分析万有引力定律、圆周运动、天体运动都已经讲过，从知识上讲学生运
16、用牛顿第二定律直接推导出卫星的速度并不是一件困难的事情或许学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，语言表达也许欠妥，但只要学习始终参与到学习情境中，激活思维，大胆猜想，敢于表达，学生就能得到发展和提高专家评价记录评价项目评价指标得分教学目标（5分）全面性（三维目标）；可行性（目标准确，具体，适合学生发展水平）引导性(教师适时，学生学习受到目标引导)5分目标全面可行教学内容（10分）1.课程资源开发充分（教师利用教科书、社会、师生经验等素材，敢于对课程资源做必要的加工、调整和活化，创造性使用教材）2.内容选择恰当，容量合理，能反映教材的内在联系，符合学生的认知过程，有新意，有创新3.内
17、容呈现形式多样，（文本、实物、实验、讨论、信息技术）10分对内容的把握到位，合理内容呈现多样。教学和评价方式（25分）1恰如其分的讲解、引导体现当前提倡的新教学理念，体现以学定教，给学生观察、操作、独立思考问题的时间和机会，让学生经历知识的形成过程。2组织学生全方位参与，学生的学习方式多样化（自主学习，合作学习）让学生通过群体的交流获得理解和体验(学生在实验、合作中进行自主学习和探究)3培养学生科学方法（指导学生应用比较、归纳、概括等方法得出结论）4创设学习情境，激发学生主动参与的积极性。5评价方式多样（自我评价，活动评价）24分能恰如其分的讲解、引导能较好的体现当前提倡的新教学理念，体现以学
18、定教，给学生观察、操作、独立思考问题的时间和机会，让学生经历知识的形成过程。学生参与度高，方式多样效果很好。对培养学生科学方法做的很到位。情境创设的好，学生积极性激发的好。评价方式多样，有教师评价，学生评价。学生状态（10分）思维状态：学生敢于提出问题发表自己的见解，能提出具有挑战性和创设性的问题参与状态：有多边，丰富多样的课堂信息和反馈途径，学生有良好的交流合作的氛围10分学生参与状态好，思维状态也好。教学效果（10分）目标达成（较好的完成教学设计中的学习目标，特别是过程目标）全面促进学生科学素养的提高，有利于学生终身发展10分目标达成好，并重视了全面促进学生科学素养的提高，有利于学生终身发
19、展教学素养（40分）1.教师教学基本素养（包括教态，语言表达，板书，演示，实验技能等）2.对学生的尊重信任、热情与宽容，积极的鼓励，对学生的终身发展负责，对学生表现出的创新火花要给予充分的赞赏3.恰当的课堂管理，学生问题处理得当，课堂时间利用效率高。39分教师基本素养高，板书再提高更好。对学生尊重信任、积极的鼓励。课堂管理恰当，效率高。宇宙航行学习评价探究问题1：在地球上水平抛出的物体速度越来越大，会发生什么现象？（100分）评价指标1：（30分）大胆的猜想与讨论交流评价指标2：（40分）问题的分析与说明评价指标3：（30分）学生参与学习情况探究问题2：我们要以多大的速度抛出一个物体，物体才会
20、绕地球表面运动不会落下来？探究时注意思考以下几个问题：1.我们的研究对象做什么运动？2.轨道半径是多少？3.谁来提供向心力？4.要求该速度需要知道哪些物理量？评价指标1：（20分）大胆的猜想与讨论交流评价指标2：（30分）问题的分析与说明评价指标3：（30分）分析计算能力，规范性评价指标4：（20分）学生参与学习情况探究问题3：第一宇宙速度的理解：（1）.向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个需要的发射速度大？为什么？（2）.高轨道卫星与近地卫星相比哪个环绕速度大？为什么?评价指标1：（30分）问题的分析与说明评价指标2：（40分）概念的理解能力评价指标3：（30分）学生参与学习情况探究问题4
21、：其它星球求第一宇宙速度的方法怎样？评价指标1：（30分）公式的理解能力评价指标2：（40分）应用能力评价指标3：（30分）归纳总结能力探究问题5：如果发射卫星的速度大于7.9km/s，物体又会做什么运动？评价指标1：（30分）大胆的猜想与讨论交流评价指标2：（40分）问题的分析与说明评价指标3：（30分）学生参与学习情况探究问题6：如何使卫星的速度至少达到7.9km/s？评价指标1：（30分）分析探究问题的能力评价评价指标2：（40分）动手实验的能力评价评价指标3：（30分）归纳总结的能力评价探究问题7：看书“梦想成真”这块内容，了解航天史上还有哪些值得我们记住的重大事件？评价指标1：（40
22、分）阅读能力评价评价指标2：（40分）归纳概括能力评价评价指标3：（20分）学生参与学习情况评价教材分析本节课是以学生已掌握的曲线运动一章中的平抛运动，圆周运动，和向心力等知识以及万有引力定律为基础。重点讲述了人造卫星的发射原理，人造卫星绕地球做圆周运动的动力学原因和人造卫星的速度问题。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，为学生以后深入学习研究天体物理问题奠定了基础，而且本节课与社会生活有着密切的联系，如气象卫星与天气预报，卫星定位系统与自动导航汽车等，更值得大家瞩目的是：我国在近几年相继成功发射了神舟系列宇宙飞船，圆了国人盼望已久的飞天之梦，为以后进一步的科学研究奠定了坚实的基础
23、，因此本节课具有广泛的现实意义和科研价值。课后反思本节课我本人认为优点是：1、真实。录这节课学生并未提前知道，我也未提前安排一些细节，就是参加兰山区讲课比赛时上的这节课时，就录制了。并且只录了一遍并没有拼接的部分，所以没有虚假的感觉。2、学生参与度高。课堂设计的探究问题多，充分调动学生思考的积极性。学生在学习过程中出现的问题，让学生自己改错自己突破。3、降低难度突破难点。求第一宇宙速度的方法是重点也是难点，通过几个小问题让学生探究，这种由简单到复杂，由特殊到一般，一题多解的思维方法，使学生更容易学习和理解，又通过练习很好的突破了第一宇宙速度这个教学难点，做到即重视过程又重视结论。4、充分激发学
24、生学习的兴趣。通过视频动画，通过小实验，通过模型等方法来激发学生的兴趣。5、正确体现了新课程的“过程与方法”目标。教学活动存在着一条明确的线索：从例题的构思、教师的方法小结、巩固练习等一系列环节，都围绕着“方法”这一主题进行。这一教学线索的实施，对培养学生分析问题和解决问题的能力起了很好的作用，是实施“过程与方法”目标的具体体现。缺点是：1、教师语言要再提高。普通话要更标准些，口头语要注意。2、课的难度再降低。课标分析 （一）知识与技能1.了解牛顿关于人造地球卫星的最初构想。2.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题3.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。4.通过实例，了解人类
25、对太空的探索历程，感受人类对客观世界不断探究的精神和情感。（二）过程与方法1在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。2通过对卫星运行的线速度与轨道半径的关系的讨论，通过对第一宇宙速度的计算和理解，培养学生探究问题的能力，应用所学物理知识解决问题的能力，归纳结论的能力。（三）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，激发起学生对科学探究的兴趣，激发学生学习物理的热情。2通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。3感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。达标
26、检测1.关于第一宇宙速度，下列的说法中正确的是：A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度2.2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道进入椭圆轨道，B为轨道上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有( )A.在轨道上经过A的速度小于经过B的速度B.在轨道上经过A的速度小于在轨道上经过A的速度C.在轨道上运动的周期小于在轨道上运动的周期D.在轨道上经过A的加速度小于在轨道上经过A的加速度3.我国发射了一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥一号”设该卫星的轨道是圆形的，且贴近月球表面已知月球的质量约为地球质量的 ，月球的半径约为地球半径的 ，地球上的第一宇宙速度约为7.9 km/s，则该探月卫星绕月运行的速率约为()A0.4 km/s B1.8 km/s C11 km/s D. 36 km/s4. 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回手中已知该星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速度的大小
