人教版 (2019)必修 第二册5 相对论时空观与牛顿力学的局限性教案设计

相对论时空观与牛顿力学的局限性 教学设计

教学设计思路：
    本节课要求学生会计算人造卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。

 本节是第五节，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.实际上学生遇到卫星问题时总是感到困难和无从下手.究其根源是因为学生对地球、卫星的空间关系不清楚，学生无法从自己站立的一个小小的角落体会巨大空间中发生的事情.因此，用各种视频、课件和图片帮助学生建立空间的概念是十分必要的，有了空间的图景，对问题的认识和思考就有了依托.所以，本节课我使用了大量的图片和视频来模拟、展示，让学生有比较深刻的感性认识.
    设计理念
    通过对前几节知识的学习，学生对曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解.在此基础上，教师通过设计问题情境，引导学生探究，获得新知识.重视科学跟生活、跟社会的联系，让学生体会物理学就在身边.体会生活质量与物理学的依存关系，体会科学是迷人的、是改变世界的神奇之手.
    学情分析：
    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，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、知识与能力
    了解人造卫星的发射与运行原理，知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.
    了解人造卫星的运行原理，认识万有引力定律对科学发展所起的作用，培养学生科学服务于人类的意识.
    二、途径与方法
    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、分析推理能力和语言表达能力.
    三、情感态度与价值观
    在主动学习、合作探究的过程中，体验愉悦的学习氛围，在探究中不断获得美的感受不断进步.
    学习科学，热爱科学，增强民族自信心和自豪感.
    教学准备：
    多媒体电脑及图片.
    教学重点难点：
    重点：
    1.第一宇宙速度的推导.
    2.运行速率与轨道半径之间的关系
    难点：
    沿椭圆轨道运行的卫星按照圆周运动处理，卫星的环绕速度是最小发射速度.
    教学过程：
    1.教师活动
    2.教学内容
    3.学生活动
    4.引入新课
   

展示新闻和图片
    1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创了人类航天的新纪元.
    1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载人飞船，尤里·加加林成为第一位航天员，揭开了人类进入太空的序幕.
    人类进入了航天时代.这节课我们就来学习人造地球卫星方面的基本知识.
    看屏幕
    听讲解
    § 6.5宇宙航行
    进行新课
    问：离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物体将做平抛运动，即最终要落回地面.但如果射出的速度增大，会发生什么情况呢？
    思考
    演示牛顿设想原理图
    一、人造地球卫星由于抛出速度不同，物体的落点也不同.当抛出速度达到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球旋转，成为绕地球运动的人造卫星.
    那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的卫星呢？
    观察、分析
    引导学生讨论
    展示课件并讲解
    二、宇宙速度
    【板书】1.第一宇宙速度(环绕速度)v1＝7.9km/s
    请学生根据所学知识，推导第一宇宙速度的另一种表达式： 推导：地面附近重力提供向心力， 所以 将R＝6.37×106m ,g＝9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍为7.9km /s. 如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于7.9km /s，而小于11.2km /s，它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭圆.当物体的速度等于或大于11.2km /s时，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星.所以，11.2km /s是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速度，也称脱离速度 .
    【板书】2.第二宇宙速度（脱离速度）v2＝11.2km /s
    达到第二宇宙速度的物体要受太阳引力的束缚，要使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使它的速度等于或大于16.7km /s，这个速度叫作第三宇宙速度，也称逃逸速度.

【板书】3.第三宇宙速度（逃逸速度）v3＝16.7km/s
    【板书】4地球同步卫星.
    人造地球卫星的种类很多，有一种特别的卫星叫地球同步卫星
    （1）同步卫星的高度是确定的：h＝36000 km.
    （2）理解同步卫星“同步”的意义.
    （3）探究同步卫星的位置.
    2.观看视频：同步卫星的轨道以及同步卫星的发射
    讨论并推导
    观察、思考
    说明特点
    了解卫星的发射和回收
    视频和图片
    巩固练习
    1.一颗在圆形轨道上运行的人造地球卫星，轨道半径为r，它的线速度大小为v，问:当卫星的轨道半径增大到2r时，它的线速度是多大？重力变为原来的多少倍？
   

2.天文台测得一颗卫星沿半径为R的圆形轨道绕某行星转动，周期为T，求卫星的向心加速度和行星的质量.