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飞向太空


2022-09-14 15:34:00   来源:   撰稿:杨帆   摄影摄像:    ;  评论:0 点击:

教学设计    1 1知识与技能   (1)会用牛顿第二定律和万有引力定律解决有关航天器升空,运转和降落的问题。   (2)认识航天器在发射、在轨、回收时的超重、失重。   (3)会用圆周运动的规律和万有引力


教学设计

  
  1.1知识与技能
  (1)会用牛顿第二定律和万有引力定律解决有关航天器升空,运转和降落的问题。
  (2)认识航天器在发射、在轨、回收时的超重、失重。
  (3)会用圆周运动的规律和万有引力定律解决有关卫星变轨的问题。
  1.2过程与方法
  (1)通过回忆,复习巩固有关知识。
  (2)通过观看航天器发射视频,引出航天器在不同阶段超重、失重问题的讨论。
  (3)了解在失重状态下的太空舱中哪些仪器不能使用。
  (4)通过小组对抛射实验供需关系的讨论,引出对飞船变轨问题的探究。
  1.3情感态度和价值观
  (1)体会理论对实践的巨大指导作用,激发进一步探索的兴趣。
  (2)激发爱国之情和为祖国的科学事业作贡献的决心。

  
  (1)用牛顿第二定律解决航天器发射、回收和在轨时的超重与失重。
  (2)利用圆周运动中的供需关系解释变轨问题。
  (3)椭圆、圆周运动轨道中的航天器的速度、加速度的比较。

  
  学生们已经学习完第三章《圆周运动》和第四章《万有引力》的前二节,本节内容是对之前所学内容的运用。

  
  (1)观看天宫一号发射视频,在激动人心的场景下,引入新课:飞向太空。
  (2)小组讨论,完成对已学知识的回忆。
  (3)观看航天飞机的发射视频作为引入,学生们完成对航天飞机在发射、回收、在轨匀速圆周运动时舱内物体所受支持力、超重或失重情况的探究讨论。
  (4)在用理论讨论完做匀速圆周运动的太空舱内的完全失重情况后,观看视频太空生活,小组讨论在太空失重情况下的仪器使用情况。
  (5)通过设定小球的不同的抛射速度,观察现象,小组讨论,用供需关系解释现象。
  (6)由刚才小组对供需关系的讨论,引出飞船变轨问题,并讨论在圆周和椭圆的不同轨道下的航天器速度、加速度关系。
  (7)小组讨论,本节课学习小结,完成填空。
  (8)布置课后巩固练习。

学案设计
  
  1.会用牛顿第二定律和万有引力定律解决有关航天器升空、运转和降落的问题。
  2.会用圆周运动的规律和万有引力定律解决有关卫星变轨的问题。

  
  观看天宫一号发射视频,在激动人心的场景下,引入新课:飞向太空。
  (一)回忆原有知识
  1.超重与失重:物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力(视重),大于物体重力(实重)的情况称为___________现象,小于物体重力的情况称为__________现象,视重为零的情况称为____________现象。
  2.供需关系:
  做圆周运动的物体,当所受合外力突然消失或不足以提供所需向心力时,会做_____________运动;当所受合外力突然大于所需向心力时,会做_____________运动。(填“离心”或“近心”)。
  3.卫星绕行星做匀速圆周运动,_____________力提供卫星所需向心力。

  (二)学习新知识
  自主探究1:飞向太空与超重失重
  观看视频(航天飞机发射,升空),完成探究1

  
  【探究1】已知航天飞机内的实验平台上有质量为m的物体 ,地球表面重力加速度为g,求出物体受到的支持力,并指出物体的超重、失重情况。
  (1)航天飞机从地面以加速度
a
启动时:
  问题①:求物体受到的支持力
N。
  问题②:启动时物体超、失重情况,请选择:
  A.超重  B.失重  C.完全失重
  问题③航天飞机向下减速降落时,请选择: 
  A.超重  B.失重  C.完全失重

  (2)航天飞机以加速度a升至离地高度为地球半径的一半时:
  问题①:求高空处物体受到的支持力N.问题②:高空处物体超、失重情况,请选择:
  A.超重  B.失重  C.完全失重

  (3)宇宙飞船进入预设轨道做匀速圆周运动时:
  问题①:求飞船在轨圆周运动时,物体受到的支持力N.问题②:飞船在轨圆周运动时,物体超、失重情况,请选择:
  A.超重  B.失重  C.完全失重
  观看视频(太空生活),完成探究2:
 
  【探究2】卫星绕地球做匀速圆周运动,在卫星中可以进行的测量是(       )
  A.用天平测物体的质量      B.用弹簧称测物体的重力
  C.用弹簧称测人手的拉力     D.用水银气压计测压强
  E.用温度计测温度        F.用刻度尺测长度
  G.用秒表测时间         H.用摆钟测时间


  自主探究2:飞向太空与变轨问题
  小组讨论:请点击设定小球的不同的抛射速度,通过“供需关系”解释现象。


  【探究3】先将地球卫星发射至近地圆轨道1,然后在Q点点火,使其沿轨道2运行,在P点再次点火,将卫星送入轨道3。则下列说法正确的是(       )
  A.卫星在轨道3的速率大于在轨道1的速率
  B.卫星在轨道3的角速度小于在轨道1的角速度
  C.卫星在轨道1经
Q点时的速率大于在轨道2经Q
点时的速率
  D.卫星在轨道2经
P点时的加速度等于在轨道3经P点时的加速度

  (三)学习小结
  1.航天器加速升空或减速降落时加速度都向_________,航天器内的物体和航天员都处于__________重状态;在轨道做匀速圆周运动时,万有引力(即该处的重力)完全提供了向心力,处于_______重状态。
   2.航天器变轨的实现:
  变高轨道:在两轨道的切点,若突然_____________速率,使得该处的万有引力_____________所需向心力而做离心运动,到达高轨道;(填“增大”、“减少”、“大于”或“小于”)
  变低轨道:若突然_____________速率,使得该处的万有引力_____________所需向心力而做近心运动,到达低轨道。(填“增大”、“减少”、“大于”或“小于”)
   (四)课后巩固练习
  1.人造卫星在太空绕地球运行中,若天线偶然折断,天线将(       )
  A.继续和卫星一起沿轨道运行
  B.由于惯性,沿轨道切线方向远离地球
  C.做平抛运动,落向地球
  D.做自由落体运动,落向地球
  2.近地人造卫星沿圆形轨道运行时,由于受到大气的摩擦作用,半径缓慢减小,卫星的运动还可近似当作匀速圆周运动,下列说法正确的是(       )
  A.线速度逐渐减小         B.环绕周期逐渐增大
  C.向心加速度逐渐增大       D.机械能逐渐减少
  3.质量为m的宇航员平卧在匀加速上升的火箭内,火箭加速度大小为a ,地球半径为R ,地表重力加速度大小为g ,离地一定高度时,宇航员对平台的压力大小为N , 求这个高度。

  附:链接各试题及答案

  【探究1】已知航天飞机内的实验平台上有质量为m的物体 ,地球表面重力加速度为g
  (1)航天飞机从地面以加速度a启动时:
  问题①:求物体受到的支持力N
  问题②:启动时物体超、失重情况,请选择:A.超重  B.失重  C.完全失重
  问题③航天飞机向下减速降落时,请选择:A.超重  B.失重  C.完全失重
  答案:
  问题①:求物体受到的支持力N 。答案:N =mg+ma
  问题②:启动时物体超、失重情况,请选择:答案:A.超重。
  问题③:航天飞机向下减速降落时,请选择:答案:A.超重。
  (2)航天飞机以加速度a升至离地高度为地球半径的一半时:
  问题①:求高空处物体受到的支持力N
  问题②:高空处物体超、失重情况,请选择:A.超重  B.失重  C.完全失重
  答案:
  问题①:求高空处物体受到的支持力N 。  答案:N =(4/9)mg+ma
  问题②:高空处物体超、失重情况,请选择:答案:A.超重。
  (3)宇宙飞船进入预设轨道做匀速圆周运动时:
  问题①:求飞船在轨圆周运动时,物体受到的支持力N
  问题②:飞船在轨圆周运动时,物体超、失重情况,请选择最恰当的:
  A.超重  B.失重  C.完全失重
  答案:
  问题①:求飞船在轨圆周运动时,物体受到的支持力N 。答案:N=0
  问题②:飞船在轨圆周运动时,物体超、失重情况,请选择:
  答案: C.完全失重
  【探究2】卫星绕地球做匀速圆周运动,在卫星中可以进行的测量是(       )
  A.用天平测物体的质量      B.用弹簧称测物体的重力
  C.用弹簧称测人手的拉力     D.用水银气压计测压强
  E.用温度计测温度        F.用刻度尺测长度
  G.用秒表测时间         H.用摆钟测时间

  答案: C E  F G
  【探究3】先将地球卫星发射至近地圆轨道1,然后在Q点点火,使其沿椭圆轨道2运行,在P点再次点火,将卫星送入圆轨道3。则下列说法正确的是(       )
  A.卫星在圆轨道3的速率大于在圆轨道1的速率
  B.卫星在圆轨道3的角速度小于在圆轨道1的角速度
  C.卫星在圆轨道1经Q点时的速率大于在椭圆轨道2经Q点时的速率
  D.卫星在椭圆轨道2经P点时的加速度等于在圆轨道3经P点时的加速度
  答案:BD
  课后巩固练习答案:
  1.A
  2.CD
  3.

 

实录片段

  1.观看视频,引入新课(视频1)


  师生活动:播放中国天宫一号发射视频,在火箭发射的倒计时口令声中,让学生亲身感受激动人心的情景,引入新课《飞向太空》。
  设计意图:吸引全体学生注意力,激发学生学习热情,增强学生的民族自豪感与自信心。

  2.小组讨论,知识回顾(视频2)


  师生活动:学生分小组讨论,完成学案中的填空题,教师点名回答,回顾已学知识,为后面内容的探究做铺垫。
  设计意图:以任务驱动形式让学生们回顾已学知识,增强学生的时间意识,提高学生学习的有效性,为本节课即将学习的内容作铺垫。

  3.超重失重问题研究(视频3)


  师生活动:观看航天飞机的发射视频作为引入,学生通过运用牛顿第二定律完成对航天飞机在发射、回收、在轨匀速圆周运动时,舱内物体所受支持力、超重或失重情况的探究讨论,完成相关练习。教师在用理论讨论完作匀速圆周运动的太空舱内的完全失重情况后,观看视频太空生活,小组讨论在太空失重情况下的仪器使用情况。学生完成练习,通过平台的及时统计功能,查看学生的完成情况和答案统计,对完成情况不好的解答进行针对讲解,突破学习难点。
  设计意图:学生通过观看航空飞机的飞射视频,形象直观地理解卫星发射过程中发生的超重、失重现象。通过理论推导得出在轨的完全失重结论。再观看太空生活视频,得出直观感受,激发了学生的学习兴趣,降低了学习难度。快速的测试统计功能,让教师在短时间内迅速掌握学生的学情,有针对性的教学,提高课堂效率。

  4.变轨问题探究(视频4)


  师生活动:学生操作动画,通过设定小球的不同的抛射速度,观察现象,小组讨论用“供需关系”解释现象,引出飞船变轨问题;并讨论在圆周和椭圆的不同轨道下的航天器速度、加速度关系。学生完成练习,检测自学成果,教师收集学情,进行有针对性的讲解。
  设计意图:用形象直观的交互式Flash动画来引出飞船变轨的条件,降低认知难度,使学生容易理解“供需关系”和轨迹变化之间的关系。让学生讨论飞船变轨问题,讨论在不同轨道下航天器的速度、加速度关系,知识活用,检测和巩固所学知识。

  5.小组讨论,课堂小结(视频5)


  师生活动:小组合作,完成教师布置课堂小结任务,学生代表发言,共同回忆和总结本节课的学习内容。
  设计意图:任务型的小结形式,让学生在回忆知识的同时,加深了对知识的记忆和理解。


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