人类对太空的不懈追求 教案
【教学目标】
知识与技能：
知道卫星所受的万有引力等于卫星做圆周运动的向心力。
理解第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度
了解经典力学的发展历程和伟大成就；知道经典力学对航天技术发展的重大贡献；知道万有引力定律对科学发展所起的重要作用。
过程与方法：
会以抛体运动为出发点导出卫星上天的粗略道理。
会计算第一宇宙速度。
会计算天体的质量和密度。
收集我国和世界航天事业发展史和前景的资料，进一步体会科学知识对人类探索未知世界的作用
情感、态度与价值观：
通过牛顿抛体运动图的解说及齐奥尔科夫斯基火箭公式等经典力学发展的伟大成就介绍，使学生体会经典力学创立的价值与意义。
通过介绍人造卫星的应用及我国航天技术的发展，激发学生勇攀科学高峰的热情。
通过介绍人们如何发现海王星和冥王星，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。
体会科学研究方法对人们认识发展学生对科学的好奇心和求知欲。
使学生体会到科学探索的艰辛，挖掘德育的素材。
【教学重点】
计算第一宇宙速度的两种方法。
计算天体的质量和密度。
经典力学对航天技术发展的重大贡献。
万有引力定律对科学发展所起的重要作用。
【教学方法】
问题教学法、理论探究法
【教学过程】
【导入】：
复习：
提问：行星运动的开普勒三定律；万有引力定律。
学生回答：(略)。
新课引入：
多媒体展示：我国神舟六号的发射、在轨运行、回收情况；我国嫦娥探月工程的基本情况。
提问：为什么宇宙飞船能登上月球？为什么飞船能像月亮那样围绕地球旋转？飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚？在进一步的探索中，人类会对更遥远的星球有些什么了解？请同学们带着这些问题进行这一节课的学习。
【新课教学】
一．人造卫星上天
如何使人造卫星上天：
提出探究课题：站在高山顶端，水平抛出一块石头，石头的水平射程跟什么有关？若不断增大水平抛射石头的投掷速度，当速度达到足够大时，石头是否不再落回地面而绕地球旋转？
学生探究，发表见解。
教师引导学生利用牛顿的抛体运动图总结卫星上天的道理：只要抛出的速度足够大，被抛出的物体就会像月球那样不再掉下来，这实际上就是人造地球卫星或宇宙飞船上天的原理。
教师提问：如何使用人造卫星和飞船获得这样大的初始速度？
学生阅读课本，了解齐奥尔科夫斯基的多级火箭构想。
第一宇宙速度(环绕速度)：
利用多媒体向学生解说什么叫做近地卫星：如果卫星绕地球运行的轨道可视为圆形，并且卫星距地面的高度远小于地球半径，则卫星轨道半径可近似为地球半径。
提问： 如何使近地卫星在圆周轨道上运动而不偏离轨道呢？
学生探究，发表见解。
利用多媒体引导学生回顾前一章学过的“近心运动”、“圆周运动”和“离心运动”，从而得出近地卫星不脱离轨道的原因：mg=F引=F向， 即。
引导学生利用导出第一宇宙速度的计算式
引导学生利用导出第一宇宙速度的计算式
学生自己代数据计算出第一宇宙速度的值为7.9km/h。
第二、三宇宙速度：
做课本P95的“模拟卫星运动”的实验(可教师演示或学生随堂实验)，感受“圆周运动”和“离心运动”
简介第二宇宙速度(脱离速度)和第三宇宙速度(逃逸速度)。
时间允许的话，可让学生阅读P95的“讨论与交流”。
4、例题：1990年3月，紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32km，如该小行星的密度和地球相同，则该小行星的第一宇宙速度为________。(已知地球半径R=6400km,地球的第一宇宙速度为8km/s)
二．测天体质量和预测未知天体
1、测天体质量
（问题一）：如何用火星探测器测火星的质量？
引导学生探究并提问学生：探测器在火星上空是如何运行的？
（学生回答一）：探测器在火星上空绕火星运行，探测器相当于火星的人造卫星。
（学生回答二）：这可用探测器的的运行周期T和运行半径r算出火星的质量M。思路如下：
设探测器的质量为m，
由F引＝F向可得：
火星质量为
（问题二）：如何测火星的密度？
（学生回答）：还需要先测火星本身的半径R，
则
（问题三）：有没有更为简便的方法呢？
（学生回答）：若火星探测器在火星近地轨道运行，则问题变得更简单。此时R＝r，故，无须测探测器的轨道半径和火星本身的半径。
（总结）：因此，只要探测器能到达的天体，其质量和密度都可测出。
2、预测未知天体
（多媒体演示）：八大行星中，水星、金星、火星和土星都是人眼能直接看到的。人们第一次通过望远镜发现的新行星是天王星。但是人们发现天王星时，其运行轨道与人们用万有引力定律所算出的轨道有偏差。这是为什么呢？
（引导学生猜想）：（1）万有引力定律是错误的。
（2）天王星外还有一颗未知行星，它对天王星有较大的引力作用。
（多媒体演示并介绍海王星的发现）：万有引力定律已被大量的事实所证实，现在我们大家都知道它是自然界普遍的规律。
人们根据猜想（2），用万有引力定律计算出天王星外的未知天体的轨道半径。果然在所算出的位置人们发现海王星。
（总结）：发现海王星有什么意义？
进一证明了万有引力定律的正确性。
根据同样方法发现了冥王星。
说明科学理论具有预见性。（学生举例说明：哈雷慧星的回归，探测矿藏分布等）
三、对太空的探索
1、飞天路上，先驱烙下的深深足迹
生活在这个星球上的最高等智慧生物，是充满好奇心的白皮肤、黄皮肤、黑皮肤的人类。人类想要知道海洋的尽头是什么，五六百年前就创造了远洋航海技术，“全球文明”即由此发端；人类想要像鸟儿一样展翅高飞，１００多年前就发明了飞机，寂寥长空从此成为旅行的驿站；人类想要摆脱地球引力到大气层外的空间看一看，半个世纪间，各式各样的航天器就纷纷射向太空……
从自立行走于脚下这片土地到飞出蓝色地球村，人类就是这般孜孜不倦地幻想着，并一步一步地拓展着他们的活动空间。
梦想：脚步开始的地方。在东方的传说中，美貌的嫦娥偷吃了灵药飞天成仙，从此独守寂寞蟾宫；而在古希腊的神话里，太阳神阿波罗则驾着太阳车巡游九天，为人间送来光明和温暖。
那是人类对太空最初的思考与渴望。直到500多年前，波兰天文学家哥白尼用“日心说”掀起了一场轰轰烈烈的认知革命，人类才开始了对宇宙的科学审视。 就在“日心说”与统治欧洲一千多年的“地心说”艰难斗争的同一时代，中国的明朝官员万户——一位试图飞出天外的幻想家，却成了人类第一位飞天的真正实践者。美国学者基姆在其著作《火箭与喷气》中这样描述人类历史上的第一次火箭飞行尝试：万户先做了两个大风筝，并排装在一把椅子的两边，然后在椅子下面捆绑了47支大火箭——中国人发明的一种以火药作燃料的兵器。准备完毕后，万户坐在椅子当中，命仆人点燃火箭…… “人类航天始祖”万户勇敢的生命，最后殒落在了点燃火箭后的巨响中。多年后，月球上的一座环形山被命名为万户山。
1903年，人类飞天史上的一个里程碑。那一年，莱特兄弟驾驶着他们在自行车修理车间里制造的第一架飞机“飞行者1号”，实现了人类历史上第一次成功的空中飞行。
同样在这一年，双耳失聪的俄国科学家齐奥尔科夫斯基在论文中提出了著名的“火箭公式”，论证了用火箭发射航天器的可行性。他指出：最理想的推进剂不是火药，而是液体燃料；单级火箭在当时达不到宇宙速度，必须用多级火箭接力的办法才能进入宇宙空间。
1957年10月，在哈萨克的大荒原里，前苏联用火箭把第一颗人造地球卫星“斯普特尼号”送上了天。这颗直径580毫米、太空运行仅92天的小卫星，宣告着人类进入到一个空间探索的新时代。
1961年4月，在9次无人飞船试验后，“东方1号”飞船载着27岁的前苏联空军少校加加林，进行了108分钟的太空旅行。这是人类历史上第一次载人航天飞行，加加林也成为人类造访太空的第一人。
同年，美国启动“阿波罗登月计划”。8年之后的7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗就在月球上留下了人类的第一个足印。在踏上月球的一刻，人类第一位月宫使者由衷慨叹：这是个人的一小步，却是人类的一大步。
1971年4月，前苏联成功发射了世界上第一个试验性载人空间站——“礼炮1号”空间站。载人航天活动由此进入到规模较大、飞行时间较长的空间应用探索与试验阶段。1975年7月，前苏联的“联盟19号”飞船和美国“阿波罗18号”飞船，在太空中成功对接。通过电视转播，全世界数以亿计的观众目睹了来自两国的两位太空使者相拥的历史画面。
1981年4月，美国发射了可以重复使用的太空运载工具——航天飞机。6年后，美国邀请欧洲航天局、日本和加拿大参加研制永久性载人空间站计划。1993年，俄罗斯的加入不仅扩大了空间站的规模，而且使这个项目成为一项真正意义上的国际性计划…… 国际空间站，一个共同探索、和平开发宇宙的平台。从飞船到空间站，人们用不懈的探索搭建起了通往“天宫”的云梯。
然而，通天之路从来充满艰辛——
1971年6月，前苏联3名宇航员在飞船气压阀失效时因为缺乏航天服的保护而死亡； 1986年1月，美国“挑战者号”航天飞机起飞后凌空爆炸，7名壮志未酬的宇航员、包括一位即将在太空中为几十万美国中学生讲授奇妙太空的中学教师，在万众瞩目中献身蓝天； 2003年2月，美国“哥伦比亚号”航天飞机在它的第28次飞行返程途中突然解体，再过16分钟就能踏上地球的7名宇航员全部牺牲；2003年的8月，巴西第三枚ＶＬＳ型卫星运载火箭在发射前的最后检测中发生爆炸，“咖啡王国”的航天梦再次遭受重创……
收获大喜，却也历尽大悲。在悲喜交加的太空旅程中，人类一点一滴地感悟着“科学”二字，那沉甸甸的分量。
2、飞天路上，中国人烙下深深足迹
在人类大步迈向太空的旅程中，中国人追梦的步伐一天也没有停止过。
1970年4月24日，中国第一颗人造卫星发射成功。
“长征二号Ｆ”型火箭托举着神舟五号载人飞船轰然起飞。浩瀚太空迎来了第一位中国访客——38岁的中国航天员杨利伟。在343公里的高度上，中国人第一次在自己的航天器上看到了人类美丽的地球家园。
这是中国的高度，一个崇尚独立自主的民族以自己的方式叩问天宇的高度。
从这一天起，中国成为第三个能够独立开展载人航天活动的国家。戚发轫说，梦圆那刻，是他这一生笑得最灿烂、哭得最痛快的一次。神舟五号的顺利升空，不仅仅使得中国人的千年飞天梦想变为现实，更重要的是它标志着在人类探索太空的队伍中，又加入了一支强大而富于创造性的力量。
神舟的六号载人飞船轰然起飞。浩瀚太空再度迎来的是两位中国访客。在343公里的高度上，中国人第一次出现在自己的组合。
——中国已形成12个型号的“长征”系列运载火箭。未来的新一代大推力运载火箭，将满足不同用途大型卫星和空间站的发射需要；
——中国已初步形成了返回式遥感卫星、通信广播卫星、气象卫星、科学探测与技术试验卫星、地球资源卫星、导航定位卫星等多种类型的卫星系列。将来，中国还要建立长期稳定运行的卫星对地观测体系，自主的卫星导航定位系统，以及产业化、市场化的空间应用体系；
——中国已启动无人月球探测的“嫦娥工程”，那轮在唐诗宋词里无数次被吟诵过的月亮，就要迎接来自中国的亲密接触……
在跨越式地实现了载人航天工程的第一步目标之后，中国正在稳步走向以交会对接为特征的第二步和更远的未来。中国的航天专家们已经在计划着实现载人航天后，着手建立太空实验室，建立包括永久性空间站在内的“地面——太空综合网”，将大型空间站发展成为空间航天基地……
在太空建立实验室的近期目标，以及太空开发的无穷远景，令所有的中国航天人，令所有爱好梦想的中国人，愉快地幻想并热切地期待着。
课堂小结
一、古希腊人的探索：亚里士多德为代表的地心说
二、文艺复兴的撞击:哥白尼的日心说，开普勒三大定律三、牛顿的大综合：万有引力定律
三、对太空的探索：人造卫星上天
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