Material didáctico de física para secundaria "Navegación espacial"
Departamento de "Navegación Espacial" Nuevo Curso Educación Popular Prensa Curso Obligatorio 2 Capítulo 6 La Sección 5 se centra en el principio de lanzamiento de satélites artificiales, deduce la primera velocidad cósmica e introduce la segunda y tercera velocidad cósmica. El siguiente es el material didáctico "Navegación espacial" para física de la escuela secundaria para su referencia.
1 Antecedentes del plan de lección
1. Estudiantes destinatarios: estudiantes rurales de secundaria
2. Materia: Física de primer grado
3. Horas de clase: 1 hora de clase
4. Preparación de los estudiantes antes de la clase:
(1) Recordar las leyes del movimiento parabólico, el movimiento planetario alrededor del sol y el movimiento de los satélites. alrededor de la tierra
(2) Previsualiza el texto y haz un plan con cuidado.
(3) Búsqueda de conocimientos sobre navegación espacial
2 ideas de diseño
El concepto de diseño de esta sección es: tomar a los estudiantes como cuerpo principal para promover a los estudiantes 'conocimientos y habilidades, desarrollo integral de la trinidad del carácter moral y aprovechar al máximo las ventajas educativas de la disciplina física. La dificultad de esta lección radica en la comprensión del principio del lanzamiento de un satélite artificial. Por lo tanto, en el diseño de la enseñanza se adopta el método de indagación teórica: se destaca el papel principal de los estudiantes en el diseño y se guía la línea principal en el aula. a través del cuestionamiento-pensamiento-inspiración: anime a los estudiantes a pensar con audacia, participar activamente y permitirles dominar y adquirir conocimientos y métodos relevantes a través de su propio análisis e investigación
3 Análisis de libros de texto
Los satélites artificiales son la aplicación de la ley de la gravedad en la astronomía. Un ejemplo es un testimonio de la conquista de la naturaleza por parte del ser humano, encarna el poder del conocimiento y es un material excelente para que los estudiantes aprendan y comprendan el conocimiento científico y tecnológico moderno. El libro de texto no sólo presenta algunas teorías básicas de los satélites artificiales, sino que también incorpora muchos métodos físicos para estudiar problemas físicos reales. Por lo tanto, esta lección es el contenido clave de "La ley de la gravedad universal y el espacio aeroespacial" y es la base teórica para que los estudiantes sigan estudiando y estudiando cuestiones de astrofísica. Además, a través de la comprensión de los estudiantes sobre los satélites artificiales y la velocidad del universo, también desarrollarán sutilmente un amor por la ciencia aeroespacial y mejorarán la confianza en sí mismos y el orgullo nacional.
4 Análisis Académico
Los estudiantes han dominado el conocimiento de las leyes de movimiento y el movimiento circular de Newton. Los estudiantes pueden usar este conocimiento y curiosidad sobre los misterios del universo para explorar el lanzamiento y el lanzamiento. de los satélites artificiales En cuanto a la velocidad del universo, los estudiantes pueden pensar en el pensamiento de Newton consultando el método de manejo del movimiento de lanzamiento horizontal aprendido en el capítulo anterior. Un objeto que corre horizontalmente con el centro de la Tierra como sistema de referencia puede descomponerse. en una caída libre que apunta al centro de la tierra en términos de efecto de movimiento espacial y movimiento circular uniforme alrededor del centro de la tierra. Estos dos movimientos parciales son movimientos de velocidad variable y necesitan una fuerza dirigida hacia el centro de la Tierra para mantener sus respectivos estados de movimiento. Cuando la fuerza gravitacional apunta exactamente al centro de la Tierra, los objetos lanzados de plano no caerán, obteniendo así la primera velocidad cósmica. Basándonos en el conocimiento del movimiento circular, podemos saber que si la velocidad es mayor, realizará un movimiento elíptico o se liberará de las limitaciones de la Tierra. De esta manera, la gente puede ir más lejos para explorar los misterios del universo... Los estudiantes pueden encontrar dificultades para distinguir la velocidad de órbita y la velocidad de lanzamiento de los satélites artificiales, y deben estar preparados para analizar los puntos difíciles.
5 Objetivos Didácticos
1. Conocimientos y Habilidades
(1) Comprender los conocimientos relevantes de los satélites terrestres artificiales.
(2) Dominar el significado físico de las tres velocidades cósmicas.
(3) Se derivará la primera velocidad cósmica.
(4) Comprender la relación entre la velocidad lineal, la velocidad angular, el período y el radio de la órbita del satélite.
(5) Comprender brevemente la historia del desarrollo aeroespacial.
2. Proceso y métodos:
(1) Cultivar el razonamiento científico y las habilidades de exploración de los estudiantes utilizando la ley de la gravedad para impulsarlos a la primera velocidad cósmica.
(2) A través de debates sobre la relación entre la velocidad lineal, la velocidad angular, el período y el radio orbital de la operación del satélite, los estudiantes pueden desarrollar su capacidad de utilizar el análisis del conocimiento para resolver problemas prácticos.
(3) Al analizar y procesar satélites artificiales, el movimiento de los satélites alrededor de la Tierra se simplifica a un movimiento circular uniforme alrededor de la Tierra, a fin de cultivar la capacidad de los estudiantes para construir modelos físicos cuando se enfrentan a problemas prácticos. .
3. Actitudes y valores emocionales:
(1) Inspirar el entusiasmo de los estudiantes por aprender física demostrando los grandes logros de la humanidad en el campo de la navegación espacial.
(2) Al presentar los logros de mi país en el sector aeroespacial, estimular el entusiasmo patriótico de los estudiantes y mejorar la confianza en sí mismos y el orgullo nacional.
(3) Percibir el sueño humano de explorar el universo y animar a los estudiantes a establecer una visión de la vida y unos valores dedicados a la ciencia.
6 Estrategias y Medios
Método de enseñanza por investigación inspiradora, método de enseñanza basado en problemas y enseñanza asistida por multimedia.
7 Puntos clave y dificultades de la enseñanza
1. Derivación de la primera velocidad cósmica
2. La diferencia entre la velocidad de órbita y la velocidad de lanzamiento de los satélites artificiales; .
8 Proceso de Enseñanza
(1) Crear situaciones, estimular emociones e introducir nuevas lecciones
1. Mostrar los temas relacionados con el lanzamiento de satélites y los astronautas de nuestro país. Imagen del alunizaje
2. Introducción: De hecho, hace más de 300 años, Newton propuso la idea. El 4 de octubre de 1957, la Unión Soviética lanzó el primer satélite terrestre artificial del mundo con un satélite de tres estrellas. cohete de etapa— - "Voyager 1", la humanidad comenzó a entrar en la era espacial. La ley de la gravitación universal no sólo resuelve el problema del movimiento de los planetas en el cielo, sino que también abre a las personas un camino teórico hacia el cielo. En esta lección, aprenderemos cómo los humanos salen de la Tierra, vuelan al universo y realizan navegación espacial.
(2) Satélite Terrestre Artificial
Actividades de los estudiantes: 1. Intercambio e indagación: ¿Cómo podemos hacer que un objeto se mueva en círculo alrededor de la Tierra?
Actividades del profesor: 1. Inspeccionar el aula, guiar a los alumnos para que piensen según su situación y recopilar preguntas difíciles de los alumnos.
Pregunta: Lanzar un objeto horizontalmente al suelo Cuanto mayor sea la velocidad al lanzarlo, mayor será la distancia horizontal entre el punto de aterrizaje y el punto de lanzamiento. Si la velocidad de lanzamiento es muy alta, ¿podemos seguir considerando el suelo como un avión? (No se puede) realizar un movimiento de lanzamiento horizontal cuando la velocidad de lanzamiento es pequeña en el suelo. Sin embargo, a medida que aumenta la velocidad, aumenta el desplazamiento horizontal del lanzamiento plano. Dado que la Tierra es redonda (una esfera), el llamado "horizontal". El desplazamiento" en realidad se convierte en Si la velocidad aumenta nuevamente, la "longitud del arco" será igual a la "circunferencia", es decir, el objeto se mueve en un círculo alrededor de la Tierra.
(3) Velocidad del Universo
Actividad del estudiante: Explora qué tan rápido se puede lanzar el objeto para que no vuelva a caer al suelo y se convierta en un planeta que se mueve en un movimiento circular uniforme alrededor de la superficie de la tierra ¿Qué pasa con los satélites?
1． Primera velocidad cósmica
Consejo del profesor: En circunstancias ideales, el radio de operación más pequeño es un satélite artificial cerca de la Tierra. El radio es aproximadamente igual al radio de la Tierra. Este satélite realiza un movimiento circular uniforme. la superficie de la Tierra y el satélite ¿Qué fuerza proporciona fuerza centrípeta durante el movimiento circular? ¿Qué fuerzas actúan sobre el satélite en este momento? ¿Qué tipo de ecuación podemos escribir?
Actividades para estudiantes: (Completar en cooperación grupal) y encontrar la velocidad del satélite en este momento.
Sustituye los datos y obtienes v=7,9km/s
El profesor continúa explicando: La fuerza gravitacional en el satélite cercano a la Tierra es la gravedad en la superficie terrestre, por lo que la El satélite puede moverse con un movimiento circular. La fuerza centrípeta también puede entenderse como la fuerza centrípeta proporcionada por la gravedad. De esto podemos obtener la velocidad del satélite cercano a la Tierra: la primera velocidad cósmica.
Esta es la velocidad a la que los objetos se mueven en un movimiento circular uniforme cerca de la Tierra, y se llama la primera velocidad cósmica. .
Pensando: ¿Qué pasará si la velocidad de emisión es mayor que la primera velocidad cósmica?
2． Segunda velocidad cósmica
Consejo del profesor: Cuando la velocidad de un objeto lanzado continúa aumentando, la gravedad de la Tierra no será suficiente para proporcionar fuerza centrípeta para su movimiento circular y el objeto se separará de la gravedad de la Tierra. y abandonar la tierra. Esta velocidad es v=11,2 km/s. Llamamos a v=11,2 km/s la segunda velocidad cósmica. Si la velocidad del lanzamiento es mayor que la primera velocidad cósmica pero menor que la segunda velocidad cósmica, su órbita alrededor de la Tierra no será un círculo, sino una elipse.
3. La tercera velocidad cósmica
Consejo del profesor: Después de que un objeto se separa de la atracción gravitacional de la Tierra, también quedará limitado por la atracción gravitacional del Sol. Si la velocidad de lanzamiento es lo suficientemente grande, el objeto se separará de la atracción gravitacional del Sol y volará al espacio cósmico fuera del sistema solar. Esta velocidad v=16,7 km/s. Esta velocidad se llama tercera velocidad cósmica.
Profesores y estudiantes discutieron: la relación entre velocidad lineal, velocidad angular, período y radio orbital de operación del satélite.
Actividades para estudiantes: Explore los miles de satélites terrestres artificiales lanzados por humanos hasta ahora. Estos satélites se mueven a diferentes velocidades. Entonces, ¿qué factores están relacionados con la velocidad de operación del satélite?
Posibles respuestas de los alumnos: masa, radio orbital...
Consejo del profesor: Consideramos el movimiento de los satélites en diferentes órbitas alrededor de la Tierra como un movimiento circular uniforme y aportamos fuerza centrípeta. según la gravedad. Hagamos ecuaciones.
El profesor escribe en la pizarra: La velocidad lineal, la velocidad angular y el período no tienen nada que ver con la masa del satélite y sólo están determinados por el radio orbital.
Resumen de profesores y estudiantes: Cuando un satélite orbita la superficie terrestre, el radio mínimo de la órbita es el radio terrestre (r=R). En este momento, la velocidad lineal es la mayor, la velocidad angular es. el más grande y el período es el más pequeño. Se estima que el tiempo mínimo disponible es de 84 minutos.
Discusión profesor-alumno: velocidad de lanzamiento y velocidad de operación de satélites artificiales
1. Velocidad de lanzamiento
La velocidad de lanzamiento se refiere a la velocidad inicial del satélite que sale del dispositivo de lanzamiento cerca del suelo una vez que no hay reposición de energía después del lanzamiento, para lanzar un satélite terrestre artificial, la velocidad de lanzamiento no puede ser menor que. La primera velocidad cósmica.
2． Velocidad de operación
La velocidad de operación se refiere a la velocidad lineal del satélite en movimiento circular alrededor de la Tierra después de entrar en órbita. Cuando el satélite vuela "cerca" del suelo, su velocidad de funcionamiento es igual a la primera velocidad cósmica. Cuando el radio orbital del satélite es mayor que el radio de la Tierra, su velocidad de funcionamiento es menor que la primera velocidad cósmica.
(4) Conclusión:
Aunque los humanos han entrado en el espacio y han aterrizado en la luna, en comparación con la inmensidad del universo, la tierra y la luna son solo dos motas de polvo en el vasto universo. En comparación con la longevidad del universo, la historia humana es solo una pequeña muesca en los anillos de crecimiento del universo...
Los pensamientos y preguntas que el universo deja a las personas son profundos y vasto. ¿Tiene el universo límites? ¿Hay un principio y un final? ¿Dónde están las civilizaciones extraterrestres? ...
(5) Actividades extraescolares:
1. Leer el material extraescolar "Caminata Científica", "Agujero Negro" en la página 76 del libro de texto. Y recopile información sobre los "agujeros negros" de Internet.
2. Leer "STS" en la página 77 del libro de texto sobre "La industria aeroespacial cambia la vida humana"
Ventajas:
El diseño de este apartado cumple con los nuevos estándares de enseñanza El diseño de enseñanza es novedoso y puede reflejar completamente los requisitos de contenido de enseñanza de esta clase. Las ideas de diseño de enseñanza reflejan plenamente los conceptos básicos de la física y el diseño de las actividades de enseñanza refleja mejor los requisitos de los objetivos de enseñanza. El proceso de enseñanza es fluido y lógico.
Desventajas:
Dificultades para implementar ideas de diseño
Wei Hedong comentó sobre los antecedentes del plan de lección
Algunas actividades más de los estudiantes pueden agregarse de manera apropiada Permitir que los estudiantes participen más plenamente en la investigación y aprendan de manera más autónoma.