：追寻嫦娥一号的踪迹

【设计意图】

本案例是“曲线运动与万有引力定律”主题中利用现代信息技 术手段设计的一次学习活动，体现了物理学习与现代信息技术的深 度融合和学生学习方式的变化，可供有条件的学校教学参考。活动 目的是引导学生在初步形成的“运动与相互作用观念”和“能量观 念”的基础上，将所学的牛顿力学的运动规律与现代科技前沿联系 起来，通过观看视频、模拟操作、讨论交流、推理论证等过程，从 运动与相互作用、能量的角度探索嫦娥一号的发射和运行规律，运用 万有引力定律和圆周运动规律，建立航天器发射和运行的模型。学习 全部内容需要 2~3 课时，教师可根据教学实际，结合课堂与课外网络 学习完成。课堂上注重引导学生经历建模过程，突破难点，侧重发展 学生的建模能力、推理能力、探究和交流能力，将评价和学习过程紧 密结合起来。

【课前准备】

将学生分成三人小组，布置预习作业。

观看“嫦娥奔月”视频：几千年来，“嫦娥奔月”的古老神话在 百姓间广为流传，奔向遥远的月宫，成为人类孜孜以求的梦想。早在 明朝就有一个名叫万户的人，自制火箭尝试“飞天”。尽管他失败了 并为之付出了生命的代价，但是他却成为人类挑战太空的第一人。为 了纪念万户，国际天文学联合会将月球上的一座环形山用他的名字命 名为“万户山”。

思考：人类是如何实现飞天梦想的？

【引入】（可利用网络开展以下学生活动）

学生活动 1——小组讨论：观看“嫦娥奔月”后的感受及思考，

提出相关疑问。

学生活动 2——观看视频：看嫦娥一号发射新闻报道视频，同时 在作业纸上记录数据，并在组内交流，提出需要深入研究的问题。

学生通过上述活动，初步形成嫦娥一号发射升空过程的整体图 景，并提出需要深入探究的核心问题：嫦娥一号是如何发射升空的？

是如何运行的？又是如何变轨的？

【探究过程】

问题 1  嫦娥一号是如何发射升空的？

思考：将物体从高塔上水平抛出，物体最终落到地面上。当 增大抛射速度时，物体运动的距离更远；速度越大，距离越远。

如果这个速度非常大，会是什么情况呢？

活动 1——模拟操作

用仿真实验室体验，选不同的抛出速度：v=20 m/s、v=20 km/s、

v=7.9 km/s、7.9 km/s ≤ v ≤ 11.2 km/s、v ≥ 11.2 km/s，观察物体水 平抛出后的运动轨迹，与思考结果进行比较。（以上活动可在课前利 用网络完成，小组讨论也可通过网上交流实现。）

活动 2——小组讨论

为 什 么 物 体 能 绕 地 球 旋 转 起 来 呢？ 这 个 速 度 为 什 么 必 须 是 7.9 km/s ？请从理论上推导，并跟同组同学交流。（教师可根据学生 情况提供引导和所需数据。）如果高塔的高度不能忽略，要使物体不 落到地球上的最小抛射速度与上述速度有区别吗？为什么？根据上述 探究过程并结合视频，说明嫦娥一号发射升空的过程和原理。

问题 2  嫦娥一号是如何运行的？ 

活动 3——建构模型

嫦娥一号升空后做什么运动？如何描述其运行规律？请各小组结

合观看新闻视频时记录的数据，画出嫦娥一号的运行轨道，并展示交 流。各小组画出不同轨道半径的卫星及其运行轨道，有的是圆轨道，

有的是椭圆轨道。（为了便于计算，教师引导学生建构圆轨道物理模 型。）

活动 4——小组讨论

如何计算嫦娥一号的运行速度？利用小组画出的运行轨道图

（参考卫星高度与地球半径的比例关系）计算运行速度，并通过仿真 模拟检验小组计算结果。

活动 5——全班交流

全班一起交流各小组计算和检验的结果，找出卫星的运行规律。

再用仿真实验室检验得到的规律。

活动 6——小组讨论

通过对嫦娥一号运行规律的探究，讨论为什么不同轨道卫星运 行有不同的特点，并解释其原因。讨论仿真实验能否用来检验卫星 运行规律，其可靠性如何。（问题 2 是本学习活动的核心内容，需要 课上完成。所设计的四个活动从定性到定量层层递进，引导学生经 历建构模型、检验模型的全过程，促进学生物理观念和科学思维的 同步发展，其间需要教师的引导和帮助。）

问题 3  嫦娥一号是如何变轨的？

活动 7——观看视频

通过观看嫦娥一号变轨过程的视频，学生直观了解嫦娥一号运 行及变轨过程，并记录相关数据，在教师引导下提出下列问题：嫦 娥一号在变轨过程中什么发生了改变？卫星变轨需要的条件是什 么？怎么满足卫星变轨的条件？

活动 8——小组讨论

针对学生提出的问题展开讨论（教师从力和运动、能量两个角度 引导学生思考），嫦娥一号在距地球 600 km 的高度先后进行了三次变

轨，讨论其在三个轨道上运行到该点时线速度、角速度和加速度的大 小关系。学生通过讨论，深入认识了嫦娥一号的受力和运动情况，并 与能量的变化联系起来。

【课后作业】

1. 上网查询嫦娥二号和嫦娥三号绕月飞行的信息，了解它们各 自的任务及对我国航天事业的贡献。

2. 观看嫦娥三号视频，探讨我国第一个月球软着陆的无人登月 探测器登月过程的关键步骤，估测月球对登月探测器的冲击力。

3. 查阅我国航天事业发展历史和现状的资料，畅想我国航天事 业发展的未来，写一篇小论文。

【案例评析】

本案例以我国探月工程的里程碑嫦娥一号成功发射为情境素 材，通过精心设计的系列问题和围绕问题解决开展的自主学习活 动，激发学生的学习动机和探究欲望，促进学生物理学科核心素养 的全面发展。

活动的设计从学生原有的认识入手，以学生的认知发展过程为 主线，用基于现代信息技术的仿真实验做支撑，在教师适时、适度 的指导下，让学生一步步经历从简单到复杂的问题解决过程，逐步 发展相应的物理学科核心素养。课前让学生观看“嫦娥奔月”的视 频，重温我国古代的飞天梦，通过小组讨论交流，发表自己的感受，

激发学生的学习动机，提出需要探究的问题。接着观看嫦娥一号发 射的视频，在表格中记录相关数据，培养学生通过视频获取信息的 能力，为下一步开展探究过程做准备。

接下来的探究过程围绕嫦娥一号发射过程中的 3 个核心问题展 开。第一个问题：嫦娥一号如何发射升空？这个问题的解决借鉴了物 理学史上牛顿的思路，首先从学生熟悉的抛体运动入手，通过仿真实

验和小组讨论拓展学生思维，发展学生的运动与相互作用观念，将地 下和天上的运动联系起来，综合运用已学过的圆周运动和万有引力定 律等相关知识，计算第一宇宙速度。以嫦娥一号为例，解决了航天器 如何发射升空的问题。接着自然过渡到第二个问题：嫦娥一号如何运 行？解决这个问题需要学生利用观看视频获取的资料，通过小组讨 论、展示交流和仿真实验，经历建构模型和检验模型的过程，发展建 模能力和交流合作能力。需要指出，仿真模拟不是真实实验，本案例 利用仿真模拟，一方面是因为不能做实验而采用的替代方法，另一方 面体现信息技术与物理教学的整合。为了让学生认识仿真实验和真实 实验的差异，专门设计了下列问题供小组讨论：仿真实验能否用来检 验卫星运行规律，其可靠性如何？借此发展学生对科学本质的认识。

第三个问题：嫦娥一号如何变轨？让学生通过观看视频、小组讨论等 活动，应用前面建立的模型，从运动与相互作用和能量两个角度进行 科学推理和论证，进一步发展物理观念和科学思维能力。课后作业设 计了拓展活动，引导学生开阔视野，从探索嫦娥一号的运行规律到关 注我国和人类的航天事业，进一步激发学生的探索欲望，发展他们获 取信息、文字表达和创新的能力。

本案例设计了大量针对性的问题，供课堂上开展师生、生生之间 的讨论与交流，教师根据学生课堂问答，及时评价学生的学习情况，

有效地将日常学习评价与课堂教学融为一体。