第一篇：6.5《宇宙航行》教學設計

6.5《宇宙航行》教學設計

高一（8）班

2016年4月20日

一、教學目標

（一）知識與技能

1．知道三個宇宙速度的含義和數值，會推導第一宇宙速度。

2．理解衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。

（二）過程與方法

在學習牛頓對衛(wèi)星發(fā)射的思考過程的同時，培養(yǎng)學生科學探索能力；培養(yǎng)學生在處理實際問題時，如何構建物理模型的能力。

（三）情感態(tài)度與價值觀

1．通過展示人類在宇宙航行領域中的偉大成就，激發(fā)學生學習物理的熱情。

2．通過介紹我國在航天方面的成就，激發(fā)學生的愛國熱情，增強民族自信心和自豪感。

二、教學重點

1．第一宇宙速度的推導。

2．衛(wèi)星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。

三、教學難點

衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度的關系。

四、教學過程

（一）引入新課

通過前面的學習我們知道了，人類通過站在地球上的觀測，認識到了天體做什么樣的運動，并進一步弄清了天體為什么要做這樣的運動。然而人類并不滿足于只站在地球上探索宇宙的奧秘。本節(jié)課，我們就來學習人類是如何走出地球，飛向宇宙，進行宇宙航行的。（利用幻燈片，向學生展示一些航天類的圖片，以激發(fā)學生的學習興趣。）

（二）推進新課

牛頓的思考

探究：怎樣才能使得一個物體繞著地球做圓周運動？

先讓學生思考、討論，教師可根據學生情況引導學生思考。

我們知道，在地面上將一個物體水平拋出，若拋出時速度越大，則落地點距拋出點的水平距離越大。如果拋出速度很大時，我們還能將地面看作平面嗎？（不能）

早在16世紀道的牛頓就曾思考過這個問題。（播放衛(wèi)星發(fā)射原理動畫，并向學生分析）

從地球上最高的山峰上將物體水平拋出，速度越大，落地點就越遠。如果拋出的速度足夠大，物體就不在落回地面，它將繞地球運動，成為一顆人造地球衛(wèi)星。

一、宇宙速度

探究：以多大的速度發(fā)射這個物體，物體就剛好不落回地面，成為一顆繞地球表面做勻速圓周運動的衛(wèi)星呢？

1．第一宇宙速度

物體最終繞地球表面做勻速圓周運動，引力為其做圓周運動提供向心力。

代入數據得v=7.9km/s

這就是物體在地面附近做勻速圓周運動的速度，叫做第一宇宙速度。

問：如果發(fā)射速度大于第一宇宙速度，結果會怎樣呢？

2．第二宇宙速度

當拋出物體的速度繼續(xù)增大，地球引力將不足以為其做圓周運動提供向心力，物體將會脫離地球引力，離開地球。這個速度為v=11.2km/s，叫做第二宇宙速度。如果發(fā)射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。

3．第三宇宙速度

物體脫離地球引力的束縛后，還會受到太陽引力的束縛。若拋出的速度足夠大，物體還將脫離太陽引力的束縛，飛向太陽系之外的宇宙空間。這個速度v=16.7km/s。這個速度叫做第三宇宙速度。

二、衛(wèi)星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系

探究：目前為止，人類發(fā)射的人造地球衛(wèi)星已經有很多顆了，這些衛(wèi)星運行的快慢不同，那么衛(wèi)星運行的快慢與什么因素有關呢？

學生可能的答案：質量、軌道半徑??

我們將不同軌道上的衛(wèi)星繞地球運動都看成是勻速圓周運動，則有

可得：

結論：線速度、角速度、周期都與衛(wèi)星的質量無關，僅由軌道半徑決定。

當衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運行時，軌道半徑最小為地球半徑（r=R），此時線速度最大，角速度最大，周期最小。則

=7．9km/s =1．24×10-3rad/s =84min

即衛(wèi)星繞地球運行的最大速度為7．9km/s。最小周期為84min。

三、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度

（播放嫦娥號發(fā)射的模擬視頻，讓學生了解衛(wèi)星發(fā)射的全過程，學生也將對發(fā)射速度和運行速度有一個了解。）

1．發(fā)射速度

發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度。要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。

2．運行速度

運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛(wèi)星在近地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時，運行速度小于第一宇宙速度。

判斷

第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球運行的最小環(huán)繞速度。（）能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星？()

四、夢想成真

學生先閱讀，然后教師簡述補充。（借助于多媒體，一邊向學生展示，一邊介紹。）

其實早在六百多年前的明朝，一個名叫萬戶的人就曾有“飛天”的壯舉，但最終未能成功，并為之付出了生命。萬戶是世界上第一個利用火箭向太空搏擊的英雄。他的努力雖然失敗了，但他借助火箭推力升空的創(chuàng)想是世界上第一個，因此他被世界公認為“真正的航天始祖”，為了紀念這位世界航天始祖，世界科學家將月球上的一座環(huán)形火山命名為“萬戶山”。

19世紀中葉，俄羅斯的齊奧爾科夫斯基提出利用噴氣推進的多級火箭，運載發(fā)射衛(wèi)星。

1957年10月4日，世界上第一顆人造衛(wèi)星成功在蘇聯發(fā)射成功。

1961年4月12日，世界上第一次載人飛行，蘇聯。

1969年7月16日，人類第一次登上月球，美國。

1970年4月24日,中國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”發(fā)射成功,中國成為繼美、蘇、法、日等國家之后第五個能制造和發(fā)射人造衛(wèi)星的國家。

2003年10月15日，中國第一次載人飛行。

2007年，嫦娥一號成功發(fā)射。

然而人類對宇宙的探索并不是一帆風順的，無數探索者用自己的汗水和生命鋪設了人類通往宇宙的道路。

1986年1月28日，美國，挑戰(zhàn)者號航天飛機升空后爆炸，七名宇航員遇難。

2003年2月1 日，美國，哥倫比亞號航天飛機返航時爆炸，七名宇航員遇難。

【課堂小結】（下節(jié)課講同步衛(wèi)星和衛(wèi)星變軌問題）

【作業(yè)布置】

1．質量為m的探月航天器在接近月球表面的軌道上飛行，其運動視為勻速圓周運動。已知月球質量為M，月球半徑為R，月球表面重力加速度為g，引力常量為G，不考慮月球自轉的影響，則航天器的AC A．線速度 B．角速度 C．運行周期D．向心加速度

2．如圖3所示，衛(wèi)星的運行軌道為橢圓軌道，其近地點M和 遠地點N的高度分別為439km和2384km，則 BC A．衛(wèi)星在M點的勢能大于N點的勢能 B．衛(wèi)星在M點的角速度大于N點的角速度 C．衛(wèi)星在M點的加速度大于N點的加速度 D．衛(wèi)星在N點的速度大于7.9km/s 衛(wèi)星發(fā)射后的飛行過程大致可分為三個階段：

第一階段：垂直起飛階段。由于在地區(qū)表面附近，大氣稠密，火箭飛行時受到的阻力很大，為了盡快離開大氣層，通常采用垂直向上發(fā)射，況且垂直發(fā)射容易保證飛行的穩(wěn)定。發(fā)射后經很短的幾分鐘的加速使火箭已達到相當大的速度，至第一級火箭脫離時，火箭已處于稠密大氣層之外了。此后第二級火箭點火繼續(xù)加速，直至其脫落。

第二階段：轉彎飛行階段。當第二級火箭脫落后，火箭已具有足夠大的速度。這時第三集火箭并不立即點火發(fā)動，而是靠已獲得的巨大速度繼續(xù)升高而做慣性飛行（速度會減小），并在地面控制站的操縱下，使火箭逐漸轉彎而偏離原先的豎直方向，直至變?yōu)榕c地面平行的水平方向。

第三階段：進入軌道階段。當火箭到達與衛(wèi)星預定軌道相切位置時，第三級火箭點火開始加速，使其達到衛(wèi)星在軌道上運行所需的速度而進入軌道。進入軌道后，火箭就完成了其運載的任務，衛(wèi)星隨即與其脫離而單獨運行。剛脫離時，衛(wèi)星與末級火箭具有相同的速度，并沿同一軌道運動。由于軌道處仍有稀薄氣體存在，而衛(wèi)星與火箭的外形不同，致使兩者所受的阻力不同，因而兩者的距離逐漸被拉開。

第二篇：《宇宙航行》教學設計

《宇宙航行》教學設計

一、【設計思路】

1.“宇宙航行”是人教版普通高中《物理》教材·必修2—第六章“萬有引力與航天”的第五節(jié)內容，介紹了萬有引力的實踐性成就，萬有引力理論使人類實現“飛天”夢想。本節(jié)課是一節(jié)知識應用與擴展的課程，所以設計時注意加大知識含量，引起學生興趣。同時注意方法的培養(yǎng)，讓學生養(yǎng)成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣，避免套公式的不良習慣。圍繞第一宇宙速度的討論，讓學生形成較正確的衛(wèi)星運動圖景。

2.積極創(chuàng)設問題情境、啟發(fā)學生思維；利用電教媒體提供豐富的信息資源和交互平臺。

二、【教材分析】

本章知識與內容結構示意圖

從以上框圖不難看出本節(jié)內容是整章知識的綜合應用，也是本章中與實際聯系最為緊密的一節(jié)，所以本節(jié)內容是《萬有引力與航天》一章中的重要一節(jié)。

三、【教學目標】

根據本節(jié)教材特點確定本節(jié)教學目標如下：

（一）知識與技能

運用萬有引力定律研究宇宙速度，認識萬有引力的發(fā)現對探索未知世界的作用

1、會計算并理解人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度

2、知道第二宇宙速度和第三宇宙速度

3、激發(fā)學生探索未知世界的興趣

（二）過程與方法

體會萬有引力定律的發(fā)現對科學技術的發(fā)展和人類社會的進步所產生的重要作用

1.了解人造地球衛(wèi)星的最初夢想。

2.第一宇宙速度的推導過程。

3.會解決涉及人造地球衛(wèi)星運動的較簡單的問題。

（三）情感態(tài)度與價值觀

展示我國航天事業(yè)所取得的成就，增強學生的民族自豪感和社會責任感

1.體會萬有引力定律在航天事業(yè)發(fā)展中的重要作用，產生探究的成就感；

2.感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感，激發(fā)學習興趣，認識到掌握物理規(guī)律的價值；

3.滲透“學以致用”的思想，激發(fā)學生的學習熱情。

四、【教學重點和難點】

●重點：會計算并理解宇宙第一速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度

●難點：創(chuàng)設問題情景，理解三個宇宙速度的物理意義

五、【學習起點能力分析】

●在物理1的第3章中，學生已經知道力與運動的關系，能理解牛頓第二定律；在物理2的第4章中，學生初步研究了研究了圓周運動；本章中又學了萬有引力定律以及前面所學的能量的觀點等。這些都是學習本節(jié)課的基礎知識

●高中學生大都會對航天常識有所了解，并形成了某些看法，其中有的可能是正確的，有的可能是不正確的。有的學生還可能對航天科學產生了濃厚的興趣。教學過程中，要充分考慮到學生這些已有的看法和興趣等特點

六、【教學方法和手段】

以啟發(fā)式教學、建構主義為指導思想，采用以問題為中心的課堂教學模式，結合多媒體輔助教學。

七、【教學設備】

多媒體教學輔助課件

八、【教學過程】

（一）引入新課

教師：浩瀚的宇宙、閃爍的星空，神秘而美麗的太空一直牽引著人類無限的遐想。

隨著科技的發(fā)展，人類終于擺脫了大地的束縛和引力的牽絆，實現了飛天的夢想。我國航天員也第一次把中國人的足跡印在飛船艙外的茫茫太空之中。

展示神舟飛船圖片及航天員翟志剛太空漫步圖片。

本節(jié)課我們就來學習人類是如何走出地球、飛向宇宙，進行宇宙航行的。今天就讓我們一起飛出地球去！（板書課題）

設計說明：由人類飛天之夢的歷史激發(fā)學生的求知欲和民族自豪感，從而引入課題。

教師：先來了解本節(jié)課的教學目標。（出示幻燈片）（生讀）

（二）新課教學

教師：思考:物體怎樣才能成為繞地球轉動的人造衛(wèi)星呢？大家來說說你們的想法

1.牛頓的設想

教師：提供生活經驗：我們知道，地球對周圍的物體有引力作用，因此拋出的物體要落回地面。在地面上將一個物體水平拋出，拋出時速度越大，落地點距拋出點的水平距離越大。（動畫模擬演示）

思考：地球是個球體，如果拋出速度很大時，我們還能將地面看作平面嗎？如果速度繼續(xù)一直增大，會出現什么情況呢？

學生：思考并回答。

教師：將學生的回答與牛頓的設想作對比，作出肯定，使學生體驗思考的快樂。

（多媒體播放“牛頓關于人造衛(wèi)星的設想”）

設計說明：創(chuàng)設問題情境，經歷探究人造衛(wèi)星由設想變?yōu)楝F實的過程，體會猜想、外推的科學方法，感受科學家的思想之偉大，培養(yǎng)學生的科學思維。

2、三種宇宙速度

教師：從牛頓提出設想到第一顆人造衛(wèi)星上天，歷時近三百年。這是因為發(fā)射衛(wèi)星所需的速度太大了，當時人類科技的水平還產生不了這樣大的速度。

思考：以多大的速度將物體拋出，它就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星？

解法一：（學生1：板書）設地球和人造地球衛(wèi)星的質量分別為和, 衛(wèi)星到地心的距離是,衛(wèi)星的環(huán)繞速度為：

,，代入數據得：。

教師：在地球表面附近萬有引力的大小與重力的關系是什么?

學生：重力近似等于萬有引力

教師：你能根據這一關系，從另一角度求這個速度嗎？

解法二：（學生2：板書）

代入數據得：

教師：這就是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度，又叫環(huán)繞速度，它是發(fā)射一個物體、使其成為地球衛(wèi)星的最小速度。若以第一宇宙速度發(fā)射一個物體，物體將在貼著地球表面的軌道上繞地球做勻速圓周運動。

討論與交流：如果衛(wèi)星的發(fā)射速度大于，會出現什么情況呢？（鼓勵學生大膽猜想）

（動畫演示宇宙速度課件，加深學生理解）

學生思考回答，教師進行總結說明。

設計說明：教師適當地提示、引導，讓學生動腦、動手，利用所學知識推導第一宇宙速度。同時，鍛煉學生利用所學知識分析和解決新問題能力，培養(yǎng)學生科學探索能力。

3、衛(wèi)星的運行規(guī)律

（動畫演示衛(wèi)星運行課件，建立正確圖景）

1、所有衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓（或橢圓）軌道上

2、“高軌低速長周期”

教師：為簡單起見，如果我們將不同軌道上的衛(wèi)星繞地球運動都看成是勻速圓周運動，請同學們利用已學的知識，探究衛(wèi)星繞地球的運行速度、周期與軌道半徑的關系。

學生3：板演

得：

設計說明：通過對衛(wèi)星運動規(guī)律的研究，幫助學生建立起關于各種人造地球衛(wèi)星運行狀況的正確圖景，幫助學生養(yǎng)成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣。

4.課堂練習

[例1] 我國發(fā)射的第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號”的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質量約為地球質量的，月球的半徑約為地球半徑的，地球上的第一宇宙速度約為，求“嫦娥一號”探月衛(wèi)星繞月球運行的速率？（約）

（動畫模擬“嫦娥一號”探月衛(wèi)星發(fā)射，讓學生了解衛(wèi)星發(fā)射的全過程，為課堂練習提供問題情境。）

[例2] 如圖所示，a、b、c是地球大氣層外圓形軌道上運行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質量相同，且小于c的質量，則（BD）

A.b所需向心力最大

B.b、c周期相等，且大于a周期

C.b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度

D.b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度

設計說明：加強學生對知識的遷移與應用，加深學生對天體運動的動力學關系的正確理解，實現練習與課堂內容的高度統一。

5.夢想成真

教師：探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠的太空，是人類自古以來的夢想。讓學生閱讀材料“夢想成真”內容。

（以人類載人航天50周年紀念為切入點，通過圖片及視頻展示，了解人類探索太空的歷史。）

教師：盡管人類已經跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙之宏大，地球和月球不過是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對于宇宙之久長，人類歷史不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕。宇宙留給人們的思考和疑問深邃而廣闊。宇宙有沒有邊界？有沒有起始和終結？地外文明在哪里？??這些都是留給大家將來去解決的問題。

設計說明：讓學生了解人類探索太空的過程，感知人類探索宇宙的夢想及成就。激發(fā)學生學習物理的熱情，促使學生樹立獻身科學的人生觀和價值觀。

（三）課堂小結

1.三種宇宙速度：

v1=7.9km/s．（會推導）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s

2.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動所需的向心力由萬有引力提供:

（四）布置作業(yè)

1．閱讀教材中的“科學漫步”和“STS”材料；

2．上網查閱：人造衛(wèi)星的種類、同步衛(wèi)星的含義及特點。將學生分組，每個小組任選一個主題進行研究，并利用互聯網搜集查找相關資料，制作匯報PPT或海報，下節(jié)課進行交流共享。

專題學習網站：

中國載人航天工程網：http://www.tmdps.cn/

板書設計：

宇宙航行

一、牛頓的設想

二、宇宙速度

第一宇宙速度： 第二宇宙速度：

第三宇宙速度：

三、衛(wèi)星的運行規(guī)律

教學反思

這一節(jié)重點講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導了第一宇宙速度,并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學上應用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現了知識的力量，是學生學習了解現代科技知識的一個極好素材。教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重點內容，是學生進一步學習研究天體物理問題的理論基礎。另外，學生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產生對航天科學的熱愛，培養(yǎng)學生對科學的興趣。

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第三篇：《宇宙航行》教學設計

《宇宙航行》教學設計

一、教材分析

“宇宙航行”是人教版普通高中《物理》教材·必修2—第六章“萬有引力與航天”的第五節(jié)內容，介紹了萬有引力的實踐性成就，萬有引力理論使人類實現“飛天”夢想。本節(jié)課是一節(jié)知識應用與擴展的課程，所以設計時注意加大知識含量，引起學生興趣。同時注意方法的培養(yǎng)，讓學生養(yǎng)成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣，避免套公式的不良習慣。圍繞第一宇宙速度的討論，讓學生形成較正確的衛(wèi)星運動圖景。

二、學情分析

在日常生活，學生對宇宙航行有粗淺的了解，且對這塊內容有一定的學習興趣。而在前面的學習中，學生對勻速圓周運動的規(guī)律和萬有引力定律基本掌握，為這節(jié)課的順利開展做了鋪墊。但學生的畫圖能力，理論推導能力不強，需要教師在課堂上加以引導。

三、教學目標 知識與技能：

1、知道三個宇宙速度的含義和數值。

2、能區(qū)分發(fā)射速度和運行速度。

3、了解人造衛(wèi)星的軌道特征。過程與方法：

1、聯系曲線運動的拱橋，推導第一宇宙速度。

2、會分析人造衛(wèi)星的受力和運動情況，掌握人造衛(wèi)星的運動規(guī)律（線速度，角速度，周期和軌道半徑的關系）。情感態(tài)度與價值觀：

1、養(yǎng)成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣，避免套公式的不良習慣。

2、圍繞第一宇宙速度和人造衛(wèi)星的運動規(guī)律的討論，讓學生形成較正確的衛(wèi)星運動圖景。

四、教學重難點

重點：

1、聯系曲線運動中拱橋的例子，結合萬有引力定律和勻速圓周運動的規(guī)律，推導第一宇宙速度。

2、用萬有引力是天體運動的向心力這一基本思路，掌握人造衛(wèi)星的運動規(guī)律（線速度，角速度，周期和軌道半徑的關系）

難點：

1、聯系曲線運動中拱橋的例子，結合萬有引力定律和勻速圓周運動的規(guī)律，推導第一宇宙速度。

五、教學過程(一)引入新課

播放將近2min《地心引力》電影片段，提出宇宙航行的話題，激發(fā)學生的學習興趣。教師：同學們，咱們先來欣賞一段視頻（播放視頻）。

知道這是哪部電影嗎？ 沒錯，《地心引力》！現在有很多和宇宙航行有關的電影，那么這節(jié)課咱們就一起來學習和研究一下關于宇宙航行的知識。（3min）

（二）人造衛(wèi)星的發(fā)射原理 用兩種方法推導第一宇宙速度，簡單介紹第二宇宙速度和第三宇宙速度，區(qū)別發(fā)射速度和運行速度。

1、聯系曲線運動的拱橋，推導第一宇宙速度

教師：自古以來，人類就有飛天的夢想，那么地面上的物體拋出后，怎樣才能不落回地球？早在300多年前，牛頓就在思考這個問題。根據平拋運動的規(guī)律，高度一定，物體拋出的速度v越大，落地點越遠，那么他猜想：當速度增大到一定程度，物體就不再落回地面。教師：那至少以多大的速度拋出這個物體，它才會繞地球運動不落回地球，成為一顆人造衛(wèi)星？

（學生思考討論；預設：若學生直接回答7.9km/s，則提問如何計算？）

提示：解決問題的本質是轉化，就是把新的問題與我們曾經學過的模型相對比，找到他們的聯系，再解決問題。這個問題與我們學過的哪個問題有相似性呢？

聯系在曲線運動中，一輛汽車過拱橋的安全速度（最大速度）的計算，可將地球看成一個巨大的拱橋，那么地球的半徑就是拱橋的半徑。

這個問題轉化成：質量為m的汽車通過一個半徑為R的拱橋，求拱橋對它的支持力恰好為0時，汽車的速度v？

教師：和學生一起推導（重力全部提供向心力，說明v與物體自身質量無關）。

6v2 v?gR?9.8?6.4?10m/smg?mR ?7.9km/s

說明這就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度，也是讓物體拋出后不落回地球的最小速度，叫做第一宇宙速度。

教師提問：若已知地球的質量M，半徑R，第一宇宙速度又該如何計算？（提示：近地面萬有引力近似等于重力，注重公式推導過程，由于課堂時間有限，最后數據可直接告訴學生，請某位同學起立回答）可以問學生這樣計算的結果是否與前面的一樣？為什么？

GMmR2?mv2Rv?

GMR?6.67?10?11?5.89?10246.4?106m/s?7.9?103m/s?7.9km/s（12min）

2、簡單介紹第二宇宙速度和第三宇宙速度

教師：（演示動畫）當物體以7.9km/s在近地面被拋出，它將繞地球做勻速運動圓周運動，那如果在地面附近發(fā)射速度大于7.9km/s呢？物體還能做勻速圓周運動嗎？為什么？（提示所需要的向心力大于萬有引力，物體做離心運動）。進而簡單介紹第二宇宙速度和第三宇宙速度。

（預設：若此時學生追問第二宇宙速度和第三宇宙速度如何計算，以及橢圓軌道的問題，則提示：目前以我們所學知識還無法計算，或者可以和同學們一起課后再交流）（3mim）第二宇宙速度是人造行星繞太陽的發(fā)射速度，與太陽有關，也與物體在地球出發(fā)有關，情況復雜。有興趣的同學可以在學了大學物理之后進行進一步的探究。

3、區(qū)別發(fā)射速度和運行速度 教師：直接講解

發(fā)射速度：是指被發(fā)射物在地面附近離開發(fā)射裝置時的速度。①宇宙速度均指發(fā)射速度

②第一宇宙速度是在地面發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度

運行速度：是指發(fā)射物進入軌道后繞地球做勻速圓周運動的速度。（2min）

（三）人造衛(wèi)星的軌道（亮點：學生活動）教師：在我們地球上空環(huán)繞著很多人造衛(wèi)星，它們在預設的軌道上執(zhí)行著各自的任務。（展示人造衛(wèi)星圖片），給出地球和地軸，請一個學生（容易出錯，物理基礎相對薄弱）上臺在一體機上畫多個人造衛(wèi)星軌道（其他同學在我事先發(fā)的紙上畫），提問：人造衛(wèi)星有這么多軌道，這些軌道有什么共同的特征？（軌道圓心是地心，并提問為什么？）（8min）

（四）人造衛(wèi)星的運動規(guī)律

教師：在不同軌道上，圍繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度及周期是多少呢？（和學生一起推導，一起討論隨軌道半徑增大，向心加速度減小，線速度減小，角速度減小，周期增大。點明第一宇宙速度是人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運行的最大速度。）（10min）

根據時間酌情安排2個選擇題，并進行簡單小結，預告下節(jié)課講地球同步衛(wèi)星。（2min）

六、板書設計

第四篇：《宇宙航行》教學設計

思想

宇宙航行不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重點內容，是學生進一步學習研究天體物理問題的理論基礎。另外，學生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產生對航天科學的熱愛，增強民族自信心和自豪感。

學生已學過平拋運動、勻速圓周運動、萬有引力定律等基本理論，具備了解決問題的基本工具。

本節(jié)重點講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導了第一宇宙速度，并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學上應用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現了知識的力量，是學生學習了解現代科技知識的一個極好素材。

本節(jié)課的難點在于對人造衛(wèi)星原理的理解，因此教學設計上采用理論探究法，在設計中突出發(fā)揮學生的主體作用，課堂中通過設疑→思考→啟發(fā)→引導這樣一條主線，激發(fā)鼓勵學生的大膽思考、積極參與，讓學生通過自己的分析研究來掌握獲取相關的知識和方法。

二、教學目標

（一）知識和能力目標

1．了解人造地球衛(wèi)星的有關知識和航天發(fā)展史。

2．知道三個宇宙速度的含義和數值，會推導第一宇宙速度。

3．理解衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。

（二）過程與方法目標

1．在學習牛頓對衛(wèi)星發(fā)射的思考過程的同時，培養(yǎng)學生科學探索能力；培養(yǎng)學生在處理實際問題時，如何構建物理模型的能力。

2．通過對衛(wèi)星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系的討論，培養(yǎng)學生運用知識分析解決實際問題的能力。

（三）情感態(tài)度與價值觀目標

1．通過展示人類在宇宙航行領域中的偉大成就，激發(fā)學生學習物理的熱情。

2．通過介紹我國在航天方面的成就，激發(fā)學生的愛國熱情，增強民族自信心和自豪感。

3．感知人類探索宇宙的夢想，促使學生樹立獻身科學的人生觀和價值觀。

三、教學重點

1．第一宇宙速度的推導。

2．衛(wèi)星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。

四、教學難點

衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度的關系。

五、教學方法

探究、講授、討論。

六、教學準備

多媒體課件。

七、教學過程

（一）引入新課

通過前面的學習我們知道了，人類通過站在地球上的觀測，認識到了天體做什么樣的運動，并進一步弄清了天體為什么要做這樣的運動。然而人類并不滿足于只站在地球上探索宇宙的奧秘。本節(jié)課，我們就來學習人類是如何走出地球，飛向宇宙，進行宇宙航行的。（利用幻燈片，向學生展示一些航天類的圖片，以激發(fā)學生的學習興趣。）

（二）推進新課

牛頓的思考

探究：怎樣才能使得一個物體繞著地球做圓周運動？

先讓學生思考、討論，教師可根據學生情況引導學生思考。

我們知道，在地面上將一個物體水平拋出，若拋出時速度越大，則落地點距拋出點的水平距離越大。如果拋出速度很大時，我們還能將地面看作平面嗎？（不能）

早在16世紀道的牛頓就曾思考過這個問題。（播放衛(wèi)星發(fā)射原理動畫，并向學生分析）

從地球上最高的山峰上將物體水平拋出，速度越大，落地點就越遠。如果拋出的速度足夠大，物體就不在落回地面，它將繞地球運動，成為一顆人造地球衛(wèi)星。

宇宙速度

探究：以多大的速度發(fā)射這個物體，物體就剛好不落回地面，成為一顆繞地球表面做勻速圓周運動的衛(wèi)星呢？

1．第一宇宙速度

物體最終繞地球表面做勻速圓周運動，引力為其做圓周運動提供向心力。

代入數據得v=7．9km/s

這就是物體在地面附近做勻速圓周運動的速度，叫做第一宇宙速度。

如果發(fā)射速度大于第一宇宙速度，結果會怎樣呢？

2．第二宇宙速度

當拋出物體的速度繼續(xù)增大，地球引力將不足以為其做圓周運動提供向心力，物體將會脫離地球引力，離開地球。這個速度為v=11．2km/s。我們把v=11．2km/s叫做第二宇宙速度。如果發(fā)射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。

3．第三宇宙速度

物體脫離地球引力的束縛后，還會受到太陽引力的束縛。若拋出的速度足夠大，物體還將脫離太陽引力的束縛，飛向太陽系之外的宇宙空間。這個速度v=16．7vkm/s。這個速度叫做第三宇宙速度。

衛(wèi)星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。

探究：目前為止，人類發(fā)射的人造地球衛(wèi)星已經有幾千顆了，這些衛(wèi)星運行的快慢不同，那么衛(wèi)星運行的快慢與什么因素有關呢？

學生可能的答案：質量、軌道半徑??

我們將不同軌道上的衛(wèi)星繞地球運動都看成是勻速圓周運動，則有

可得：

結論：線速度、角速度、周期都與衛(wèi)星的質量無關，僅由軌道半徑決定。

當衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運行時，軌道半徑最小為地球半徑（r=r），此時線速度最大，角速度最大，周期最小。則

=7．9km/s

=1．24×10-3rad/s

=84min

即衛(wèi)星繞地球運行的最大速度為7．9km/s。

人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度

（播放嫦娥一號發(fā)射的模擬視頻，讓學生了解衛(wèi)星發(fā)射的全過程，學生也將對發(fā)射速度和運行速度有一個了解。）

1．發(fā)射速度

發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無能量補充，要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。

2．運行速度

運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛(wèi)星“貼著”地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時，運行速度小于第一宇宙速度。

夢想成真

學生先閱讀，然后教師簡述補充。（借助于多媒體，一邊向學生展示，一邊介紹，注意情感態(tài)度與價值觀目標的實現。）

其實早在六百多年前的明朝，一個名叫萬戶的人就曾有“飛天”的壯舉，但最終未能成功，并為之付出了生命。萬戶是世界上第一個利用火箭向太空搏擊的英雄。他的努力雖然失敗了，但他借助火箭推力升空的創(chuàng)想是世界上第一個，因此他被世界公認為“真正的航天始祖”，為了紀念這位世界航天始祖，世界科學家將月球上的一座環(huán)形火山命名為“萬戶山”。

19世紀中葉，俄羅斯學者，齊奧爾科夫斯基，提出利用噴氣推進的多級火箭，運載發(fā)射衛(wèi)星。

1957年10月4日，世界上第一顆人造衛(wèi)星成功在蘇聯發(fā)射成功。

1961年4月12日，世界上第一次載人飛行，蘇聯。

1969年7月16日，人類第一次登上月球，美國。

1070年，中國第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。

2003年10月15日，中國第一次載人飛行。

2007年，嫦娥一號成功發(fā)射。

然而人類對宇宙的探索并不是一帆風順的，無數探索者用自己的汗水和生命鋪設了人類通往宇宙的道路。

1986年1月28日，美國，挑戰(zhàn)者號航天飛機升空后爆炸，七名宇航員遇難。

2003年2月1日，美國，哥倫比亞號航天飛機返航時爆炸，七名宇航員遇難。

（三）課堂小結

盡管人類已經跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙之宏大，地球和月亮不過是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對于宇宙之久長，人類歷史不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕。宇宙留給人們的思考和疑問深邃而廣闊。宇宙有沒有邊界？有沒有起始和終結？地外文明在哪里？這些都是留給大家待以解決的問題。

第五篇：宇宙航行教學設計

《宇宙航行》教學設計

江蘇省漣水中學 董存生

一、教材分析

《宇宙航行》系新課程人教版必修2第七章第五節(jié)，重點講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導了第一宇宙速度,并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學上應用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現了知識的力量，是學生學習了解現代科技知識的一個極好素材。教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重點內容，是學生進一步學習研究天體物理問題的理論基礎。另外，學生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產生對航天科學的熱愛，增強民族自信心和自豪感。

二、教學目標

（一）知識與技能

（1）知道人造地球衛(wèi)星的運行原理，會運用萬有引力定律和圓周運動公式分析解答有關衛(wèi)星運行的原因；

（2）掌握三個宇宙速度，會推導第一宇宙速度；（3）簡單了解航天發(fā)展史。

（4）能用所學知識求解衛(wèi)星基本問題。

（二）過程與方法

（1）培養(yǎng)學生科學探索能力；

（2）培養(yǎng)學生在處理實際問題時，如何 構建物理模型的能力；

（3）學習科學的思維方法培養(yǎng)學生歸納、分析和推導及合理表達能力。

（三）情感態(tài)度與價值觀

介紹我國航天事業(yè)的發(fā)展現狀，激發(fā)學習科學，熱愛科學的激情，增強民族自信心和自豪感。

課時安排：一節(jié)課

教 具：多媒體課件(flash 8制作)、投影儀、計算機

三、設計理念

學科教學活動以學生為主體，促進學生知識、能力、品德三維一體的全面發(fā)展，這是本課件設計的基本理念。學生已學過平拋運動、勻速圓周運動、萬有引力定律等基本理論，具備了解決問題的基本工具。本節(jié)課的難點在于對人造衛(wèi)星原理的理解，因此教學設計上采用理論探究法：在設計中突出發(fā)揮學生的主體作用，課堂中通過設疑→思考→啟發(fā)→引導這樣一條主線，激發(fā)鼓勵學生的大膽思考、積極參與，讓學生通過自己的分析研究來掌握獲取相關的知識和方法。

四、教學重點、難點

（1）第一宇宙速度的推導；

（2）人造衛(wèi)星運轉的環(huán)行速度與衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別；（3）衛(wèi)星做圓周運動時，各物理量的關系。

五、教學方法

啟發(fā)探究式教學、多媒體輔助教學。

六、教學準備：

多媒體制作，月球繞地球轉動演示儀、投影儀、計算機。

七、教學過程

（一）創(chuàng)設情境，激發(fā)情感，引入新課

1．利用多媒體播放視頻：（1）人造衛(wèi)星發(fā)射，（2）人造衛(wèi)星在圓形軌道上的運行。2．演示月亮繞地球轉動。

提出問題：拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒有落下來？衛(wèi)星、月亮沒有落下來必須具備什么條件？

（二）人造地球衛(wèi)星

1．拋物演示實驗：學生觀察落地點的變化，落地點為什么會變化？ 2．牛頓的思考與設想：

△拋出的速度v越大時，落地點越遠，速度不斷增大，將會出現什么結果？

△牛頓根據自己的設想草擬了一幅極富創(chuàng)意的人造衛(wèi)星原理圖。

△牛頓的設想由于受技術條件的限制，物體不可能達到這樣的速度，但他的思想啟發(fā)了后人，在太空探索中立了頭功。

△動畫展示牛頓的設想過程。

引出人造地球衛(wèi)星（簡稱人造衛(wèi)星）的概念。

（三）宇宙速度

1、問題的提出：人造衛(wèi)星為什么不掉下來，人造衛(wèi)星的線速度有多大。進行提示想想雜技水流星，水到了最高點為什么不掉來，一起探索原因，直到得出結論。圍繞線速度問題，讓學生猜測高軌道還是低軌道的人造衛(wèi)星線速度更大。

問題 猜測

如何驗證

利用這樣的教學設計，力求真正的體現學生的主體地位和老師的主導作用。強調學生自己探究、自行分析的能力，得出結論：

GMmv2?m

由此解出v?2rrGM r學生證實了剛才的猜測，在這一基礎上，讓同學們自己研究ω、T 和半徑r的關系，每位同學都能找到：

??GM，隨著半徑增大，ω減小 r32 r3T?2?，隨著半徑增大，T變大

GM接下去的任務就是如何導出第一宇宙速度，在點評公式時，提示學生，半徑是不是有什么特殊的情況，運行的最小半徑為多少？讓學生以小組為單位進行探究。在理想情況下，運行的半徑最小就是靠近地面的人造衛(wèi)星，半徑近似等于地球半徑，也就是最大的線速度，學生得出：

可以近似認為r=R，將此代入，地球質量為5.89×1024Kg，半徑為R=6.37×106m，G=6.67×10-11N·m2/Kg2

GMv1??R6.67?10?11?5.89?1024m/s=7.9Km/s 66.37?10v1=7.9km/s是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具有的速度，叫第一宇宙速度。

所以這些結論都是由學生在學習小組中探究得到，學生的自信心得到極大的滿足，更主要使他們從被動接受變?yōu)橹鲃铀魅。箤W生樂學，好學。學生思考：

（1）將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？（2）所需要的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？

（3）發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)星運轉速度大又說明什么？

從能的角度，圓周運動的公式引導學生分析二者的不同。學生思考：

我們剛研究過，當衛(wèi)星的軌道半徑越大時，衛(wèi)星繞地球旋轉時的速度越小，衛(wèi)星發(fā)射時越難，送入軌道需要消耗的能量越多，發(fā)射的速度必須越大，由此我們可以得出要將人造衛(wèi)星送入軌道的發(fā)射速度必須大于多少？學生分析得出v≥7.9km/s 引導：發(fā)射速度越大，人造衛(wèi)星就進入更高的軌道，當速度大到某一值時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運動我們把這個速度叫第二宇宙速度，它的大小為v2=11.2km/s。

同時分析飛到太陽系以外的宇宙空間，速度必須等于或大于16.7km/s，這個速度叫第三宇宙速度。

動畫展示三個宇宙速度

（四）讓學生具有振興中華的使命感與責任感

本節(jié)課的最后，播放了一段美國登月的視頻，讓學生發(fā)現一些奇妙的物理現象，引導學生發(fā)現月球的背景是什么顏色，宇航員行走的模樣等等，預計不久的將來，哪個國家也將登上月球，同學們高呼“中國”，那么我們現在能做些什么呢，讓同學感想到：我們是祖國的未來的希望，現在需要努力學習科學文化知識，將來為祖國的航天事業(yè)做貢獻。要培養(yǎng)學生堅韌不撥、勇于探索、協力合作的科學精神以及嚴謹求實、謙虛謹慎、勇于質疑科學態(tài)度；也要培養(yǎng)學習者熱愛科學、熱愛祖國的情感；努力學習、振興中華的責任感。這些策略在本案例中得到了體現。

（五）練習反饋，拓展延伸：

［題1］“2003年10月15日9時，我國神舟五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把我國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時23分安全降落在內蒙古主著陸場。”根據以上消息，近似地把飛船從發(fā)射到降落的全部運動看作繞地球的勻速圓周運動，試估算神舟五號繞地球飛行時距地面的高度（已243知地球的質量為M =6.0×10Kg，地球的半徑 R =6.4×10Km）。

1、學生獨立思考，計算周期T的大小并推導出高度與地球質量、半徑、周期等物理量之間的關系公式，代入相關數據進行計算得到結果。

2、教師檢查，然后師生共同評價、指出問題。使學生學以致用，掌握正確的解題思路和方法。

［題2］金星的半徑是地球的0.95倍，質量是地球的0.82倍，金星表面的自由落體加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？

1、教師點撥引導學生通過聯想得出解題的兩種方法，將計算結果與正確結果進行比較。

2、拓展：將天體運動的橢圓軌道近似為圓。所有環(huán)繞中心天體做圓周運動所需向心力，均由中心天體的萬有引力提供。

（六）小結與作業(yè)布置

1．閱讀教科書上P76的科學漫步“黑洞”

2．上網查閱：（1）人造衛(wèi)星的種類（2）同步衛(wèi)星的含義及特點

八、綜合評價：

這節(jié)課始終以學生為主體精心設計學習活動。沒有讓學生機械的記憶，而且給學生主動探索、自主學習的空間，通過學生的思考、動手、觀察、討論，激發(fā)學生的學習熱情，使學生由被動接受知識轉化為主動的獲取知識，讓學生真正學會如何學習，使學生的創(chuàng)新潛能得到最大發(fā)揮。

2006-11-12