第一篇：6.5宇宙航行 教學設計

《6.5宇宙航行》

教學設計 【教材分析】

本節是教科版《必修2》萬有引力定律一章的最后一節，是引導萬有引力定律的綜合應用，是學生利用所學知識解決實際問題的內容． 新教材增加了人造地球衛星從提出設想到成功發射的歷程，并且揭示了人造地球衛星在通信、導航、收集氣象數據和其他許多領域內的應用，加強了學生生活與現代社會及科技發展的聯系，使學生更加關注物理學的技術應用所帶來的社會問題，更加關注科學技術的現狀及發展趨勢可以增強學生的求知欲，發展科學探索的興趣，學習科學探究的方法，發展自主學習能力，養成良好的思維習慣，體現了新課標的總體目標要求． 通過了解人造衛星的運行原理，認識萬有引力定律對科學發展所起的作用，培養學生科學服務于人類的意識．

【學情分析】

學生已經掌握萬有引力定律，牛頓第二定律和勻速圓周運動的相關知識，教學中要繼續深化學生對這些定律和知識的理解，培養學生綜合應用知識和理論聯系實際的能力。由于本校學生運算能力不強，教學中要避免復雜的計算和太繁復的物理情景。

【教學目標】通過本節課的學習探究，你應該： 1.分析人造衛星的運動規律

2.通過小組討論、計算，知道三個宇宙速度的含義，會推導第一宇宙速度，能用所學知識求解衛星基本問題

3.通過課內交流、小組討論、教師點評，理解掌握人造衛星的線速度、角速度、周期及向心加速度與軌道半徑的關系

4.了解人造衛星的相關知識及我國衛星發射的情況，激發學生的愛國熱情。【教學準備】

視頻、動畫、網上資源、多媒體技術． 【教學重點難點】

1.教學重點：第一宇宙速度的推導 2.教學難點： 區分環繞速度與發射速度 【學法指導】

注意掌握規律，重點突破，重視基礎。【教學過程設計】 第一環節：新課引入

1、知識回顧：利用微視頻深入了解重力、地球表面的物體所受萬有引力的關系

2、新課引入：由小組代表利用PPT帶領同學們共同了解人造衛星的相關知識 本環節設計目的：

1．深入了解地球表面的重力與萬有引力的關系，方便后面第一宇宙速度的推導 2．通過介紹人造衛星的用途激發學生的學習興趣 第二環節：人造衛星規律的探究

1、第一宇宙速度的計算：

教師： 衛星能繞地球做圓周運動，運行的線速度叫做環繞速度（運行速度）那么什么力提供向心力？表達式是什么？ 學生：萬有引力

教師：軌道半徑增大，線速度有什么變化？

合作探究一： 地球質量約為M≈6×10kg, 地球半徑約為R≈6.4×106m, 引力常量 G=6.67×10-11Nm2/kg2。估算:近地衛星的運行速度?

學生練習，并在黑板上展示，教師觀察總結兩種方法，并告知學生代入具體數值后的結果是7.9km/s。教師通過數據的分析，使學生體會這是一個非常大的速度。

2、半徑增加環繞速度的計算：

通過例1 學生練習，教師觀察。學生展示思考過程，并糾錯，深刻體會兩種算法，教師總結

第二環節：怎樣發射人造衛星

1、利用PPT介紹牛頓關于發射人造衛星的設想。

2、得出結論： ⑴、發射人造衛星需要足夠大的速度。

⑵、圓軌道衛星的圓心都在地球球心。(筆記)⑶、所有衛星都由有萬有引力提供向心力。(筆記)

3、觀看視頻《嫦娥一號的發射》 3 教師：猜想視頻中哪個時刻衛星的速度是是衛星的發射速度？ 介紹發射速度

教師：視頻中我們看到衛星變軌，那么衛星是如何實現變軌的？ 同學們認真思考

相互交流談論

展示想法 學生：衛星繼續加速 繼而做離心運動

進一步引導思考高軌道衛星更容易發射么？ 討論展示想法

第三環節：第二、第三宙速度介紹。

知道第一宇宙速度是所有圓軌道衛星的最大環繞速度，也是所有圓軌道衛星的最小發射速度。(筆記)

第四環節： 總結圓軌道人造衛星運動規律

學生自己應用前面萬有引力知識分析線速度，角速度，周期與軌道半徑的關系。教師小結：衛星繞地運轉軌道半徑越大，速度越小、角速度越小、周期越大；加速度越小。(筆記)簡記：高軌低速周期長（衛星環繞同一中心天體運動）

演示課件：幾顆不同軌道衛星同時繞地運行動畫,從而直觀判斷以上變化關系

練習并鞏固

第五環節：本節知識小結：

1、宇宙速度：

第一宇宙速度：v＝7.9km／s 是衛星發射的最小速 度，是衛星繞地球運行的最大速度。

第二宇宙速度：v＝11.2km／s，是衛星掙脫地球束 縛的最小發射速度

第三宇宙速度: v＝16.7km／s，是掙脫太陽束縛的 最小發射速度。

2、研究天體運動的基本方法：

把天體或人造衛星的運動看作勻速圓周運 動，萬有引力提供天體或人造衛星的向心力.【教師總結】：天體的質量越大，半徑越小，逃逸速度也就越大，也就是說表面的物體就越不容易脫離它的束縛，有些恒星，在它最后階段，強大的引力作用下，半徑非常小，逃逸速度非常大，以光速傳播的光都不能逃逸，這種天體稱為黑洞。課下同學們可以閱讀教科書上P76的科學漫步“黑洞”

那么宇宙的起始和終結？地外文明在哪里？這些都是留給大家待以解決的問題。

【作業布置作業】

1．閱讀教科書上P76的科學漫步“黑洞”

六、教學反思 作業布置作業

這節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，注重基本規律的掌握，通過學生的思考、觀察、討論，激發學生的學習熱情，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，使學生的創新潛能得到最大發揮。

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。本節課是一節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，讓學生養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星運動圖景。

2.積極創設問題情境、啟發學生思維；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，所以本節內容是《萬有引力與航天》一章中的重要一節。

三、【教學目標】

根據本節教材特點確定本節教學目標如下：

（一）知識與技能

運用萬有引力定律研究宇宙速度，認識萬有引力的發現對探索未知世界的作用

1、會計算并理解人造衛星的環繞速度

2、知道第二宇宙速度和第三宇宙速度

3、激發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現對科學技術的發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星運動的較簡單的問題。

（三）情感態度與價值觀

展示我國航天事業所取得的成就，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發展中的重要作用，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，激發學習興趣，認識到掌握物理規律的價值；

3.滲透“學以致用”的思想，激發學生的學習熱情。

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“牛頓關于人造衛星的設想”）

設計說明：創設問題情境，經歷探究人造衛星由設想變為現實的過程，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星上天，歷時近三百年。這是因為發射衛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，成為人造地球衛星？

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

,，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，又叫環繞速度，它是發射一個物體、使其成為地球衛星的最小速度。若以第一宇宙速度發射一個物體，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：如果衛星的發射速度大于，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，培養學生科學探索能力。

3、衛星的運行規律

（動畫演示衛星運行課件，建立正確圖景）

1、所有衛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：通過對衛星運動規律的研究，幫助學生建立起關于各種人造地球衛星運行狀況的正確圖景，幫助學生養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] 我國發射的第一顆探月衛星“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”探月衛星繞月球運行的速率？（約）

（動畫模擬“嫦娥一號”探月衛星發射，讓學生了解衛星發射的全過程，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

1．閱讀教材中的“科學漫步”和“STS”材料；

2．上網查閱：人造衛星的種類、同步衛星的含義及特點。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、衛星的運行規律

教學反思

這一節重點講述了人造衛星的發射原理，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。本節課是一節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，讓學生養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律和萬有引力定律基本掌握，為這節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、能區分發射速度和運行速度。

3、了解人造衛星的軌道特征。過程與方法：

1、聯系曲線運動的拱橋，推導第一宇宙速度。

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

1、養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星的運動規律的討論，讓學生形成較正確的衛星運動圖景。

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，掌握人造衛星的運動規律（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）人造衛星的發射原理 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，區別發射速度和運行速度。

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射速度，與太陽有關，也與物體在地球出發有關，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、區別發射速度和運行速度 教師：直接講解

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

②第一宇宙速度是在地面發射人造衛星的最小速度

運行速度：是指發射物進入軌道后繞地球做勻速圓周運動的速度。（2min）

（三）人造衛星的軌道（亮點：學生活動）教師：在我們地球上空環繞著很多人造衛星，它們在預設的軌道上執行著各自的任務。（展示人造衛星圖片），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星軌道（其他同學在我事先發的紙上畫），提問：人造衛星有這么多軌道，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）人造衛星的運動規律

教師：在不同軌道上，圍繞地球做勻速圓周運動的人造衛星的向心加速度、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星環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，預告下節課講地球同步衛星。（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。

本節重點講述了人造衛星的發射原理，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。

本節課的難點在于對人造衛星原理的理解，因此教學設計上采用理論探究法，在設計中突出發揮學生的主體作用，課堂中通過設疑→思考→啟發→引導這樣一條主線，激發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．了解人造地球衛星的有關知識和航天發展史。

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．在學習牛頓對衛星發射的思考過程的同時，培養學生科學探索能力；培養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，培養學生運用知識分析解決實際問題的能力。

（三）情感態度與價值觀目標

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

衛星的發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。（播放衛星發射原理動畫，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星。

宇宙速度

探究：以多大的速度發射這個物體，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，人類發射的人造地球衛星已經有幾千顆了，這些衛星運行的快慢不同，那么衛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、周期都與衛星的質量無關，僅由軌道半徑決定。

當衛星環繞地球表面運行時，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

即衛星繞地球運行的最大速度為7．9km/s。

人造衛星的發射速度與運行速度

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

1．發射速度

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

2．運行速度

運行速度指衛星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛星“貼著”地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛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，運載發射衛星。

1957年10月4日，世界上第一顆人造衛星成功在蘇聯發射成功。

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，中國第一顆人造衛星發射成功。

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，重點講述了人造衛星的發射原理，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）簡單了解航天發展史。

（4）能用所學知識求解衛星基本問題。

（二）過程與方法

（1）培養學生科學探索能力；

（2）培養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學生歸納、分析和推導及合理表達能力。

（三）情感態度與價值觀

介紹我國航天事業的發展現狀，激發學習科學，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。本節課的難點在于對人造衛星原理的理解，因此教學設計上采用理論探究法：在設計中突出發揮學生的主體作用，課堂中通過設疑→思考→啟發→引導這樣一條主線，激發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）人造衛星運轉的環行速度與衛星發射速度的區別；（3）衛星做圓周運動時，各物理量的關系。

五、教學方法

啟發探究式教學、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）創設情境，激發情感，引入新課

1．利用多媒體播放視頻：（1）人造衛星發射，（2）人造衛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，為什么衛星、月亮沒有落下來？衛星、月亮沒有落下來必須具備什么條件？

（二）人造地球衛星

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意的人造衛星原理圖。

△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。

引出人造地球衛星（簡稱人造衛星）的概念。

（三）宇宙速度

1、問題的提出：人造衛星為什么不掉下來，人造衛星的線速度有多大。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為主動索取，使學生樂學，好學。學生思考：

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

（3）發射速度和衛星繞地旋轉的速度是不是同一速度？發射速度大說明什么？衛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，當衛星的軌道半徑越大時，衛星繞地球旋轉時的速度越小，衛星發射時越難，送入軌道需要消耗的能量越多，發射的速度必須越大，由此我們可以得出要將人造衛星送入軌道的發射速度必須大于多少？學生分析得出v≥7.9km/s 引導：發射速度越大，人造衛星就進入更高的軌道，當速度大到某一值時，衛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

本節課的最后，播放了一段美國登月的視頻，讓學生發現一些奇妙的物理現象，引導學生發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做貢獻。要培養學生堅韌不撥、勇于探索、協力合作的科學精神以及嚴謹求實、謙虛謹慎、勇于質疑科學態度；也要培養學習者熱愛科學、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星發射中心成功發射，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）人造衛星的種類（2）同步衛星的含義及特點

八、綜合評價：

這節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，使學生的創新潛能得到最大發揮。

2006-11-12