第一篇：5. 宇宙航行 教學(xué)設(shè)計(jì) 教案

教學(xué)準(zhǔn)備

1.教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能

1.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)，正確理解人造衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，各物理量之間的關(guān)系． 2.知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度． 過(guò)程與方法

通過(guò)用萬(wàn)有引力定律來(lái)推導(dǎo)第一宇宙速度，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力． 情感、態(tài)度與價(jià)值觀

1.通過(guò)介紹我國(guó)在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情． 2.感知人類(lèi)探索宇宙的夢(mèng)想，促使學(xué)生樹(shù)立獻(xiàn)身科學(xué)的人生價(jià)值觀.2.教學(xué)重點(diǎn)/難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)

1.第一宇宙速度的意義和求法．

2.人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系． 教學(xué)難點(diǎn)

1.近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星的區(qū)別． 2.衛(wèi)星的變軌問(wèn)題．

3.教學(xué)用具

多媒體、板書(shū)

4.標(biāo)簽

教學(xué)過(guò)程

一、宇宙航行

1.基本知識(shí)

（1）牛頓的“衛(wèi)星設(shè)想” 如圖所示，當(dāng)物體的初速度足夠大時(shí)，它將會(huì)圍繞地球旋轉(zhuǎn)而不再落回地面，成為一顆繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的人造衛(wèi)星．

（2）原理

一般情況下可認(rèn)為人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力提供，（3）宇宙速度

（4）夢(mèng)想成真

1957年10月，蘇聯(lián)成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星； 1969年7月，美國(guó)“阿波羅11號(hào)”登上月球； 2003年10月15日，我國(guó)航天員楊利偉踏入太空． 2．思考判斷)（1）繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星的速度可以是10 km/s.(×（2）在地面上發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度是7.9 km/s.(√))（3）要發(fā)射一顆月球人造衛(wèi)星，在地面的發(fā)射速度應(yīng)大于16.7 km/s.(×探究交流

我國(guó)于2011年10月發(fā)射的火星探測(cè)器“螢火一號(hào)”．試問(wèn)這個(gè)探測(cè)器應(yīng)大約以多大的速度從地球上發(fā)射

【提示】 火星探測(cè)器繞火星運(yùn)動(dòng)，脫離了地球的束縛，但沒(méi)有掙脫太陽(yáng)的束縛，因此它的發(fā)射速度應(yīng)在第二宇宙速度與第三宇宙速度之間，即11.2 km/s＜v＜16.7 km/s.二、第一宇宙速度的理解與計(jì)算 【問(wèn)題導(dǎo)思】

1．第一宇宙速度有哪些意義？ 2．如何計(jì)算第一宇宙速度？

3．第一宇宙速度與環(huán)繞速度、發(fā)射速度有什么聯(lián)系？ 1．第一宇宙速度的定義

又叫環(huán)繞速度，是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所具有的速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，v＝7.9 km/s.2．第一宇宙速度的計(jì)算

設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星到地心的距離為r，衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為v：

3．第一宇宙速度的推廣 由第一宇宙速度的兩種表達(dá)式可以看出，第一宇宙速度之值由中心星體決定，可以說(shuō)任何一顆行星都有自己的第一宇宙速度，都應(yīng)以

式中G為萬(wàn)有引力常量，M為中心星球的質(zhì)量，g為中心星球表面的重力加速度，r為中心星球的半徑．

誤區(qū)警示

第一宇宙速度是最小的發(fā)射速度．衛(wèi)星離地面越高，衛(wèi)星的發(fā)射速度越大，貼近地球表面的衛(wèi)星(近地衛(wèi)星)的發(fā)射速度最小，其運(yùn)行速度即第一宇宙速度．

例：某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t物體以速率v落回手中，已知該星球的半徑為R，求這個(gè)星球上的第一宇宙速度．

方法總結(jié)：天體環(huán)繞速度的計(jì)算方法

對(duì)于任何天體，計(jì)算其環(huán)繞速度時(shí)，都是根據(jù)萬(wàn)有引力提供向心力的思路，衛(wèi)星的軌道半徑等于天體的半徑，由牛頓第二定律列式計(jì)算．

1．如果知道天體的質(zhì)量和半徑，可直接列式計(jì)算．

2．如果不知道天體的質(zhì)量和半徑的具體大小，但知道該天體與地球的質(zhì)量、半徑關(guān)系，可分別列出天體與地球環(huán)繞速度的表達(dá)式，用比例法進(jìn)行計(jì)算．

三、衛(wèi)星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系 【問(wèn)題導(dǎo)思】

1．衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)通常認(rèn)為是什么運(yùn)動(dòng)？ 2．如何求v、ω、T、a與r的關(guān)系？ 3．衛(wèi)星的線速度與衛(wèi)星的發(fā)射速度相同嗎？

為了研究問(wèn)題的方便，通常認(rèn)為衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由萬(wàn)有引力提供． 衛(wèi)星的線速度v、角速度ω、周期T與軌道半徑r的關(guān)系與推導(dǎo)如下：

由上表可以看出：衛(wèi)星離地面高度越高，其線速度越小，角速度越小，周期越大，向心加速度越?。?/p>

誤區(qū)警示

1．在處理衛(wèi)星的v、ω、T與半徑r的關(guān)系問(wèn)題時(shí)，常用公式“gR2＝GM”來(lái)替換出地球的質(zhì)量M會(huì)使問(wèn)題解決起來(lái)更方便．

2．人造地球衛(wèi)星發(fā)射得越高，需要的發(fā)射速度越大，但衛(wèi)星最后穩(wěn)定在繞地球運(yùn)動(dòng)的圓形軌道上時(shí)的速度越小．

例：如圖所示為在同一軌道平面上的幾顆人造地球衛(wèi)星A、B、C，下列說(shuō)法正確的是()

A．根據(jù)v＝，可知三顆衛(wèi)星的線速度vA＜vB＜vC

B．根據(jù)萬(wàn)有引力定律，可知三顆衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力FA＞FB＞FC C．三顆衛(wèi)星的向心加速度aA＞aB＞aC D．三顆衛(wèi)星運(yùn)行的角速度ωA＜ωB＜ω 【答案】 C

四、衛(wèi)星軌道與同步衛(wèi)星 【問(wèn)題導(dǎo)思】

1．人造地球衛(wèi)星的軌道有什么特點(diǎn)？ 2．人造地球衛(wèi)星的軌道圓心一定是地心嗎？ 3．地球同步衛(wèi)星有哪些特點(diǎn)？ 1．人造地球衛(wèi)星的軌道

人造衛(wèi)星的軌道可以是橢圓軌道，也可以是圓軌道．（1）橢圓軌道：地心位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上．

（2）圓軌道：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星所需的向心力由萬(wàn)有引力提供，由于萬(wàn)有引力指向地心，所以衛(wèi)星的軌道圓心必然是地心，即衛(wèi)星在以地心為圓心的軌道平面內(nèi)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．

總之，地球衛(wèi)星的軌道平面可以與赤道平面成任意角度，但軌道平面一定過(guò)地心．當(dāng)軌道平面與赤道平面重合時(shí)，稱(chēng)為赤道軌道；當(dāng)軌道平面與赤道平面垂直時(shí)，即通過(guò)極點(diǎn)，稱(chēng)為極地軌道，如圖所示．

2．地球同步衛(wèi)星

（1）定義：相對(duì)于地面靜止的衛(wèi)星，又叫靜止衛(wèi)星．（2）六個(gè)“一定”．

①同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致． ②同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T＝24 h.③同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度．

④同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上，即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方． ⑤同步衛(wèi)星的高度固定不變．

特別提醒

由于衛(wèi)星在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，它受到的萬(wàn)有引力全部提供給了向心力，產(chǎn)生了向心加速度，因此衛(wèi)星及衛(wèi)星上的任何物體都處于完全失重狀態(tài)．

例：已知某行星的半徑為R，以第一宇宙速度運(yùn)行的衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的周期為T(mén)，該行星上發(fā)射的同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度為v，求同步衛(wèi)星距行星表面高度為多少．

規(guī)律總結(jié)：同步衛(wèi)星、近地衛(wèi)星和赤道上隨地球自轉(zhuǎn)物體的比較

1．近地衛(wèi)星是軌道半徑近似等于地球半徑的衛(wèi)星，衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供．同步衛(wèi)星是在赤道平面內(nèi)，定點(diǎn)在某一特定高度的衛(wèi)星，其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供．在赤道上隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體是地球的一部分，它不是地球的衛(wèi)星，充當(dāng)向心力的是物體所受的萬(wàn)有引力與重力之差． 2．近地衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的共同點(diǎn)是衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由萬(wàn)有引力提供；同步衛(wèi)星與赤道上隨地球自轉(zhuǎn)的物體的共同點(diǎn)是具有相同的角速度．當(dāng)比較近地衛(wèi)星和赤道上物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，往往借助同步衛(wèi)星這一紐帶，這樣會(huì)使問(wèn)題迎刃而解．

五、衛(wèi)星、飛船的變軌問(wèn)題

例：如圖所示，某次發(fā)射同步衛(wèi)星的過(guò)程如下：先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后再次點(diǎn)火進(jìn)入橢圓形的過(guò)渡軌道2，最后將衛(wèi)星送入同步軌道3.軌道1、2相切于Q點(diǎn)，2、3相切于P點(diǎn)，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，以下說(shuō)法正確的是()

A．衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 B．衛(wèi)星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度

C．衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度 D．衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度 【答案】 D 規(guī)律總結(jié)：衛(wèi)星變軌問(wèn)題的處理技巧

1．當(dāng)衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，萬(wàn)有引力提供向心力，由

由此可見(jiàn)軌道半徑r越大，線速度v越?。?dāng)由于某原因速度v突然改變時(shí)，若速度v突然減小，衛(wèi)星將做近心運(yùn)動(dòng)，軌跡為橢圓；若速度v突然增大，則

衛(wèi)星將做離心運(yùn)動(dòng)，軌跡變?yōu)闄E圓，此時(shí)可用開(kāi)普勒第三定律分析其運(yùn)動(dòng)．

2．衛(wèi)星到達(dá)橢圓軌道與圓軌道的切點(diǎn)時(shí)，衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力相同，所以加速度也相同． 課堂小結(jié)

板書(shū)

第二篇：《宇宙航行》教學(xué)設(shè)計(jì)

《宇宙航行》教學(xué)設(shè)計(jì)

一、【設(shè)計(jì)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(wàn)有引力與航天”的第五節(jié)內(nèi)容，介紹了萬(wàn)有引力的實(shí)踐性成就，萬(wàn)有引力理論使人類(lèi)實(shí)現(xiàn)“飛天”夢(mèng)想。本節(jié)課是一節(jié)知識(shí)應(yīng)用與擴(kuò)展的課程，所以設(shè)計(jì)時(shí)注意加大知識(shí)含量，引起學(xué)生興趣。同時(shí)注意方法的培養(yǎng)，讓學(xué)生養(yǎng)成用萬(wàn)有引力是天體運(yùn)動(dòng)的向心力這一基本方法研究問(wèn)題的習(xí)慣，避免套公式的不良習(xí)慣。圍繞第一宇宙速度的討論，讓學(xué)生形成較正確的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)圖景。

2.積極創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、啟發(fā)學(xué)生思維；利用電教媒體提供豐富的信息資源和交互平臺(tái)。

二、【教材分析】

本章知識(shí)與內(nèi)容結(jié)構(gòu)示意圖

從以上框圖不難看出本節(jié)內(nèi)容是整章知識(shí)的綜合應(yīng)用，也是本章中與實(shí)際聯(lián)系最為緊密的一節(jié)，所以本節(jié)內(nèi)容是《萬(wàn)有引力與航天》一章中的重要一節(jié)。

三、【教學(xué)目標(biāo)】

根據(jù)本節(jié)教材特點(diǎn)確定本節(jié)教學(xué)目標(biāo)如下：

（一）知識(shí)與技能

運(yùn)用萬(wàn)有引力定律研究宇宙速度，認(rèn)識(shí)萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)對(duì)探索未知世界的作用

1、會(huì)計(jì)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(xué)生探索未知世界的興趣

（二）過(guò)程與方法

體會(huì)萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步所產(chǎn)生的重要作用

1.了解人造地球衛(wèi)星的最初夢(mèng)想。

2.第一宇宙速度的推導(dǎo)過(guò)程。

3.會(huì)解決涉及人造地球衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的較簡(jiǎn)單的問(wèn)題。

（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀

展示我國(guó)航天事業(yè)所取得的成就，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感

1.體會(huì)萬(wàn)有引力定律在航天事業(yè)發(fā)展中的重要作用，產(chǎn)生探究的成就感；

2.感受人類(lèi)對(duì)客觀世界不斷探究的精神和情感，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，認(rèn)識(shí)到掌握物理規(guī)律的價(jià)值；

3.滲透“學(xué)以致用”的思想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

四、【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】

●重點(diǎn)：會(huì)計(jì)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(diǎn)：創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，理解三個(gè)宇宙速度的物理意義

五、【學(xué)習(xí)起點(diǎn)能力分析】

●在物理1的第3章中，學(xué)生已經(jīng)知道力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，能理解牛頓第二定律；在物理2的第4章中，學(xué)生初步研究了研究了圓周運(yùn)動(dòng)；本章中又學(xué)了萬(wàn)有引力定律以及前面所學(xué)的能量的觀點(diǎn)等。這些都是學(xué)習(xí)本節(jié)課的基礎(chǔ)知識(shí)

●高中學(xué)生大都會(huì)對(duì)航天常識(shí)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(xué)生還可能對(duì)航天科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。教學(xué)過(guò)程中，要充分考慮到學(xué)生這些已有的看法和興趣等特點(diǎn)

六、【教學(xué)方法和手段】

以啟發(fā)式教學(xué)、建構(gòu)主義為指導(dǎo)思想，采用以問(wèn)題為中心的課堂教學(xué)模式，結(jié)合多媒體輔助教學(xué)。

七、【教學(xué)設(shè)備】

多媒體教學(xué)輔助課件

八、【教學(xué)過(guò)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(lèi)無(wú)限的遐想。

隨著科技的發(fā)展，人類(lèi)終于擺脫了大地的束縛和引力的牽絆，實(shí)現(xiàn)了飛天的夢(mèng)想。我國(guó)航天員也第一次把中國(guó)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(lái)學(xué)習(xí)人類(lèi)是如何走出地球、飛向宇宙，進(jìn)行宇宙航行的。今天就讓我們一起飛出地球去?。ò鍟?shū)課題）

設(shè)計(jì)說(shuō)明：由人類(lèi)飛天之夢(mèng)的歷史激發(fā)學(xué)生的求知欲和民族自豪感，從而引入課題。

教師：先來(lái)了解本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。（出示幻燈片）（生讀）

（二）新課教學(xué)

教師：思考:物體怎樣才能成為繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的人造衛(wèi)星呢？大家來(lái)說(shuō)說(shuō)你們的想法

1.牛頓的設(shè)想

教師：提供生活經(jīng)驗(yàn)：我們知道，地球?qū)χ車(chē)奈矬w有引力作用，因此拋出的物體要落回地面。在地面上將一個(gè)物體水平拋出，拋出時(shí)速度越大，落地點(diǎn)距拋出點(diǎn)的水平距離越大。（動(dòng)畫(huà)模擬演示）

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

學(xué)生：思考并回答。

教師：將學(xué)生的回答與牛頓的設(shè)想作對(duì)比，作出肯定，使學(xué)生體驗(yàn)思考的快樂(lè)。

（多媒體播放“牛頓關(guān)于人造衛(wèi)星的設(shè)想”）

設(shè)計(jì)說(shuō)明：創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，經(jīng)歷探究人造衛(wèi)星由設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過(guò)程，體會(huì)猜想、外推的科學(xué)方法，感受科學(xué)家的思想之偉大，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

2、三種宇宙速度

教師：從牛頓提出設(shè)想到第一顆人造衛(wèi)星上天，歷時(shí)近三百年。這是因?yàn)榘l(fā)射衛(wèi)星所需的速度太大了，當(dāng)時(shí)人類(lèi)科技的水平還產(chǎn)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(yùn)動(dòng)，成為人造地球衛(wèi)星？

解法一：（學(xué)生1：板書(shū)）設(shè)地球和人造地球衛(wèi)星的質(zhì)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(shù)據(jù)得：。

教師：在地球表面附近萬(wàn)有引力的大小與重力的關(guān)系是什么?

學(xué)生：重力近似等于萬(wàn)有引力

教師：你能根據(jù)這一關(guān)系，從另一角度求這個(gè)速度嗎？

解法二：（學(xué)生2：板書(shū)）

代入數(shù)據(jù)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(yùn)動(dòng)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(gè)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(gè)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(yùn)動(dòng)。

討論與交流：如果衛(wèi)星的發(fā)射速度大于，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？（鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想）

（動(dòng)畫(huà)演示宇宙速度課件，加深學(xué)生理解）

學(xué)生思考回答，教師進(jìn)行總結(jié)說(shuō)明。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：教師適當(dāng)?shù)靥崾?、引?dǎo)，讓學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手，利用所學(xué)知識(shí)推導(dǎo)第一宇宙速度。同時(shí)，鍛煉學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析和解決新問(wèn)題能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索能力。

3、衛(wèi)星的運(yùn)行規(guī)律

（動(dòng)畫(huà)演示衛(wèi)星運(yùn)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(zhǎng)周期”

教師：為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，如果我們將不同軌道上的衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)都看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)同學(xué)們利用已學(xué)的知識(shí)，探究衛(wèi)星繞地球的運(yùn)行速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。

學(xué)生3：板演

得：

設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)對(duì)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，幫助學(xué)生建立起關(guān)于各種人造地球衛(wèi)星運(yùn)行狀況的正確圖景，幫助學(xué)生養(yǎng)成用萬(wàn)有引力是天體運(yùn)動(dòng)的向心力這一基本方法研究問(wèn)題的習(xí)慣。

4.課堂練習(xí)

[例1] 我國(guó)發(fā)射的第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”的軌道半徑是圓形的，且貼近月球表面。已知月球質(zhì)量約為地球質(zhì)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(hào)”探月衛(wèi)星繞月球運(yùn)行的速率？（約）

（動(dòng)畫(huà)模擬“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星發(fā)射，讓學(xué)生了解衛(wèi)星發(fā)射的全過(guò)程，為課堂練習(xí)提供問(wèn)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(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星，a、b質(zhì)量相同，且小于c的質(zhì)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(shè)計(jì)說(shuō)明：加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移與應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系的正確理解，實(shí)現(xiàn)練習(xí)與課堂內(nèi)容的高度統(tǒng)一。

5.夢(mèng)想成真

教師：探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠(yuǎn)的太空，是人類(lèi)自古以來(lái)的夢(mèng)想。讓學(xué)生閱讀材料“夢(mèng)想成真”內(nèi)容。

（以人類(lèi)載人航天50周年紀(jì)念為切入點(diǎn)，通過(guò)圖片及視頻展示，了解人類(lèi)探索太空的歷史。）

教師：盡管人類(lèi)已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對(duì)于宇宙之宏大，地球和月球不過(guò)是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對(duì)于宇宙之久長(zhǎng)，人類(lèi)歷史不過(guò)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(wèn)深邃而廣闊。宇宙有沒(méi)有邊界？有沒(méi)有起始和終結(jié)？地外文明在哪里？??這些都是留給大家將來(lái)去解決的問(wèn)題。

設(shè)計(jì)說(shuō)明：讓學(xué)生了解人類(lèi)探索太空的過(guò)程，感知人類(lèi)探索宇宙的夢(mèng)想及成就。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，促使學(xué)生樹(shù)立獻(xiàn)身科學(xué)的人生觀和價(jià)值觀。

（三）課堂小結(jié)

1.三種宇宙速度：

v1=7.9km/s．（會(huì)推導(dǎo)）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s

2.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由萬(wàn)有引力提供:

（四）布置作業(yè)

1．閱讀教材中的“科學(xué)漫步”和“STS”材料；

2．上網(wǎng)查閱：人造衛(wèi)星的種類(lèi)、同步衛(wèi)星的含義及特點(diǎn)。將學(xué)生分組，每個(gè)小組任選一個(gè)主題進(jìn)行研究，并利用互聯(lián)網(wǎng)搜集查找相關(guān)資料，制作匯報(bào)PPT或海報(bào)，下節(jié)課進(jìn)行交流共享。

專(zhuān)題學(xué)習(xí)網(wǎng)站：

中國(guó)載人航天工程網(wǎng)：http://004km.cn/

板書(shū)設(shè)計(jì)：

宇宙航行

一、牛頓的設(shè)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(yùn)行規(guī)律

教學(xué)反思

這一節(jié)重點(diǎn)講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導(dǎo)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(wàn)有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，是人類(lèi)征服自然的見(jiàn)證，體現(xiàn)了知識(shí)的力量，是學(xué)生學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識(shí)的一個(gè)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(shí)際物理問(wèn)題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬(wàn)有引力定律與航天”中的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究天體物理問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。另外，學(xué)生通過(guò)對(duì)人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對(duì)航天科學(xué)的熱愛(ài)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣。

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第三篇：《宇宙航行》教學(xué)設(shè)計(jì)

《宇宙航行》教學(xué)設(shè)計(jì)

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(wàn)有引力與航天”的第五節(jié)內(nèi)容，介紹了萬(wàn)有引力的實(shí)踐性成就，萬(wàn)有引力理論使人類(lèi)實(shí)現(xiàn)“飛天”夢(mèng)想。本節(jié)課是一節(jié)知識(shí)應(yīng)用與擴(kuò)展的課程，所以設(shè)計(jì)時(shí)注意加大知識(shí)含量，引起學(xué)生興趣。同時(shí)注意方法的培養(yǎng)，讓學(xué)生養(yǎng)成用萬(wàn)有引力是天體運(yùn)動(dòng)的向心力這一基本方法研究問(wèn)題的習(xí)慣，避免套公式的不良習(xí)慣。圍繞第一宇宙速度的討論，讓學(xué)生形成較正確的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)圖景。

二、學(xué)情分析

在日常生活，學(xué)生對(duì)宇宙航行有粗淺的了解，且對(duì)這塊內(nèi)容有一定的學(xué)習(xí)興趣。而在前面的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和萬(wàn)有引力定律基本掌握，為這節(jié)課的順利開(kāi)展做了鋪墊。但學(xué)生的畫(huà)圖能力，理論推導(dǎo)能力不強(qiáng)，需要教師在課堂上加以引導(dǎo)。

三、教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：

1、知道三個(gè)宇宙速度的含義和數(shù)值。

2、能區(qū)分發(fā)射速度和運(yùn)行速度。

3、了解人造衛(wèi)星的軌道特征。過(guò)程與方法：

1、聯(lián)系曲線運(yùn)動(dòng)的拱橋，推導(dǎo)第一宇宙速度。

2、會(huì)分析人造衛(wèi)星的受力和運(yùn)動(dòng)情況，掌握人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（線速度，角速度，周期和軌道半徑的關(guān)系）。情感態(tài)度與價(jià)值觀：

1、養(yǎng)成用萬(wàn)有引力是天體運(yùn)動(dòng)的向心力這一基本方法研究問(wèn)題的習(xí)慣，避免套公式的不良習(xí)慣。

2、圍繞第一宇宙速度和人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的討論，讓學(xué)生形成較正確的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)圖景。

四、教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：

1、聯(lián)系曲線運(yùn)動(dòng)中拱橋的例子，結(jié)合萬(wàn)有引力定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，推導(dǎo)第一宇宙速度。

2、用萬(wàn)有引力是天體運(yùn)動(dòng)的向心力這一基本思路，掌握人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（線速度，角速度，周期和軌道半徑的關(guān)系）

難點(diǎn)：

1、聯(lián)系曲線運(yùn)動(dòng)中拱橋的例子，結(jié)合萬(wàn)有引力定律和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，推導(dǎo)第一宇宙速度。

五、教學(xué)過(guò)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師：同學(xué)們，咱們先來(lái)欣賞一段視頻（播放視頻）。

知道這是哪部電影嗎？ 沒(méi)錯(cuò)，《地心引力》！現(xiàn)在有很多和宇宙航行有關(guān)的電影，那么這節(jié)課咱們就一起來(lái)學(xué)習(xí)和研究一下關(guān)于宇宙航行的知識(shí)。（3min）

（二）人造衛(wèi)星的發(fā)射原理 用兩種方法推導(dǎo)第一宇宙速度，簡(jiǎn)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(yùn)行速度。

1、聯(lián)系曲線運(yùn)動(dòng)的拱橋，推導(dǎo)第一宇宙速度

教師：自古以來(lái)，人類(lèi)就有飛天的夢(mèng)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(gè)問(wèn)題。根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，高度一定，物體拋出的速度v越大，落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，那么他猜想：當(dāng)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(gè)物體，它才會(huì)繞地球運(yùn)動(dòng)不落回地球，成為一顆人造衛(wèi)星？

（學(xué)生思考討論；預(yù)設(shè)：若學(xué)生直接回答7.9km/s，則提問(wèn)如何計(jì)算？）

提示：解決問(wèn)題的本質(zhì)是轉(zhuǎn)化，就是把新的問(wèn)題與我們?cè)?jīng)學(xué)過(guò)的模型相對(duì)比，找到他們的聯(lián)系，再解決問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題與我們學(xué)過(guò)的哪個(gè)問(wèn)題有相似性呢？

聯(lián)系在曲線運(yùn)動(dòng)中，一輛汽車(chē)過(guò)拱橋的安全速度（最大速度）的計(jì)算，可將地球看成一個(gè)巨大的拱橋，那么地球的半徑就是拱橋的半徑。

這個(gè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成：質(zhì)量為m的汽車(chē)通過(guò)一個(gè)半徑為R的拱橋，求拱橋?qū)λ闹С至η『脼?時(shí)，汽車(chē)的速度v？

教師：和學(xué)生一起推導(dǎo)（重力全部提供向心力，說(shuō)明v與物體自身質(zhì)量無(wú)關(guān)）。

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

說(shuō)明這就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(wèn)：若已知地球的質(zhì)量M，半徑R，第一宇宙速度又該如何計(jì)算？（提示：近地面萬(wàn)有引力近似等于重力，注重公式推導(dǎo)過(guò)程，由于課堂時(shí)間有限，最后數(shù)據(jù)可直接告訴學(xué)生，請(qǐng)某位同學(xué)起立回答）可以問(wèn)學(xué)生這樣計(jì)算的結(jié)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(jiǎn)單介紹第二宇宙速度和第三宇宙速度

教師：（演示動(dòng)畫(huà)）當(dāng)物體以7.9km/s在近地面被拋出，它將繞地球做勻速運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)嗎？為什么？（提示所需要的向心力大于萬(wàn)有引力，物體做離心運(yùn)動(dòng)）。進(jìn)而簡(jiǎn)單介紹第二宇宙速度和第三宇宙速度。

（預(yù)設(shè)：若此時(shí)學(xué)生追問(wèn)第二宇宙速度和第三宇宙速度如何計(jì)算，以及橢圓軌道的問(wèn)題，則提示：目前以我們所學(xué)知識(shí)還無(wú)法計(jì)算，或者可以和同學(xué)們一起課后再交流）（3mim）第二宇宙速度是人造行星繞太陽(yáng)的發(fā)射速度，與太陽(yáng)有關(guān)，也與物體在地球出發(fā)有關(guān)，情況復(fù)雜。有興趣的同學(xué)可以在學(xué)了大學(xué)物理之后進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

3、區(qū)別發(fā)射速度和運(yùn)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(kāi)發(fā)射裝置時(shí)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(yùn)行速度：是指發(fā)射物進(jìn)入軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度。（2min）

（三）人造衛(wèi)星的軌道（亮點(diǎn)：學(xué)生活動(dòng)）教師：在我們地球上空環(huán)繞著很多人造衛(wèi)星，它們?cè)陬A(yù)設(shè)的軌道上執(zhí)行著各自的任務(wù)。（展示人造衛(wèi)星圖片），給出地球和地軸，請(qǐng)一個(gè)學(xué)生（容易出錯(cuò)，物理基礎(chǔ)相對(duì)薄弱）上臺(tái)在一體機(jī)上畫(huà)多個(gè)人造衛(wèi)星軌道（其他同學(xué)在我事先發(fā)的紙上畫(huà)），提問(wèn)：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(wèn)為什么？）（8min）

（四）人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

教師：在不同軌道上，圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(xué)生一起推導(dǎo)，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(diǎn)明第一宇宙速度是人造衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行的最大速度。）（10min）

根據(jù)時(shí)間酌情安排2個(gè)選擇題，并進(jìn)行簡(jiǎn)單小結(jié)，預(yù)告下節(jié)課講地球同步衛(wèi)星。（2min）

六、板書(shū)設(shè)計(jì)

第四篇：《宇宙航行》教學(xué)設(shè)計(jì)

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(shí)際物理問(wèn)題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬(wàn)有引力定律與航天”中的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究天體物理問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。另外，學(xué)生通過(guò)對(duì)人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對(duì)航天科學(xué)的熱愛(ài)，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。

學(xué)生已學(xué)過(guò)平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定律等基本理論，具備了解決問(wèn)題的基本工具。

本節(jié)重點(diǎn)講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導(dǎo)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(wàn)有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，是人類(lèi)征服自然的見(jiàn)證，體現(xiàn)了知識(shí)的力量，是學(xué)生學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識(shí)的一個(gè)極好素材。

本節(jié)課的難點(diǎn)在于對(duì)人造衛(wèi)星原理的理解，因此教學(xué)設(shè)計(jì)上采用理論探究法，在設(shè)計(jì)中突出發(fā)揮學(xué)生的主體作用，課堂中通過(guò)設(shè)疑→思考→啟發(fā)→引導(dǎo)這樣一條主線，激發(fā)鼓勵(lì)學(xué)生的大膽思考、積極參與，讓學(xué)生通過(guò)自己的分析研究來(lái)掌握獲取相關(guān)的知識(shí)和方法。

二、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)和能力目標(biāo)

1．了解人造地球衛(wèi)星的有關(guān)知識(shí)和航天發(fā)展史。

2．知道三個(gè)宇宙速度的含義和數(shù)值，會(huì)推導(dǎo)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(guān)系。

（二）過(guò)程與方法目標(biāo)

1．在學(xué)習(xí)牛頓對(duì)衛(wèi)星發(fā)射的思考過(guò)程的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索能力；培養(yǎng)學(xué)生在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí)，如何構(gòu)建物理模型的能力。

2．通過(guò)對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系的討論，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

1．通過(guò)展示人類(lèi)在宇宙航行領(lǐng)域中的偉大成就，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情。

2．通過(guò)介紹我國(guó)在航天方面的成就，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。

3．感知人類(lèi)探索宇宙的夢(mèng)想，促使學(xué)生樹(shù)立獻(xiàn)身科學(xué)的人生觀和價(jià)值觀。

三、教學(xué)重點(diǎn)

1．第一宇宙速度的推導(dǎo)。

2．衛(wèi)星運(yùn)行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。

四、教學(xué)難點(diǎn)

衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度的關(guān)系。

五、教學(xué)方法

探究、講授、討論。

六、教學(xué)準(zhǔn)備

多媒體課件。

七、教學(xué)過(guò)程

（一）引入新課

通過(guò)前面的學(xué)習(xí)我們知道了，人類(lèi)通過(guò)站在地球上的觀測(cè)，認(rèn)識(shí)到了天體做什么樣的運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)一步弄清了天體為什么要做這樣的運(yùn)動(dòng)。然而人類(lèi)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(lái)學(xué)習(xí)人類(lèi)是如何走出地球，飛向宇宙，進(jìn)行宇宙航行的。（利用幻燈片，向?qū)W生展示一些航天類(lèi)的圖片，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。）

（二）推進(jìn)新課

牛頓的思考

探究：怎樣才能使得一個(gè)物體繞著地球做圓周運(yùn)動(dòng)？

先讓學(xué)生思考、討論，教師可根據(jù)學(xué)生情況引導(dǎo)學(xué)生思考。

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

早在16世紀(jì)道的牛頓就曾思考過(guò)這個(gè)問(wèn)題。（播放衛(wèi)星發(fā)射原理動(dòng)畫(huà)，并向?qū)W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(diǎn)就越遠(yuǎn)。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(yùn)動(dòng)，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(gè)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，引力為其做圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力。

代入數(shù)據(jù)得v=7．9km/s

這就是物體在地面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(jié)果會(huì)怎樣呢？

2．第二宇宙速度

當(dāng)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(yùn)動(dòng)提供向心力，物體將會(huì)脫離地球引力，離開(kāi)地球。這個(gè)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(yùn)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(huì)受到太陽(yáng)引力的束縛。若拋出的速度足夠大，物體還將脫離太陽(yáng)引力的束縛，飛向太陽(yáng)系之外的宇宙空間。這個(gè)速度v=16．7vkm/s。這個(gè)速度叫做第三宇宙速度。

衛(wèi)星運(yùn)行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關(guān)系。

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

學(xué)生可能的答案：質(zhì)量、軌道半徑??

我們將不同軌道上的衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)都看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則有

可得：

結(jié)論：線速度、角速度、周期都與衛(wèi)星的質(zhì)量無(wú)關(guān)，僅由軌道半徑?jīng)Q定。

當(dāng)衛(wèi)星環(huán)繞地球表面運(yùn)行時(shí)，軌道半徑最小為地球半徑（r=r），此時(shí)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(yùn)行的最大速度為7．9km/s。

人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度

（播放嫦娥一號(hào)發(fā)射的模擬視頻，讓學(xué)生了解衛(wèi)星發(fā)射的全過(guò)程，學(xué)生也將對(duì)發(fā)射速度和運(yùn)行速度有一個(gè)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(kāi)發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無(wú)能量補(bǔ)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(yùn)行速度

運(yùn)行速度指衛(wèi)星在進(jìn)入運(yùn)行軌道后繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度。當(dāng)衛(wèi)星“貼著”地面飛行時(shí)，運(yùn)行速度等于第一宇宙速度，當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時(shí)，運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。

夢(mèng)想成真

學(xué)生先閱讀，然后教師簡(jiǎn)述補(bǔ)充。（借助于多媒體，一邊向?qū)W生展示，一邊介紹，注意情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。）

其實(shí)早在六百多年前的明朝，一個(gè)名叫萬(wàn)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(wàn)戶是世界上第一個(gè)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(gè)，因此他被世界公認(rèn)為“真正的航天始祖”，為了紀(jì)念這位世界航天始祖，世界科學(xué)家將月球上的一座環(huán)形火山命名為“萬(wàn)戶山”。

19世紀(jì)中葉，俄羅斯學(xué)者，齊奧爾科夫斯基，提出利用噴氣推進(jìn)的多級(jí)火箭，運(yùn)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(lián)發(fā)射成功。

1961年4月12日，世界上第一次載人飛行，蘇聯(lián)。

1969年7月16日，人類(lèi)第一次登上月球，美國(guó)。

1070年，中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。

2003年10月15日，中國(guó)第一次載人飛行。

2007年，嫦娥一號(hào)成功發(fā)射。

然而人類(lèi)對(duì)宇宙的探索并不是一帆風(fēng)順的，無(wú)數(shù)探索者用自己的汗水和生命鋪設(shè)了人類(lèi)通往宇宙的道路。

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

2003年2月1日，美國(guó)，哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)返航時(shí)爆炸，七名宇航員遇難。

（三）課堂小結(jié)

盡管人類(lèi)已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對(duì)于宇宙之宏大，地球和月亮不過(guò)是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對(duì)于宇宙之久長(zhǎng)，人類(lèi)歷史不過(guò)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(wèn)深邃而廣闊。宇宙有沒(méi)有邊界？有沒(méi)有起始和終結(jié)？地外文明在哪里？這些都是留給大家待以解決的問(wèn)題。

第五篇：宇宙航行教學(xué)設(shè)計(jì)

《宇宙航行》教學(xué)設(shè)計(jì)

江蘇省漣水中學(xué) 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(diǎn)講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導(dǎo)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(wàn)有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，是人類(lèi)征服自然的見(jiàn)證，體現(xiàn)了知識(shí)的力量，是學(xué)生學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識(shí)的一個(gè)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(shí)際物理問(wèn)題的物理方法。因此，本節(jié)課是“萬(wàn)有引力定律與航天”中的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究天體物理問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。另外，學(xué)生通過(guò)對(duì)人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對(duì)航天科學(xué)的熱愛(ài)，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。

二、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)與技能

（1）知道人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行原理，會(huì)運(yùn)用萬(wàn)有引力定律和圓周運(yùn)動(dòng)公式分析解答有關(guān)衛(wèi)星運(yùn)行的原因；

（2）掌握三個(gè)宇宙速度，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度；（3）簡(jiǎn)單了解航天發(fā)展史。

（4）能用所學(xué)知識(shí)求解衛(wèi)星基本問(wèn)題。

（二）過(guò)程與方法

（1）培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索能力；

（2）培養(yǎng)學(xué)生在處理實(shí)際問(wèn)題時(shí)，如何 構(gòu)建物理模型的能力；

（3）學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法培養(yǎng)學(xué)生歸納、分析和推導(dǎo)及合理表達(dá)能力。

（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀

介紹我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)，熱愛(ài)科學(xué)的激情，增強(qiáng)民族自信心和自豪感。

課時(shí)安排：一節(jié)課

教 具：多媒體課件(flash 8制作)、投影儀、計(jì)算機(jī)

三、設(shè)計(jì)理念

學(xué)科教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生為主體，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、品德三維一體的全面發(fā)展，這是本課件設(shè)計(jì)的基本理念。學(xué)生已學(xué)過(guò)平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、萬(wàn)有引力定律等基本理論，具備了解決問(wèn)題的基本工具。本節(jié)課的難點(diǎn)在于對(duì)人造衛(wèi)星原理的理解，因此教學(xué)設(shè)計(jì)上采用理論探究法：在設(shè)計(jì)中突出發(fā)揮學(xué)生的主體作用，課堂中通過(guò)設(shè)疑→思考→啟發(fā)→引導(dǎo)這樣一條主線，激發(fā)鼓勵(lì)學(xué)生的大膽思考、積極參與，讓學(xué)生通過(guò)自己的分析研究來(lái)掌握獲取相關(guān)的知識(shí)和方法。

四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

（1）第一宇宙速度的推導(dǎo)；

（2）人造衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)時(shí)，各物理量的關(guān)系。

五、教學(xué)方法

啟發(fā)探究式教學(xué)、多媒體輔助教學(xué)。

六、教學(xué)準(zhǔn)備：

多媒體制作，月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)演示儀、投影儀、計(jì)算機(jī)。

七、教學(xué)過(guò)程

（一）創(chuàng)設(shè)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(yùn)行。2．演示月亮繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。

提出問(wèn)題：拋出的石頭會(huì)落地，為什么衛(wèi)星、月亮沒(méi)有落下來(lái)？衛(wèi)星、月亮沒(méi)有落下來(lái)必須具備什么條件？

（二）人造地球衛(wèi)星

1．拋物演示實(shí)驗(yàn)：學(xué)生觀察落地點(diǎn)的變化，落地點(diǎn)為什么會(huì)變化？ 2．牛頓的思考與設(shè)想：

△拋出的速度v越大時(shí)，落地點(diǎn)越遠(yuǎn)，速度不斷增大，將會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？

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

△牛頓的設(shè)想由于受技術(shù)條件的限制，物體不可能達(dá)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(dòng)畫(huà)展示牛頓的設(shè)想過(guò)程。

引出人造地球衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱(chēng)人造衛(wèi)星）的概念。

（三）宇宙速度

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

問(wèn)題 猜測(cè)

如何驗(yàn)證

利用這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，力求真正的體現(xiàn)學(xué)生的主體地位和老師的主導(dǎo)作用。強(qiáng)調(diào)學(xué)生自己探究、自行分析的能力，得出結(jié)論：

GMmv2?m

由此解出v?2rrGM r學(xué)生證實(shí)了剛才的猜測(cè)，在這一基礎(chǔ)上，讓同學(xué)們自己研究ω、T 和半徑r的關(guān)系，每位同學(xué)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(wù)就是如何導(dǎo)出第一宇宙速度，在點(diǎn)評(píng)公式時(shí)，提示學(xué)生，半徑是不是有什么特殊的情況，運(yùn)行的最小半徑為多少？讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行探究。在理想情況下，運(yùn)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(xué)生得出：

可以近似認(rèn)為r=R，將此代入，地球質(zhì)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(yùn)動(dòng)所必須具有的速度，叫第一宇宙速度。

所以這些結(jié)論都是由學(xué)生在學(xué)習(xí)小組中探究得到，學(xué)生的自信心得到極大的滿足，更主要使他們從被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)索取，使學(xué)生樂(lè)學(xué)，好學(xué)。學(xué)生思考：

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

（3）發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說(shuō)明什么？衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)速度大又說(shuō)明什么？

從能的角度，圓周運(yùn)動(dòng)的公式引導(dǎo)學(xué)生分析二者的不同。學(xué)生思考：

我們剛研究過(guò)，當(dāng)衛(wèi)星的軌道半徑越大時(shí)，衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度越小，衛(wèi)星發(fā)射時(shí)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(xué)生分析得出v≥7.9km/s 引導(dǎo)：發(fā)射速度越大，人造衛(wèi)星就進(jìn)入更高的軌道，當(dāng)速度大到某一值時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)脫離地球的引力，不再繞地球運(yùn)動(dòng)我們把這個(gè)速度叫第二宇宙速度，它的大小為v2=11.2km/s。

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

動(dòng)畫(huà)展示三個(gè)宇宙速度

（四）讓學(xué)生具有振興中華的使命感與責(zé)任感

本節(jié)課的最后，播放了一段美國(guó)登月的視頻，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)一些奇妙的物理現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)月球的背景是什么顏色，宇航員行走的模樣等等，預(yù)計(jì)不久的將來(lái)，哪個(gè)國(guó)家也將登上月球，同學(xué)們高呼“中國(guó)”，那么我們現(xiàn)在能做些什么呢，讓同學(xué)感想到：我們是祖國(guó)的未來(lái)的希望，現(xiàn)在需要努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)，將來(lái)為祖國(guó)的航天事業(yè)做貢獻(xiàn)。要培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)韌不撥、勇于探索、協(xié)力合作的科學(xué)精神以及嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、謙虛謹(jǐn)慎、勇于質(zhì)疑科學(xué)態(tài)度；也要培養(yǎng)學(xué)習(xí)者熱愛(ài)科學(xué)、熱愛(ài)祖國(guó)的情感；努力學(xué)習(xí)、振興中華的責(zé)任感。這些策略在本案例中得到了體現(xiàn)。

（五）練習(xí)反饋，拓展延伸：

［題1］“2003年10月15日9時(shí)，我國(guó)神舟五號(hào)宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把我國(guó)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(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)?！备鶕?jù)以上消息，近似地把飛船從發(fā)射到降落的全部運(yùn)動(dòng)看作繞地球的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，試估算神舟五號(hào)繞地球飛行時(shí)距地面的高度（已243知地球的質(zhì)量為M =6.0×10Kg，地球的半徑 R =6.4×10Km）。

1、學(xué)生獨(dú)立思考，計(jì)算周期T的大小并推導(dǎo)出高度與地球質(zhì)量、半徑、周期等物理量之間的關(guān)系公式，代入相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到結(jié)果。

2、教師檢查，然后師生共同評(píng)價(jià)、指出問(wèn)題。使學(xué)生學(xué)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(zhì)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(diǎn)撥引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)聯(lián)想得出解題的兩種方法，將計(jì)算結(jié)果與正確結(jié)果進(jìn)行比較。

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

（六）小結(jié)與作業(yè)布置

1．閱讀教科書(shū)上P76的科學(xué)漫步“黑洞”

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

八、綜合評(píng)價(jià)：

這節(jié)課始終以學(xué)生為主體精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)。沒(méi)有讓學(xué)生機(jī)械的記憶，而且給學(xué)生主動(dòng)探索、自主學(xué)習(xí)的空間，通過(guò)學(xué)生的思考、動(dòng)手、觀察、討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)的獲取知識(shí)，讓學(xué)生真正學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí)，使學(xué)生的創(chuàng)新潛能得到最大發(fā)揮。

2006-11-12