6.5宇宙航行 教学设计 王福清

第一篇：6.5宇宙航行 教学设计 王福清

【教学设计】

学校临清二中 学科物理 编写人王福清 审稿人马洪学

6.5《宇宙航行》

一、教材分析

《宇宙航行》系新课程人教版必修2第七章第五节，重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。

二、教学目标

（一）知识与技能

（1）知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因；

（2）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度；（3）简单了解航天发展史。

（4）能用所学知识求解卫星基本问题。

（二）过程与方法

（1）培养学生科学探索能力；

（2）培养学生在处理实际问题时，如何 构建物理模型的能力；

（3）学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。

（三）情感态度与价值观

介绍我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

课时安排：一节课

教 具：多媒体课件、投影仪、计算机

三、教学重点难点

（1）第一宇宙速度的推导；

（2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别；

（3）卫星做圆周运动时，各物理量的关系。

四、学情分析

从学生年龄特征来看，学生处于高一年级，大多是90年出生，17岁已经对本节知识有一定的接受能力，但比较起成年人来还不及，尤其是对知识体系条理性掌握，对易混淆知识的辨别能力还欠缺。从学生的知识基础来看，本节与第六章息息相关，不同水平的学生学起来认知程度不一样。从认知特点及思维规律来看，学生容易接收表象、浅显的知识，不易接收推理性强、易混淆的知识。

五、教学方法

启发探究式教学、多媒体辅助教学。

六、课前准备

1．学生的学习准备：预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案。

七、课时安排：1课时

八、教学过程

（一）创设情境，激发情感，引入新课

1．利用多媒体播放视频：（1）人造卫星发射，（2）人造卫星在圆形轨道上的运行。2．演示月亮绕地球转动。

提出问题：抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星、月亮没有落下来必须具备什么条件？

（二）人造地球卫星

1．抛物演示实验：学生观察落地点的变化，落地点为什么会变化？ 2．牛顿的思考与设想：

△抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？

△牛顿根据自己的设想草拟了一幅极富创意的人造卫星原理图。

△牛顿的设想由于受技术条件的限制，物体不可能达到这样的速度，但他的思想启发了后人，在太空探索中立了头功。

△动画展示牛顿的设想过程。

引出人造地球卫星（简称人造卫星）的概念。

（三）宇宙速度

1、问题的提出：人造卫星为什么不掉下来，人造卫星的线速度有多大。进行提示想想杂技水流星，水到了最高点为什么不掉来，一起探索原因，直到得出结论。围绕线速度问题，让学生猜测高轨道还是低轨道的人造卫星线速度更大。

问题

猜测

如何验证

利用这样的教学设计，力求真正的体现学生的主体地位和老师的主导作用。强调学生自己探究、自行分析的能力，得出结论：

GMmv2GMm

由此解出 vrr2r学生证实了刚才的猜测，在这一基础上，让同学们自己研究ω、T 和半径r的关系，每位同学都能找到：

GM，随着半径增大，ω减小 r3r3，随着半径增大，T变大 T2GM 2 接下去的任务就是如何导出第一宇宙速度，在点评公式时，提示学生，半径是不是有什么特殊的情况，运行的最小半径为多少？让学生以小组为单位进行探究。在理想情况下，运行的半径最小就是靠近地面的人造卫星，半径近似等于地球半径，也就是最大的线速度，学生得出：

可以近似认为r=R，将此代入（地球质量为M=5.89×1024Kg，半径为R=6.37×106m，G=6.67×10-11N·m2/Kg2）

GM6.6710115.891024m/s=7.9Km/s v16R6.3710v1=7.9km/s是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度。

所以这些结论都是由学生在学习小组中探究得到，学生的自信心得到极大的满足，更主要使他们从被动接受变为主动索取，使学生乐学，好学。学生思考：

（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？

（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？

从能的角度，圆周运动的公式引导学生分析二者的不同。学生思考：

我们刚研究过，当卫星的轨道半径越大时，卫星绕地球旋转时的速度越小，卫星发射时越难，送入轨道需要消耗的能量越多，发射的速度必须越大，由此我们可以得出要将人造卫星送入轨道的发射速度必须大于多少？学生分析得出v≥7.9km/s 引导：发射速度越大，人造卫星就进入更高的轨道，当速度大到某一值时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运动我们把这个速度叫第二宇宙速度，它的大小为v2=11.2km/s。同时分析飞到太阳系以外的宇宙空间，速度必须等于或大于16.7km/s，这个速度叫第三宇宙速度。

动画展示三个宇宙速度

（四）让学生具有振兴中华的使命感与责任感

本节课的最后，播放了一段美国登月的视频，让学生发现一些奇妙的物理现象，引导学生发现月球的背景是什么颜色，宇航员行走的模样等等，预计不久的将来，哪个国家也将登上月球，同学们高呼“中国”，那么我们现在能做些什么呢，让同学感想到：我们是祖国的未来的希望，现在需要努力学习科学文化知识，将来为祖国的航天事业做贡献。要培养学生坚韧不拨、勇于探索、协力合作的科学精神以及严谨求实、谦虚谨慎、勇于质疑科学态度；也要培养学习者热爱科学、热爱祖国的情感；努力学习、振兴中华的责任感。这些策略在本案例中得到了体现。

（五）练习反馈，拓展延伸：

［例题1］“2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把我国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。”根据以上消息，近似地把飞船从发射到降落的全部运动看作绕地球的匀速圆周运动，试估算神舟五号绕地球飞行时距地面的高度（已知地球的质243量为M =6.0×10Kg，地球的半径 R =6.4×10Km）。(约6700Km)

1、学生独立思考，计算周期T的大小并推导出高度与地球质量、半径、周期等物理量之间的关系公式，代入相关数据进行计算得到结果。

2、教师检查，然后师生共同评价、指出问题。使学生学以致用，掌握正确的解题思路和方法。

［例题2］金星的半径是地球的0.95倍，质量是地球的0.82倍，金星表面的自由落体加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？(8.9m/s2;7.34Km/s)

1、教师点拨引导学生通过联想得出解题的两种方法，将计算结果与正确结果进行比较。

2、拓展：将天体运动的椭圆轨道近似为圆。所有环绕中心天体做圆周运动所需向心力，均由中心天体的万有引力提供。

（六）小结与作业布置

1．阅读教科书上P76的科学漫步“黑洞”

2．上网查阅：（1）人造卫星的种类（2）同步卫星的含义及特点

（七）发导学案、布置预习。

我们已经学习了有关航空航天的基本知识，但经典力学（以牛顿力学为基石）没有穷尽一切真理，下一节课我们将要学习《6.6 经典力学的局限性》，同学们课下预习一下导学案，并上网查询相关的资料。

九、板书设计 6.5

宇宙航行

一、人造地球卫星

二、宇宙速度 ：第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度

三、梦想成真

------飞出地球、实现太空梦想

四、我国航天的成就。

十、教学反思

宇宙速度是中学物理中的重要概念之一，尤其是第一宇宙速度既要能够要已知的知识推导其大小是多少，更要注意它是发射速度的最小值，是运行速度的最大值。学生对这一概念的理解不够深刻，这需要老师通巧妙的方法让学生正确理解发射速度与运行速度两个概念的关系。对于第二宇宙速度、第三宇宙速度只要求了解其大小及意义，而拓展的第二、三宇宙速度大小的推理过程只要求学有余力的同学去了解。

飞出地球是人类的梦想，学生通过这些内容的学习能够逐步了解中国甚至世界航天事业发展的概况，从而进一步让学生真正意义上理解科学的伟大意义。

第二篇：《宇宙航行》教学设计

《宇宙航行》教学设计

一、【设计思路】

1.“宇宙航行”是人教版普通高中《物理》教材·必修2—第六章“万有引力与航天”的第五节内容，介绍了万有引力的实践性成就，万有引力理论使人类实现“飞天”梦想。本节课是一节知识应用与扩展的课程，所以设计时注意加大知识含量，引起学生兴趣。同时注意方法的培养，让学生养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯，避免套公式的不良习惯。围绕第一宇宙速度的讨论，让学生形成较正确的卫星运动图景。

2.积极创设问题情境、启发学生思维；利用电教媒体提供丰富的信息资源和交互平台。

二、【教材分析】

本章知识与内容结构示意图

从以上框图不难看出本节内容是整章知识的综合应用，也是本章中与实际联系最为紧密的一节，所以本节内容是《万有引力与航天》一章中的重要一节。

三、【教学目标】

根据本节教材特点确定本节教学目标如下：

（一）知识与技能

运用万有引力定律研究宇宙速度，认识万有引力的发现对探索未知世界的作用

1、会计算并理解人造卫星的环绕速度

2、知道第二宇宙速度和第三宇宙速度

3、激发学生探索未知世界的兴趣

（二）过程与方法

体会万有引力定律的发现对科学技术的发展和人类社会的进步所产生的重要作用

1.了解人造地球卫星的最初梦想。

2.第一宇宙速度的推导过程。

3.会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题。

（三）情感态度与价值观

展示我国航天事业所取得的成就，增强学生的民族自豪感和社会责任感

1.体会万有引力定律在航天事业发展中的重要作用，产生探究的成就感；

2.感受人类对客观世界不断探究的精神和情感，激发学习兴趣，认识到掌握物理规律的价值；

3.渗透“学以致用”的思想，激发学生的学习热情。

四、【教学重点和难点】

●重点：会计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

●难点：创设问题情景，理解三个宇宙速度的物理意义

五、【学习起点能力分析】

●在物理1的第3章中，学生已经知道力与运动的关系，能理解牛顿第二定律；在物理2的第4章中，学生初步研究了研究了圆周运动；本章中又学了万有引力定律以及前面所学的能量的观点等。这些都是学习本节课的基础知识

●高中学生大都会对航天常识有所了解，并形成了某些看法，其中有的可能是正确的，有的可能是不正确的。有的学生还可能对航天科学产生了浓厚的兴趣。教学过程中，要充分考虑到学生这些已有的看法和兴趣等特点

六、【教学方法和手段】

以启发式教学、建构主义为指导思想，采用以问题为中心的课堂教学模式，结合多媒体辅助教学。

七、【教学设备】

多媒体教学辅助课件

八、【教学过程】

（一）引入新课

教师：浩瀚的宇宙、闪烁的星空，神秘而美丽的太空一直牵引着人类无限的遐想。

随着科技的发展，人类终于摆脱了大地的束缚和引力的牵绊，实现了飞天的梦想。我国航天员也第一次把中国人的足迹印在飞船舱外的茫茫太空之中。

展示神舟飞船图片及航天员翟志刚太空漫步图片。

本节课我们就来学习人类是如何走出地球、飞向宇宙，进行宇宙航行的。今天就让我们一起飞出地球去！（板书课题）

设计说明：由人类飞天之梦的历史激发学生的求知欲和民族自豪感，从而引入课题。

教师：先来了解本节课的教学目标。（出示幻灯片）（生读）

（二）新课教学

教师：思考:物体怎样才能成为绕地球转动的人造卫星呢？大家来说说你们的想法

1.牛顿的设想

教师：提供生活经验：我们知道，地球对周围的物体有引力作用，因此抛出的物体要落回地面。在地面上将一个物体水平抛出，抛出时速度越大，落地点距抛出点的水平距离越大。（动画模拟演示）

思考：地球是个球体，如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？如果速度继续一直增大，会出现什么情况呢？

学生：思考并回答。

教师：将学生的回答与牛顿的设想作对比，作出肯定，使学生体验思考的快乐。

（多媒体播放“牛顿关于人造卫星的设想”）

设计说明：创设问题情境，经历探究人造卫星由设想变为现实的过程，体会猜想、外推的科学方法，感受科学家的思想之伟大，培养学生的科学思维。

2、三种宇宙速度

教师：从牛顿提出设想到第一颗人造卫星上天，历时近三百年。这是因为发射卫星所需的速度太大了，当时人类科技的水平还产生不了这样大的速度。

思考：以多大的速度将物体抛出，它就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星？

解法一：（学生1：板书）设地球和人造地球卫星的质量分别为和, 卫星到地心的距离是,卫星的环绕速度为：

,，代入数据得：。

教师：在地球表面附近万有引力的大小与重力的关系是什么?

学生：重力近似等于万有引力

教师：你能根据这一关系，从另一角度求这个速度吗？

解法二：（学生2：板书）

代入数据得：

教师：这就是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度，又叫环绕速度，它是发射一个物体、使其成为地球卫星的最小速度。若以第一宇宙速度发射一个物体，物体将在贴着地球表面的轨道上绕地球做匀速圆周运动。

讨论与交流：如果卫星的发射速度大于，会出现什么情况呢？（鼓励学生大胆猜想）

（动画演示宇宙速度课件，加深学生理解）

学生思考回答，教师进行总结说明。

设计说明：教师适当地提示、引导，让学生动脑、动手，利用所学知识推导第一宇宙速度。同时，锻炼学生利用所学知识分析和解决新问题能力，培养学生科学探索能力。

3、卫星的运行规律

（动画演示卫星运行课件，建立正确图景）

1、所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上

2、“高轨低速长周期”

教师：为简单起见，如果我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，请同学们利用已学的知识，探究卫星绕地球的运行速度、周期与轨道半径的关系。

学生3：板演

得：

设计说明：通过对卫星运动规律的研究，帮助学生建立起关于各种人造地球卫星运行状况的正确图景，帮助学生养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯。

4.课堂练习

[例1] 我国发射的第一颗探月卫星“嫦娥一号”的轨道半径是圆形的，且贴近月球表面。已知月球质量约为地球质量的，月球的半径约为地球半径的，地球上的第一宇宙速度约为，求“嫦娥一号”探月卫星绕月球运行的速率？（约）

（动画模拟“嫦娥一号”探月卫星发射，让学生了解卫星发射的全过程，为课堂练习提供问题情境。）

[例2] 如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（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的线速度大小相等，且小于a的线速度

设计说明：加强学生对知识的迁移与应用，加深学生对天体运动的动力学关系的正确理解，实现练习与课堂内容的高度统一。

5.梦想成真

教师：探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想。让学生阅读材料“梦想成真”内容。

（以人类载人航天50周年纪念为切入点，通过图片及视频展示，了解人类探索太空的历史。）

教师：尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月球不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕。宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？„„这些都是留给大家将来去解决的问题。

设计说明：让学生了解人类探索太空的过程，感知人类探索宇宙的梦想及成就。激发学生学习物理的热情，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

（三）课堂小结

1.三种宇宙速度：

v1=7.9km/s．（会推导）；v2=11.2 km/s； v3=16.7 km/s

2.卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供:

（四）布置作业

1．阅读教材中的“科学漫步”和“STS”材料；

2．上网查阅：人造卫星的种类、同步卫星的含义及特点。将学生分组，每个小组任选一个主题进行研究，并利用互联网搜集查找相关资料，制作汇报PPT或海报，下节课进行交流共享。

专题学习网站：

中国载人航天工程网：http://www.xiexiebang.com/

板书设计：

宇宙航行

一、牛顿的设想

二、宇宙速度

第一宇宙速度： 第二宇宙速度：

第三宇宙速度：

三、卫星的运行规律

教学反思

这一节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，培养学生对科学的兴趣。

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第三篇：《宇宙航行》教学设计

《宇宙航行》教学设计

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“万有引力与航天”的第五节内容，介绍了万有引力的实践性成就，万有引力理论使人类实现“飞天”梦想。本节课是一节知识应用与扩展的课程，所以设计时注意加大知识含量，引起学生兴趣。同时注意方法的培养，让学生养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯，避免套公式的不良习惯。围绕第一宇宙速度的讨论，让学生形成较正确的卫星运动图景。

二、学情分析

在日常生活，学生对宇宙航行有粗浅的了解，且对这块内容有一定的学习兴趣。而在前面的学习中，学生对匀速圆周运动的规律和万有引力定律基本掌握，为这节课的顺利开展做了铺垫。但学生的画图能力，理论推导能力不强，需要教师在课堂上加以引导。

三、教学目标 知识与技能：

1、知道三个宇宙速度的含义和数值。

2、能区分发射速度和运行速度。

3、了解人造卫星的轨道特征。过程与方法：

1、联系曲线运动的拱桥，推导第一宇宙速度。

2、会分析人造卫星的受力和运动情况，掌握人造卫星的运动规律（线速度，角速度，周期和轨道半径的关系）。情感态度与价值观：

1、养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯，避免套公式的不良习惯。

2、围绕第一宇宙速度和人造卫星的运动规律的讨论，让学生形成较正确的卫星运动图景。

四、教学重难点

重点：

1、联系曲线运动中拱桥的例子，结合万有引力定律和匀速圆周运动的规律，推导第一宇宙速度。

2、用万有引力是天体运动的向心力这一基本思路，掌握人造卫星的运动规律（线速度，角速度，周期和轨道半径的关系）

难点：

1、联系曲线运动中拱桥的例子，结合万有引力定律和匀速圆周运动的规律，推导第一宇宙速度。

五、教学过程(一)引入新课

播放将近2min《地心引力》电影片段，提出宇宙航行的话题，激发学生的学习兴趣。教师：同学们，咱们先来欣赏一段视频（播放视频）。

知道这是哪部电影吗？ 没错，《地心引力》！现在有很多和宇宙航行有关的电影，那么这节课咱们就一起来学习和研究一下关于宇宙航行的知识。（3min）

（二）人造卫星的发射原理 用两种方法推导第一宇宙速度，简单介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度，区别发射速度和运行速度。

1、联系曲线运动的拱桥，推导第一宇宙速度

教师：自古以来，人类就有飞天的梦想，那么地面上的物体抛出后，怎样才能不落回地球？早在300多年前，牛顿就在思考这个问题。根据平抛运动的规律，高度一定，物体抛出的速度v越大，落地点越远，那么他猜想：当速度增大到一定程度，物体就不再落回地面。教师：那至少以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球运动不落回地球，成为一颗人造卫星？

（学生思考讨论；预设：若学生直接回答7.9km/s，则提问如何计算？）

提示：解决问题的本质是转化，就是把新的问题与我们曾经学过的模型相对比，找到他们的联系，再解决问题。这个问题与我们学过的哪个问题有相似性呢？

联系在曲线运动中，一辆汽车过拱桥的安全速度（最大速度）的计算，可将地球看成一个巨大的拱桥，那么地球的半径就是拱桥的半径。

这个问题转化成：质量为m的汽车通过一个半径为R的拱桥，求拱桥对它的支持力恰好为0时，汽车的速度v？

教师：和学生一起推导（重力全部提供向心力，说明v与物体自身质量无关）。

6v2 vgR9.86.410m/smgmR 7.9km/s

说明这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，也是让物体抛出后不落回地球的最小速度，叫做第一宇宙速度。

教师提问：若已知地球的质量M，半径R，第一宇宙速度又该如何计算？（提示：近地面万有引力近似等于重力，注重公式推导过程，由于课堂时间有限，最后数据可直接告诉学生，请某位同学起立回答）可以问学生这样计算的结果是否与前面的一样？为什么？

GMmR2mv2Rv

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

2、简单介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度

教师：（演示动画）当物体以7.9km/s在近地面被抛出，它将绕地球做匀速运动圆周运动，那如果在地面附近发射速度大于7.9km/s呢？物体还能做匀速圆周运动吗？为什么？（提示所需要的向心力大于万有引力，物体做离心运动）。进而简单介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度。

（预设：若此时学生追问第二宇宙速度和第三宇宙速度如何计算，以及椭圆轨道的问题，则提示：目前以我们所学知识还无法计算，或者可以和同学们一起课后再交流）（3mim）第二宇宙速度是人造行星绕太阳的发射速度，与太阳有关，也与物体在地球出发有关，情况复杂。有兴趣的同学可以在学了大学物理之后进行进一步的探究。

3、区别发射速度和运行速度 教师：直接讲解

发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。①宇宙速度均指发射速度

②第一宇宙速度是在地面发射人造卫星的最小速度

运行速度：是指发射物进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。（2min）

（三）人造卫星的轨道（亮点：学生活动）教师：在我们地球上空环绕着很多人造卫星，它们在预设的轨道上执行着各自的任务。（展示人造卫星图片），给出地球和地轴，请一个学生（容易出错，物理基础相对薄弱）上台在一体机上画多个人造卫星轨道（其他同学在我事先发的纸上画），提问：人造卫星有这么多轨道，这些轨道有什么共同的特征？（轨道圆心是地心，并提问为什么？）（8min）

（四）人造卫星的运动规律

教师：在不同轨道上，围绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的向心加速度、线速度、角速度及周期是多少呢？（和学生一起推导，一起讨论随轨道半径增大，向心加速度减小，线速度减小，角速度减小，周期增大。点明第一宇宙速度是人造卫星环绕地球运行的最大速度。）（10min）

根据时间酌情安排2个选择题，并进行简单小结，预告下节课讲地球同步卫星。（2min）

六、板书设计

第四篇：《宇宙航行》教学设计

思想

宇宙航行不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。

学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。

本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。

本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。

二、教学目标

（一）知识和能力目标

1．了解人造地球卫星的有关知识和航天发展史。

2．知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。

3．理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

（二）过程与方法目标

1．在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。

2．通过对卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。

（三）情感态度与价值观目标

1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情。

2．通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。

3．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

三、教学重点

1．第一宇宙速度的推导。

2．卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

四、教学难点

卫星的发射速度与运行速度的关系。

五、教学方法

探究、讲授、讨论。

六、教学准备

多媒体课件。

七、教学过程

（一）引入新课

通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行的。（利用幻灯片，向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。）

（二）推进新课

牛顿的思考

探究：怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动？

先让学生思考、讨论，教师可根据学生情况引导学生思考。

我们知道，在地面上将一个物体水平抛出，若抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？（不能）

早在16世纪道的牛顿就曾思考过这个问题。（播放卫星发射原理动画，并向学生分析）

从地球上最高的山峰上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。如果抛出的速度足够大，物体就不在落回地面，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。

宇宙速度

探究：以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的卫星呢？

1．第一宇宙速度

物体最终绕地球表面做匀速圆周运动，引力为其做圆周运动提供向心力。

代入数据得v=7．9km/s

这就是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。

如果发射速度大于第一宇宙速度，结果会怎样呢？

2．第二宇宙速度

当抛出物体的速度继续增大，地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11．2km/s。我们把v=11．2km/s叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。

3．第三宇宙速度

物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。若抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16．7vkm/s。这个速度叫做第三宇宙速度。

卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

探究：目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了，这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的快慢与什么因素有关呢？

学生可能的答案：质量、轨道半径„„

我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，则有

可得：

结论：线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由轨道半径决定。

当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径（r=r），此时线速度最大，角速度最大，周期最小。则

=7．9km/s

=1．24×10-3rad/s

=84min

即卫星绕地球运行的最大速度为7．9km/s。

人造卫星的发射速度与运行速度

（播放嫦娥一号发射的模拟视频，让学生了解卫星发射的全过程，学生也将对发射速度和运行速度有一个了解。）

1．发射速度

发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。

2．运行速度

运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。

梦想成真

学生先阅读，然后教师简述补充。（借助于多媒体，一边向学生展示，一边介绍，注意情感态度与价值观目标的实现。）

其实早在六百多年前的明朝，一个名叫万户的人就曾有“飞天”的壮举，但最终未能成功，并为之付出了生命。万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。

19世纪中叶，俄罗斯学者，齐奥尔科夫斯基，提出利用喷气推进的多级火箭，运载发射卫星。

1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星成功在苏联发射成功。

1961年4月12日，世界上第一次载人飞行，苏联。

1969年7月16日，人类第一次登上月球，美国。

1070年，中国第一颗人造卫星发射成功。

2003年10月15日，中国第一次载人飞行。

2007年，嫦娥一号成功发射。

然而人类对宇宙的探索并不是一帆风顺的，无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。

1986年1月28日，美国，挑战者号航天飞机升空后爆炸，七名宇航员遇难。

2003年2月1日，美国，哥伦比亚号航天飞机返航时爆炸，七名宇航员遇难。

（三）课堂小结

尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕。宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？这些都是留给大家待以解决的问题。

第五篇：宇宙航行教学设计

《宇宙航行》教学设计

江苏省涟水中学 董存生

一、教材分析

《宇宙航行》系新课程人教版必修2第七章第五节，重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度,并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。

二、教学目标

（一）知识与技能

（1）知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因；

（2）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度；（3）简单了解航天发展史。

（4）能用所学知识求解卫星基本问题。

（二）过程与方法

（1）培养学生科学探索能力；

（2）培养学生在处理实际问题时，如何 构建物理模型的能力；

（3）学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。

（三）情感态度与价值观

介绍我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

课时安排：一节课

教 具：多媒体课件(flash 8制作)、投影仪、计算机

三、设计理念

学科教学活动以学生为主体，促进学生知识、能力、品德三维一体的全面发展，这是本课件设计的基本理念。学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法：在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。

四、教学重点、难点

（1）第一宇宙速度的推导；

（2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别；（3）卫星做圆周运动时，各物理量的关系。

五、教学方法

启发探究式教学、多媒体辅助教学。

六、教学准备：

多媒体制作，月球绕地球转动演示仪、投影仪、计算机。

七、教学过程

（一）创设情境，激发情感，引入新课

1．利用多媒体播放视频：（1）人造卫星发射，（2）人造卫星在圆形轨道上的运行。2．演示月亮绕地球转动。

提出问题：抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？卫星、月亮没有落下来必须具备什么条件？

（二）人造地球卫星

1．抛物演示实验：学生观察落地点的变化，落地点为什么会变化？ 2．牛顿的思考与设想：

△抛出的速度v越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？

△牛顿根据自己的设想草拟了一幅极富创意的人造卫星原理图。

△牛顿的设想由于受技术条件的限制，物体不可能达到这样的速度，但他的思想启发了后人，在太空探索中立了头功。

△动画展示牛顿的设想过程。

引出人造地球卫星（简称人造卫星）的概念。

（三）宇宙速度

1、问题的提出：人造卫星为什么不掉下来，人造卫星的线速度有多大。进行提示想想杂技水流星，水到了最高点为什么不掉来，一起探索原因，直到得出结论。围绕线速度问题，让学生猜测高轨道还是低轨道的人造卫星线速度更大。

问题 猜测

如何验证

利用这样的教学设计，力求真正的体现学生的主体地位和老师的主导作用。强调学生自己探究、自行分析的能力，得出结论：

GMmv2m

由此解出v2rrGM r学生证实了刚才的猜测，在这一基础上，让同学们自己研究ω、T 和半径r的关系，每位同学都能找到：

GM，随着半径增大，ω减小 r32 r3T2，随着半径增大，T变大

GM接下去的任务就是如何导出第一宇宙速度，在点评公式时，提示学生，半径是不是有什么特殊的情况，运行的最小半径为多少？让学生以小组为单位进行探究。在理想情况下，运行的半径最小就是靠近地面的人造卫星，半径近似等于地球半径，也就是最大的线速度，学生得出：

可以近似认为r=R，将此代入，地球质量为5.89×1024Kg，半径为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是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫第一宇宙速度。

所以这些结论都是由学生在学习小组中探究得到，学生的自信心得到极大的满足，更主要使他们从被动接受变为主动索取，使学生乐学，好学。学生思考：

（1）将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？（2）所需要的发射速度，哪一个更大？为什么？

（3）发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？

从能的角度，圆周运动的公式引导学生分析二者的不同。学生思考：

我们刚研究过，当卫星的轨道半径越大时，卫星绕地球旋转时的速度越小，卫星发射时越难，送入轨道需要消耗的能量越多，发射的速度必须越大，由此我们可以得出要将人造卫星送入轨道的发射速度必须大于多少？学生分析得出v≥7.9km/s 引导：发射速度越大，人造卫星就进入更高的轨道，当速度大到某一值时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运动我们把这个速度叫第二宇宙速度，它的大小为v2=11.2km/s。

同时分析飞到太阳系以外的宇宙空间，速度必须等于或大于16.7km/s，这个速度叫第三宇宙速度。

动画展示三个宇宙速度

（四）让学生具有振兴中华的使命感与责任感

本节课的最后，播放了一段美国登月的视频，让学生发现一些奇妙的物理现象，引导学生发现月球的背景是什么颜色，宇航员行走的模样等等，预计不久的将来，哪个国家也将登上月球，同学们高呼“中国”，那么我们现在能做些什么呢，让同学感想到：我们是祖国的未来的希望，现在需要努力学习科学文化知识，将来为祖国的航天事业做贡献。要培养学生坚韧不拨、勇于探索、协力合作的科学精神以及严谨求实、谦虚谨慎、勇于质疑科学态度；也要培养学习者热爱科学、热爱祖国的情感；努力学习、振兴中华的责任感。这些策略在本案例中得到了体现。

（五）练习反馈，拓展延伸：

［题1］“2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把我国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。”根据以上消息，近似地把飞船从发射到降落的全部运动看作绕地球的匀速圆周运动，试估算神舟五号绕地球飞行时距地面的高度（已243知地球的质量为M =6.0×10Kg，地球的半径 R =6.4×10Km）。

1、学生独立思考，计算周期T的大小并推导出高度与地球质量、半径、周期等物理量之间的关系公式，代入相关数据进行计算得到结果。

2、教师检查，然后师生共同评价、指出问题。使学生学以致用，掌握正确的解题思路和方法。

［题2］金星的半径是地球的0.95倍，质量是地球的0.82倍，金星表面的自由落体加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？

1、教师点拨引导学生通过联想得出解题的两种方法，将计算结果与正确结果进行比较。

2、拓展：将天体运动的椭圆轨道近似为圆。所有环绕中心天体做圆周运动所需向心力，均由中心天体的万有引力提供。

（六）小结与作业布置

1．阅读教科书上P76的科学漫步“黑洞”

2．上网查阅：（1）人造卫星的种类（2）同步卫星的含义及特点

八、综合评价：

这节课始终以学生为主体精心设计学习活动。没有让学生机械的记忆，而且给学生主动探索、自主学习的空间，通过学生的思考、动手、观察、讨论，激发学生的学习热情，使学生由被动接受知识转化为主动的获取知识，让学生真正学会如何学习，使学生的创新潜能得到最大发挥。

2006-11-12