7.4 宇宙航行 教学设计 -2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

万有引力应用----宇宙航行 授课教师：李春梅 授课班级：高一14班 一、教材分析 本节介绍了万有引力定律的应用，要求学生知道万有引力理论是人类实现了“飞天”梦想。重点讲解描述人造卫星的发射原理，推导和理解第一宇宙速度。介绍了第二、第三宇宙速度。人造地球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，体系了知识的力量。教材不但介绍了人造地球卫星中的一些基本理论，还在其中渗透了很多研究物理问题的方法。因此，本节课是本章中的重点内容，是学生进一步学习、讨论、探究天体物理问题的理论根基。在高考中要考万有引力应用的知识。通过人类对太空探索和我国在载人航天和宇宙探索方面的成就介绍，增强学生的民族自豪感，落实提高本学科核心素养。 二、学情分析 通过学习，大部分学生已经掌握如何计算万有引力，并知道物体做匀速圆周运动的受力特征，熟悉了用线速度、角速度、周期表示的向心力表达式，知道忽略地球自转时重力与万有引力的关系，且对卫星发射、同步卫星、探索宇宙奥秘有浓厚兴趣。但是学生建立运动模型，动脑分析深层次问题还不够积极主动，表述时还缺少逻辑性和严谨性，对于讨论物理量之间的联系还不能准确无误，认识问题容易表面化。 三、教学目标 1、会推导第一宇宙速度。了解发射速度与环绕速度的区别和联系，理解天体中的能量观。 2、知道同步卫星与其他卫星的区别和特点。会分析人造卫星的受力和运动情况，会对卫星变轨进行分析。 3、了解宇宙航行的历程和进展，感受人类对客观世界不断探究的精神情感。了解我国航天事业的发展，增强学生民族自豪感。树立为我国航天事业发展而努力奋斗的信念。 四、教学重点 第一宇宙速度的推导，万有引力定律的应用 五、教学难点 1、理解的第一宇宙速度含义。 2、人造卫星处理方法---绕地球的“匀速圆周运动”模型建立。 3、万有引力定律宇宙航行中的应用。 六、教学过程 【课的引入】航天视频 设计意图： 激发学生的学习兴趣，感受自然和谐之美，感受人类实现梦想的自豪感。 【复习提问】 万有引力提供向心力（含有线速度、角速度、周期）的方程。 设计意图：检查学生对知识的掌握情况，做课前评价，督促学生学习。 【新课教学】 【活动】1、宇宙速度 （1） 第一宇宙速度 【设问】你能计算出卫星绕地球表面飞行速度吗？ 逐级提问引导学生思考、探究、总结。最后得出第一宇宙速度的含义。 学生活动：建立匀速圆周运动模型，利用合外力等于向心力列方程进行求解；从万有引力与重力的关系思考如何求出最小发射速度；总结第一宇宙速度的含义 设计意图： 促使学生在新情境中进一步理解匀速圆周运动的特点，学习建立模型，并利用不同的思路解题，培养学生的发散思维。培养学生的总结能力。感受理论研究对实际应用的指导作用。体会物理知识的强大，激发学生学习物理的兴趣。 （2）第二、三宇宙速度 【引导和设问】地球发射卫星最大速度是多少呢？ 学生活动：思考，交流，倾听。形成思维碰撞，通过教师的引导，学生间的相互补充，尝试用圆周运动中力的供需关系解释卫星运动的轨迹。了解第二宇宙速度和第三宇宙速度的含义。 教师引导学生：从力与运动的关系去思考问题。并说明实际的运动轨迹要通过更严谨的数学推算得出。请有兴趣的同学参考牛顿《自然哲学的数学原理》 动画展示：卫星以不同发射速度发射时的运动情况 设计意图：通过该环节，培养学生在面对书中的结论时学会深入思考，发展学生思维的深刻性，激发学生的探究欲望，并通过讨论进一步加深对与力和运动关系的认识。通过动画形象生动的表现三个宇宙速度下物体的运动，使学生印象深刻。 【活动】2、人造卫星轨道 【引导和设问】动画，几条轨道中，哪个不是卫星轨道？ 设计意图：建立空间模型，提高科学思维能力，掌握向心力与圆心和圆轨道的关系。为同步卫星轨道的位置，设下伏笔? 【活动】3、地球同步卫星 学生思考：地球同步卫星的含义，分析同步卫星的轨道特点，回答教师提出的阶进性问题。 播放动画讲解同步卫星的相关知识。 学生总结：地球同步卫星的轨道特点。 设计意图：通过学生的交流互动，教师的质疑启发，培养学生理论联系实际，探究问题学科素养。 【活动】4、卫星的发射过程分析 展示动画 【引导和设问】引导学生思考卫星发射的过程及原理。 设计意图：培养学生科学思维，建立空间模型和应用知识解决实际问题的能力。 【问题拓展】卫星回收过程线速度、轨道、及能量的变化。 设计意图：利用发散思维，培养学生主动探究问题的逻辑思维能力。 【活动】5、变轨的实质 【引导和设问】 （1） 离心运动、近心运动中速度的变化。 （2） 离心运动、近心运动提供的向心力与需要的向心力之间的关系。 （3） 卫星变轨后线速度、角