7.4宇宙航行 教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

4．宇宙航行 【教材分析】 1．体系结构。 本节为高中物理必修第二册《第三章 万有引力定律》的第4节，是万有引力定律在航空航天领域的应用。 2．地位作用。 本节为该章的重点内容，核心在于将万有引力定律和圆周运动相结合，且重点讲述了发射人造卫星的历程与原理，推导了第一宇宙速度，介绍了第二宇宙速度和第三宇宙速度。 3．知识背景。 经过无数前人的努力，航空航天已不再是人类的梦想，而万有引力定律在其中功不可没。在本节中，将使用万有引力定律揭开航空航天的“神秘面纱”。 【学情分析】 在学习本节之前，学生已经掌握了万有引力定律，具备运用万有引力定律处理天体运动问题的能力。教师可以在此基础上向学生介绍人造卫星的发射原理，然后引导学生自行推导出第一宇宙速度，再让学生经历推导第一宇宙速度的过程，进一步探讨第一宇宙速度的意义，从而向学生扩展第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念。 【课标解读】 1． 课标要求。 会计算人造地球卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。 2．课标解读。 要能够根据所学圆周运动和万有引力定律的相关知识，推算出第一宇宙速度，知道其是最小的发射速度，并在此基础上计算任意人造卫星的环绕速度。能够根据第一宇宙速度的推导过程，做进一步的猜想，了解什么是第二宇宙速度和第三宇宙速度。 【教学目标】 核心素养 素养表现 素养内涵 教学目标 物理观念 运动与相互作用观念 初步形成相互作用观，并能用它对自然图景进行描述 知道人造卫星所需的向心力是由万有引力提供 科学思维 模型建立 根据问题和情境，对客观事物进行抽象和概括，构建物理模型 建立人造卫星绕行星做圆周运动的理想模型 科学推理 具有规律意识，能进行科学推理，形成物理规律 能运用圆周运动相关知识和万有引力定律组合推导出第一宇宙速度的大小 问题解决 根据物理规律，解释自然现象和解决实际问题 能够运用圆周运动相关知识与万有引力定律解决简单的航空航天问题 科学态度 与责任 科学本质 能正确认识科学的本质，认识到物理是人类有意识的探究过程 了解人造卫星从梦想变为现实的历程 科学态度 具有学习和研究物理的好奇心和求知欲，实事求是，善于基于证据和推理发表自己的见解 通过了解今天航空航天事业的发展，领悟前人不断反思总结、实事求是的科学态度 社会责任 理解科学、技术、社会和环境的关系 了解万有引力定律在航空航天上的作用，树立利用所学知识为人类服务的观念。了解我国航空航天事业的飞速发展，激发爱国精神 【教学重点】 1．第一宇宙速度的推导。 突出重点的方法：先对第一宇宙速度的物理意义进行讲解，再引导学生利用圆周运动与万有引力定律的知识进行推导。 2．人造卫星的速率与轨道半径的关系。 突出重点的方法：引导学生从表达式中找出各物理量的关系，结合与人造卫星相关的科普视频加深理解。 【教学难点】 1．对牛顿提出的能够围绕地球的抛体运动的理解。 突破难点的方法：在PPT中用动画展示不同速率的炮弹水平射出时落地点是怎样变化的，直观地将牛顿的猜想为学生呈现出来。 2．对同步卫星的认识。 突破难点的方法：在PPT中呈现同步卫星的动态图片，将同步卫星的诸多特点直观地为学生展现出来，再引导学生总结同步卫星的特点。 【教法学法】 教法：讲授法、讨论法。 学法：合作学习法、讨论法、阅读法。 【教具学具】 多媒体设备，地球仪，不同半径的塑料圆圈。 【课时安排】 1课时。 【教学思路】 本设计的内容包括三个方面：一是人类将人造卫星从幻想变为现实的历程，二是在教师讲授的基础上推导出第一宇宙速度的大小并了解第二、第三宇宙速度，三是了解同步卫星的特点。 本设计的基本思路是：由万户飞天和嫦娥奔月的传说以及嫦娥一号发射的画面，引发学生的学习兴趣。再通过学生已掌握的平抛运动知识，阐述牛顿所提出的猜想。然后，向学生讲述什么是第一宇宙速度，进一步提出问题：第一宇宙速度的大小为多少？学生通过讨论交流与计算，推导出第一宇宙速度的大小。再让学生用重力与近地卫星所受向心力的关系，再次推导第一宇宙速度的大小，加深对第一宇宙速度的理解，并在此基础上让学生了解第二、第三宇宙速度。最后，向学生介绍同步卫星，并总结其特点，再让学生计算出同步卫星轨道距地高度。 【教学过程】 环节一 创设情境，引入课题 ◆教师活动 给学生观看“万户飞天”以及“嫦娥奔月”的图片，讲述古人们的航天梦。然后，为学生播放嫦娥一号发射的视频（或画面），告诉学生，这个梦想在今天已得以实现。而本节课将会带着大家一起揭开卫星发射的“神秘面纱”。 让学生思考卫星是如何实现升天并围绕地球运动的？ ◆学生活动 认真思考、讨论交流。 ◆教师活动 总结学生观点。 早在三百多年前，牛顿就在他的《自然哲学的数学原理》一书中对这个问题提