第三章 万有引力定律 作业设计方案-2024-2025学年高一下学期物理教科版（2019）必修第二册

作业涉及教科书版本： 2019 教科版 年级及册次：高一必修 第二册 作业涉及单元、章节（或主题、任务）：万有引力定律 单元、章节（或主题、任务）整体性作业设计思路说明 o单元内容分析：本单元分为两个主题。第一个主题是天体运动及探因。介绍科学家对天 体运动的认识过程和牛顿建立万有引力定律的过程。第二个主题是万有引力定律的应用。 知道应用万有引力定律所取得的巨大成就。如称量地球的质量、发现未知天体和宇宙航行 问题等。各核心知识点的逻辑关系如图 1 所示： 图 1 单元核心知识点的逻辑关系 o单元教学整体设计思路：本单元设计思路采用“构建统领单元的大情境 ”设计单元的具 体任务和课时，即通过问题驱动和任务引导的方式开展教学。我们确定本单元基于真实情 境的核心问题为：“人类如何实现‘飞天 ’ 梦想？ ”。为解决这个问题，学生需要回答：行 星和卫星的运动规律是什么？它们运动的原因是什么？要实现“飞天梦 ”一般需要几个步 骤？等问题。因此，我们设计了5 个单元任务，5 个任务对应 5 个课时（如图2 所示）。此 设计思路的目的是想将日常问题表征为物理问题，力求让学生重走科学家探究之路，经历 “像科学家一样思考、探索 ”的过程，形成必要的物理学科核心素养。 图 2 万有引力定律单元任务及课时分配 1 / 38 学科网（北京）股份有限公司 o单元作业目标：课程标准中学业质量是学生在完成学习后的学业成就表现，本单元依据 学业质量水平中物理学科核心素养“物理观念 ”、“科学思维 ”、“科学探究 ”、“科学态度与 责任 ”四个方面及其水平，结合本单元教学内容，将单元作业目标（学生作业成效表现） 做如下表 1 的描述。 表 1 素养导向的单元作业目标 o单元作业整体设计思路：本单元作业的设计致力于在减轻学生课业负担的同时，充分把 握作业的育人功能，紧扣新的课程标准，立足单元整体要完成的任务和解决的问题，按照 本单元的逻辑线条设计了5 个课时和 1 个单元复习作业，每课时作业包含形式多样的课前、 课中、课后基础性作业和发展性作业，每一条作业包含作业目标、设计意图、使用者、预 计时长、预估难度系数。各使用时段的整体设计思路如下表 2 所示。 表 2 单元作业整体性各使用时段作业设计思路 2 / 38 学科网（北京）股份有限公司 第 1 课时（任务一：行星运动有什么样的规律？） 使用 时段 作业 内容 作业设计 设计意图 使 用 者 预 计 时 长 预估 难度 系数 课前 基础 性作 业 作业一：阅读教材 54-57 页，了解中国古代 对宇宙的认识、 “地心说 ”与“ 日心说 ”之 争、开普勒行星运动定律的内容。 让学生带 着任务阅 读教材， 引导学生 关 注 教 材，养成 良好的阅 读教材的 习惯。 高 一 A、B 层 学 生 5 分 钟 0.90 发展 性作 业 作业一：查阅相关资料，了解我国航天技术 中与物理学定律相关的信息。 让学生关 注物理学 规律与航 天技术的 联系， 同 时培养学 生获取资 料、分析 资料的素 养 高 一 A、B 层 学 生 10 分 钟 0.85 课中 基础 性作 业 作业一：了解人类对行星运动规律认识的历 程 1.通过课前预习，请你与小组同学交流，回 答“ 中国古代对宇宙的认识是什么？ ”、“ 日 心说和地心说争论的焦点是什么 ”、“从第谷 的观察到开普勒三大定律的得出，你体会到 了什么？（主要对应 目标：B2W001） 2.请你与小组同学共同归纳梳理科学家认识 行星运动过程用到的科学方法。（主要对应目 标：B2W011） 1.通过真 实问题的 讨论，培 养学生分 组合作交 流的能 力。 2.通过材 料分析， 培养学生 分类、归 纳的科学 思维方 法。 高 一 A、B 层 学 生 8 分 钟 0.85 作业二：学习理解开普勒行星运动定律 1.请你使用一条细绳和两只图钉来绘制椭 圆。（主要对应 目标：B2W005） 1.通过真 实体验， 认识椭圆 的基本特 高 一 A、B 层 15 分 钟 0.70 3 / 38 学科网（北京）股份有限公司 （1）保持绳长不变，当焦点不断靠近时，椭 圆形状如何变化？ （2）当焦点重合时，观察到的现象？ 2. 请你观看行星在近日点和远日点附近的 动态图，分析它在离天体最近的位置（近日 点）和最远的位置（远日点），哪点的速度比 较大？（主要对应 目标：B2W007） 3.请你思考 = k中，k 值可能与什么有关 呢？（主要对应 目标：B2W006） 点。 2.能把行 星运动过 程转化成 物理模 型。 3.从运动 和相互作 用的视角 分析，培 养学生科 学推理的 素养。 学 生 发展 性作 业 作业一：分析下列太阳八大行星的半长轴和 半短轴数据，如果我们作近似化处理，你可 以得出什么结论？（主要对应目标：B2W009） 通过查阅 各大行星 真实的数 据， 用近 似处理的 物理方法 将复杂的 物理问题 简化为熟 悉的物理 模型，培 养学生科 学严谨的 态度。 高 一 A、B 层 学 生 2 分 钟 0.85 作业二：如果太阳系行星运动的轨道近似为 圆形，在开普勒运动定律的基础上分别得出 新的结论。（主要对应目标：B2W005） 通过近似 处理，将 太阳系行 星的运动 等效为简 单的物理 模型，培 养科学论 证素养。 高 一 A、B 层 学 生 8 分 钟 0.80 4 / 38 学科网（北京）股份有限公司 课后 基础 性作 业 作业一：人类对天体运动的研究的过程，你 认为科学家的哪些品质对你的影响最大？ （主要对应 目标：B2W012） 让学生思 考科学结 论的来之 不易，培 养学生的 科学态度 和社会责 任。 高 一 A、B 层 学 生 2 分 钟 0.85 作业二：某星系中，行星 A 的轨道半径约为 中心天体半径的 18 倍，另一颗行星 B 的轨道 半径约为中心天体半径的 2 倍，行星 A 与 B 的周期之比约为多少？（主要对应目标： B2W004） 通过本题 计算，进 一步体会 是一个 常数。 高 一 A、B 层 学 生 3 分 钟 0.85 作业三：请你利用以下太阳系各行星（包括 地球）的卫星的相关信息，说明它们的运动 遵循开普勒定律。（主要对应目标：B2W009） 结合天体 运动的真 实数据， 应用开普 勒定律进 行分析， 培养学生 数学运算 能力。 高 一 A、B 层 学 生 5 分 钟 0.85 发展 性作 业 作业一：哈雷彗星轨道的半长轴约等于地球 和太阳平均距离的 18 倍，哈雷彗星最近一次 飞近地球的时间是 1986 年。根据开普勒第三 定律估算它下一次飞近地球将在那一年？ （主要对应 目标：B2W009） 通过真实 问题的解 决，培养 学生运用 物理知识 解决问题 的能力。 高 一 A、B 层 学 生 3 分 钟 0.80 作业二：结合力与运动的关系及圆周运动知 识，思考行星为什么会绕着太阳运动? （主 要对应 目标：B2W002） 通过结合 力与运动 的相关知 识思考天 体运动的 原因，让 学生学会 从物理学 高 一 A、B 层 学 生 2 分 钟 0.80 5 / 38 学科网（北京）股份有限公司 科的视角 分 析 问 题。 6 / 38 学科网（北京）股份有限公司 第 2 课时（任务二：是什么形式的相互作用导致了行星这样的运动?） 使用 时段 作业 内容 作业设计 设计意图 使 用 者 预 计 时 长 预估 难度 系数 课前 基础 性作 业 作业一：回顾开普勒三大定律的具体内容 通过对前 置知识开 普勒三大 定律的复 习，让学 生为新课 程的学习 做好准备 高 一 A、 B 层 学 生 3 分 钟 0.85 发展 性作 业 作业一：阅读太阳八大行星轨道图示及轨道 参数，思考行星绕太阳做圆周运动谁来提供向 心力呢？（主要对应 目标：B2W001） 通过查阅 资料能够 帮助学生 自主地预 习 新 课 程，并为 新课程的 学习做好 准备， 同 时，也能 够培养学 生获取信 息、提取 重点并分 析的素养 能力，使 学生能够 适应信息 化时代的 学习方式 高 一 A、 B 层 学 生 5 分 钟 0.80 课中 基础 性作 业 作业一：小组合作：阅读教材，完成下列问 题（主要对应 目标：B2W001） 1.为什么苹果从树上落向地面而不飞向天 空？ 2.行星环绕中心天体的运动受到什么样的力 呢？ 3.月球受到地球给他的作用力吗？ 4.地球吸引苹果和吸引月球的力是同种力 通过阅读 教材、填 写提纲， 积极参与 小组的讨 论，有利 于培养学 生主动获 取知识的 高 一 A、 B 层 学 生 3 分 钟 0.80 7 / 38 学科网（北京）股份有限公司 吗？ 能力，引 导学生进 行理性思 考，通过 交流分 析，培养 学生分 析、判断 的素养。 作业二： 1.根据所学知识和资料简化行星绕太阳的运 动（主要对应 目标：B2W003） 2.设行星的质量为 m ，速度为 v ，行星与太阳 间的距离为 r ，则行星绕太阳做匀速圆周运动 的向心力如何表示？（提示：速度 v 难以测量， 但是周期 T 容易测出）（主要对应目标： 通过所学 知识和资 料简化行 星绕太阳 的运动， 并利用所 学的知识 点推导万 有引力定 律，培养 学生模型 建构、科 学推理的 核 心 素 养。 高 一 A、 B 层 学 生 8 分 钟 0.65 B2W004） 发展 性作 业 作业一：阅读理解教材并归纳出月地检验的 思路（主要对应 目标：B2W005） 通过对月 地检验思 路的归纳 总结，培 养学生科 学探究的 “ 问题、 证据、解 释 ”素养 高 一 A、 B 层 学 生 5 分 钟 0.70 作业二：阅读发展空间并结合视频讲解的卡 文迪许扭秤实验，尝试归纳实验所用的巧妙方 法。（主要对应 目标：B2W0012） 通过对卡 文迪许扭 秤实验的 学习，体 会引力常 量对万有 高 一 A、 B 层 学 3 分 钟 0.85 8 / 38 学科网（北京）股份有限公司 引力定律 的重要性 生 课后 基础 性作 业 作业一：下列说法正确的是（ ）（主要 对应 目标：B2W009） A.库仑利用扭秤实验测出万有引力常量 G 采用了放大法 B.根据万有引力定律知，当两物体的距离越 小，他们之间的万有引力越大 C.开普勒提出了行星运动运动的规律，将天 上人间的力统一起来 D.万有引力常量 G 的单位是 N·m2/kg2 通过概念 辨析，巩 固基础知 识，并能 用万有引 力定律公 式分析、 解决实际 问题 高 一 A、 B 层 学 生 2 分 钟 0.80 作业二：2023 年 5 月 30 日上午，神州十六 号载人飞船发射成功对接空间站，小明同学听 了非常高兴，并了解到空间站的运行轨道高度 约为 400km，就想要知道空间站围绕地球运行 一周的时间和运行速度，但是他却不知道怎么 计算，你能帮帮他吗？（地球半径约 6400km， 地球质量 M=6× 1024kg ，万有引力常量 G=6.67×10-11N • m2 /kg2 ）（主要对应 目标： B2W004） 通过本题 计算，进 一步巩固 用万有引 力定律计 算简单问 题 高 一 A、 B 层 学 生 5 分 钟 0.65 发展 性作 业 作业一：查阅资料，了解我国测量万有引力 常数 G 的成就（主要对应目标：B2W0012） 通过查阅 资料，了 解万有引 力常量测 量的历史 发展进 程，在学 习过程中 树立正确 的科学态 高 一 A、 B 层 学 生 5 分 钟 0.75 9 / 38 学科网（北京）股份有限公司 度和社会 责任 作业二：卡文迪许被称为“第一个测出地球 质量的人 ”那么请同学们思考为什么这么说 呢？（主要对应 目标：B2W002） 通过对所 学知识的 思考，理 解，应用 培养学生 学 习 兴 趣、探究 才能和创 新意识 以 及科学态 度、科学 精神 高 一 A、 B 层 学 生 8 分 钟 0.65 10 / 38 学科网（北京）股份有限公司 第 3 课时（任务三：如何称量天体的质量？） 使用 时段 作业 内容 作业设计 设计意图 使 用 者 预 计 时 长 预 估 难 度 系 数 课前 基础 性作 业 作业一：在力学发展的过程中，许多物理学 家的科学发现推动了物理学的进步。阅读教材 54-64 页，对以下几位物理学家所作科学贡献 的表述进行判断： 1.哥白尼作为日心说的代表人物，著有《天体 运行论》 ( ) 2.海王星被称作“笔尖下发现的行星 ”，显示 了理论对于实践的指导作用 ( ) 3.卡文迪许是测量地球质量的第一人 ( ) 4.第谷全身心投入行星位置的测量中，并提出 行星的运行轨道为椭圆 ( ) 对天体运 行理论建 立有基础 的认知； 让学生带 着任务阅 读教材， 引导学生 关 注 教 材，养成 良好的阅 读教材的 习惯。 高 一 A、 B 层 学 生 5 分 钟 0.9 5 发展 性作 业 作业一：牛顿于 1687 年在《自然哲学的数学 原理》上发表了万有引力定律。但一个新理论 的提出，往往需要经过科学家们不断地科学实 践检验，最后才能得到普遍认同。查阅相关资 料，总结万有引力定律发表后经历了哪些重大 考验，并谈谈你的看法。 通过查阅 资料，让 学生了解 科学家们 科 学 推 理、科学 论证的过 程，培养 学生的质 疑创新能 力。 高 一 A、 B 层 学 生 10 分 钟 0.8 5 课中 基础 性作 业 作业一： 了解重力与万有引力的关系 根据下面地球模型图，完成以下问题： 1.同一物体在地球的不同位置，自转所需向心 力大小是否相同，若不同在什么位置最大？ （主要对应 目标：B2W001） 2.分别画出地球表面上的物体在两极和赤道 上的受力情况。（主要对应目标：B2W003） 3. 比较一个 60kg 的人在赤道上受到的重力与 万有引力大小。（主要对应目标：B2W004） 通过模型 建构使学 生了解重 力与万有 引力的关 系，培养 学生抓住 主要因素 忽略次要 因素的科 高 一 A、 B 层 学 生 8 分 钟 0.7 5 11 / 38 学科网（北京）股份有限公司 学探究方 法。 作业二：计算天体质量 基于以上分析，已知地球表面重力加速度 g 和 地球半径 R。设地球表面任一物体的质量为 m， 若不考虑地球自转，则： 1.地球表面附近重力 万有引力（大于/等 于/小于），表示为 。（主要对 应 目标：B2W004） 2.根据上述表达可以估算出地球的质量为 。（主要对应 目标：B2W005） 3.试估算地球密度。（主要对应目标：B2W005） 能够掌握 计算天体 质量、密 度、表面 重力加速 度等物理 量，使学 生形成运 动与相互 作用观， 培养学生 模型建构 以及科学 推理的能 力。 高 一 A、 B 层 学 生 6 分 钟 0.7 5 作业三：2023 年 5 月 30 日，神舟十六号载 人飞船在酒泉发射升空，与天宫空间站对接成 功。如图 1 所示，天宫空间站在轨道高度大约 为 400km 的轨道上绕地球做匀速圆周运动，每 92min 转一圈。已知地球半径 R=6400km 和引 力常量 G ，将其抽象性成模型，如图 2 所示， 则： 能将一些 熟悉的天 体运动抽 象成匀速 圆周运动 的物理模 型，使学 生形成运 动与相互 观，培养 学生的模 型构建能 高 一 A、 B 层 学 生 10 分 钟 0.7 0 12 / 38 学科网（北京）股份有限公司 图 1 图 2 1.在图 2 中画出空间站绕地球做匀速圆周运动 的轨迹，并指明空间站所受万有引力。 2.写出空间站做圆周运动向心力的来源。 3.估算地球质量。 4.估算空间站所处位置的重力加速度大小。 （主要对应 目标：B2W003、B2W004） 力。 发展 性作 业 作业一：彗星是围绕太阳运行的一种天体， 其中最容易观测的当属哈雷彗星。天文科学家 哈雷成功预言哈雷卫星的回归。请阅读以下材 料，你能否也可以像科学家一样预测下一次观 测到哈雷彗星的时间，并说出你的观察和分析 依据。（主要对应 目标：B2W009） 让学生经 历科学家 对哈雷彗 星回归的 预 测 过 程，感受 到科学定 律的预测 作用，体 会科学论 证、科学 推理的科 学思维方 法。 高 一 A、 B 层 学 生 6 分 钟 0.7 5 13 / 38 学科网（北京）股份有限公司 【材料】哈雷彗星是人类首颗有记录的周期彗 星，最迟在公元前 240 年，或公元前 466 年， 在中国、古巴比伦、和中世纪的欧洲都有这颗 彗星出现的清楚纪录，但是当时并不知道这是 同一颗彗星的再出现。据朱文鑫考证: 自秦始 皇七年(公元前240 年)至清宣统二年(1910 年) 共有 29 次记录。 以下是部分观测记录： 观测时间 公元 1145 年 公元 1607 年 公元 1222 年 公元 1682 年 公元 1301 年 公元 1759 年 公元 1378 年 公元 1835 年 公元 1456 年 公元 1910 年 公元 1531 年 公元 1986 年 哈雷彗星和地球的一些参数： 行星 哈雷彗星 地球 远日点 35.1 AU 1.02 AU 近日点 0.586 AU 0.98 AU 半长轴 17.8 AU 1 AU 质量 1×1015 kg 5.965×10²⁴ kg 课后 基础 性作 业 作业一：已知火星半径约为地球半径的53%， 质量约为地球的 11%，则火星表面的重力加速 度约为地球表面重力加速度的多少倍？猜想 并描述航天员在火星表面的行动会是怎样的 情形。（主要对应 目标：B2W004） 通过类比 计算出火 星表面重 力 加 速 度，让学 生认识到 星球表面 重力加速 度的不同 会影响航 天员的行 动。 高 一 A、 B 层 学 生 6 分 钟 0.7 0 14 / 38 学科网（北京）股份有限公司 作业二：“嫦娥四号 ”卫星，是嫦娥绕月探 月工程计划中嫦娥系列的第四颗人造绕月探 月卫星。已知“嫦娥四号 ”绕月飞行轨道近似 圆形，距月球表面高度为 H，飞行周期为 T， 月球半径为 R，已知引力常量为 G。（主要对应 目标：B2W004） 1.请推测出月球质量。 2.请推测出月球密度。 3.“嫦娥四号 ”在轨运行的线速度。 能用万有 引力定律 求解一些 天体运动 问题 。使 学生认识 到测定物 理常量在 科学研究 中的重要 性，形成 具有与万 有引力定 律相关的 运动与相 互作用的 观念。 高 一 A、 B 层 学 生 8 分 钟 0.7 0 作业三：查阅资料说明为什么海王星被称为 “笔尖下发现的行星 ”，他的发现体现了科学 家身上的哪些素养？（主要对应目标：B2W012） 让学生知 道科学家 是怎样对 一些错误 认识提出 有依据的 质疑，知 道科学包 含大胆的 质疑和创 新 。培养 学生质疑 创新的科 学思维与 态度。 高 一 A、 B 层 学 生 10 分 钟 0.7 15 / 38 学科网（北京）股份有限公司 发展 性作 业 作业一：已知地球半径 R 约为 6400km。请同 学们利用身边的实验器材设计实验“称 ”出 地球质量、计算出地球的密度。分小组就此问 题展开研究，并完成以下任务： 1.将实验过程拍摄成短片。 2.撰写实验报告，内容包括：实验原理、方法； 实验仪器、实验步骤；数据采集、数据分析； 实验结果。 3.查阅资料，对比实验结果。 （主要对应 目标：B2W010） 通过查阅 资料和小 组合作， 让学生经 历科学实 践，培养 学生合作 探 究 精 神，培养 学生模型 构建、科 学推理、 科学探究 的科学思 维。 高 一 A、 B 层 学 生 2 周 内 0.6 作业二：2020 年 7 月，“天问一号 ”在文昌 航天发射场发射升空，在火星上首次留下中国 印迹。在进入火星大气层后经历了“ 生死 9 分 钟 ”，首先借助火星大气进行气动减速，紧接 着“ 天问一号 ”打开降落伞由大气减速进入 动力减速阶段。在距离火星表面 100 米时，“天 问一号 ”进入悬停阶段，观看下面视频，请推 导出“ 天问一号 ”在此阶段其发动机提供的 推力大小。为此还需要查阅哪些资料呢？（主 要对应 目标：B2W005） 通过解决 航空航天 中的实际 问题，培 养学生科 学推理的 科 学 思 维，培养 学生科学 态度和社 会责任。 高 一 B 层 学 生 2 周 内 0.6 5 16 / 38 学科网（北京）股份有限公司 第 4 课时（任务四：如何发射人造卫星？） 使用时 段 作 业 内 容 作业设计 设计 意图 使 用 者 预 计 时 长 预估 难度 系数 课前 基 础 性 作 业 作业一：如图所示，卫星绕地球做匀速圆周运动 的线速度为 v ，卫星需要的向心力由地球对卫星的 万有引力提供，请你写出公 式 。（主要对应 目标：B2W002） 梳理 知 识， 掌握 天体 做圆 周运 动的 条 件， 为宇 宙第 一速 度的 讲解 做铺 垫。 高 一 A、 B 层 学 生 1 分 钟 0.90 发 展 性 作 业 作业一：请你查阅资料，了解地球同步卫星的运 行特点，并简述为什么同步卫星轨道平面要与赤道 平面重合。（主要对应目标：B2W003） 获取 有效 资 料， 初步 了解 地球 同步 卫星 的运 行特 点与 轨道 平面 特 点。 高 一 A 、B 层 学 生 1 0 分 钟 0.80 17 / 38 学科网（北京）股份有限公司 课中 基 础 性 作 业 作业一：认识并计算第一宇宙速度 如图所示，牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中 推论，加快速度，可以使平抛出去的炮弹绕地球飞 行。忽略太阳的作用力，已知地球质量约为 6×10²⁴kg ，地球半径约为 6400km ，万有引力常量 取 G=6.67×10-11N·m²/kg² , 请你试着计算近地卫星 绕地球表面做圆周运动时的速度大小（小数点后保 留一位有效数字）。（主要对应目标：B2W003） 通过 回顾 牛顿 推论 的物 理学 史， 增强 学生 对物 理的 热 爱。 通过 计算 第一 宇宙 速 度， 提升 学生 的数 学运 算能 力。 高 一 A 、B 层 学 生 4 分 钟 0.65 作业二：认识地球同步卫星的运动特点 通过课前查阅资料，我们知道同步轨道周期与地球 的自转周期相同，已知地球质量为 M，半径为 R， 自转周期为 T，引力常量为 G 。由此计算地球同 步卫星离地面的高度h。 1.提 升学 生的 数学 运算 能 力。 2.能 够迁 移应 用， 高 一 A 、B 层 学 生 5 分 钟 0.70 18 / 38 学科网（北京）股份有限公司 2.请你比较卫星在近地轨道和同步轨道运行的线 速度大小。（主要对应目标：B2W004） 建立 模型 进行 分 析。 作业三： 把卫星发射到同步轨道的方式一：直 线发射 请同学们阅读教材 68 页“课外阅读 ”，思考并讨论： （1）同步轨道对直线发射的发射位置、发射速度 是否有要求？（2）阅读材料分析直线发射方式的 优劣。（主要对应 目标：B2W004） 建立 能量 守恒 观 念， 形成 节约 能源 的意 识， 提升 科学 态度 与价 值 观。 高 一 A 、B 层 学 生 2 分 钟 0.80 作业四： 把卫星发射到同步轨道的方式二：变 轨发射 请同学们继续阅读教材 68 页“课外阅读 ”，思考并 讨论：（1）采用变轨发射方式将卫星发射到同步轨 道，卫星的轨道变化。（2）卫星在近地点和远地点 应该点火加速还是点火减速？（3）相较于直线发 射，变轨发射有什么优点。（主要对应目标：B2W006） 通过 对发 射方 式的 探 究， 提升 学生 的科 学思 维。 高 一 A 、B 层 学 生 5 分 钟 0.65 19 / 38 学科网（北京）股份有限公司 发 展 性 作 业 作业一： 卫星降轨着陆 卫星在着陆的过程中，应该如何由高轨道进入低轨 道呢？参考卫星的升轨过程，请小组分组讨论并合 作做出降轨的轨迹简图，描述需要进行的操作（点 火加速/点火减速）。（主要对应目标：B2W009） 通过 对升 轨问 题的 研 究， 让学 生自 主进 行降 轨研 究， 培养 学生 的迁 移能 力、 应用 知识 解决 实际 问题 的能 力。 高 一 A 、B 层 学 生 3 分 钟 0.70 作业二：了解第二宇宙速度、第三宇宙速度 阅读教材 67 页，请同学们思考并讨论： （1）如果发射卫星的初速度比第一宇宙速度大， 卫星还能做匀速圆周运动吗？如果不是，做的是什 么运动？ （2）如果发射卫星的初速度大于 7.9 km/s 而小 于 11.2 km/s，卫星绕地球运行的轨道将是什么形 状的？ （3）发射卫星的初速度大于 11.2 km/s，将会发 了解 第二 宇宙 速 度、 第三 宇宙 速 度， 加深 对天 体运 动的 认 识。 高 一 A 、B 层 学 生 4 分 钟 0.70 20 / 38 学科网（北京）股份有限公司 生什么现象。 （4）发射卫星的初速度大于 16.7 km/s，将会发 生什么现象。（主要对应目标：B2W004） 课后 基 础 性 作 业 作业一：1.查阅资料，（1）了解我国航天事业在 人造卫星、载人航天、深空探测等方面取得的辉煌 成就。（2）了解“ 中国航天之父 ”钱学森的学习经 历以及对我国航天事业做出的贡献。（主要对应目 标：B2W0012） 2.已知某个星球的半径是地球半径的95%，质量为 地球质量的82%，求该星球的“第一宇宙速度 ”， 设地球上第一宇宙速度为 v ，计算结果用v 表示。 （主要对应 目标：B2W004） 1.培 养学 生的 科学 态度 和培 养民 族自 豪 感。 2.培 养学 生的 物理 思维 以及 解决 简单 物理 问题 的能 力。 高 一 A 、B 层 学 生 6 分 钟 0.80 发 展 性 作 业 作业一：1.为了研究如图所示的木星“大红斑 ”， 要发射一颗能绕木星同步运行的卫星进行观测。已 知木星的自转周期约为 9.8h，质量约为地球质量的 320 倍，半径约为地球半径的 11 倍，又已知地球 同步卫星的轨道半径约为地球半径的 6.65 倍，求： （1）木星同步卫星的轨道半径约为木星半径的多 少倍；（2）木星同步卫星与地球同步卫星的环绕速 度之比约为多少。（小数点后均保留一位有效数字） （主要对应 目标：B2W004） 2.人类的探索从未止步，请你试着设计木星探测器 1.培 养学 生建 立模 型， 综合 解决 物理 问题 的能 力和 数学 运算 能 力。 2.体 会设 高 一 A 、B 层 学 生 7 分 钟 0.65 21 / 38 学科网（北京）股份有限公司 从地球到木星的轨道示意图，并解释说明在不同轨 道变化时应该进行点火加速还是点火减速操作。 （主要对应 目标：B2W0011） 计方 案的 不 易， 锻炼 科学 思 维。 22 / 38 学科网（北京）股份有限公司 第 5 课时（任务五：我国实现“飞天梦 ”的实例分析） 使用 时段 作业 内容 作业设计 设计意 图 使 用 者 预 计 时 长 预估 难度 系数 课前 基础 性作 业 作业一： 单元知识回顾，将知识框架图补充 完整。（主要对应 目标：B2W002） 梳 理 知 识，建构 完 整 知 识框架。 为 解 释 实 际 现 象、解决 真 实 问 题 作 铺 垫。 高 一 A、 B 层 学 生 3 分 钟 0.90 作业二：70-71 页了解我国航天事业大事件， 写下你对中 国航天发展的感悟： 。 你认为成功发射航天器能绕地球做匀速圆周运 动所需的条件是： 。 （主要对应 目标：B2W004、B2W012） 让 学 生 带 着 任 务 阅 读 教材，了 解 我 国 航 天 大 事件，激 发 学 习 高 一 A、 B 层 学 5 分 钟 0.85 23 / 38 学科网（北京）股份有限公司 兴 趣 和 自豪感。 生 发展 性作 业 作业一：查阅资料了解万户（陶成道）为实现 “飞天梦”做的思考和行动。 1. 你认为万户“ 飞天梦” 失败的原因是什么？ （主要对应 目标：B2W002） 2. 总结“万户飞天”的事迹在人类航天史上的 意义，人们是如何高度评价这一事件的？ （主要对应 目标：B2W012） 1. 体 会 先 驱 者 实 现 “ 飞 天 梦 ” 勤 动脑、敢 动 手 解 决 问 题 的精神。 2. 知 道 “ 万 户 飞 天 ” 对 人 类 航 天 的 意义。 高 一 A、 B 层 学 生 8 分 钟 0.90 课中 基础 性作 业 作业一：轨迹简图，观看神州十六号发射片段， 总结出长征 2 号 F 遥十六运载火箭从发射到神 州十六号飞船与空间站对接过程大致经历的几 个阶段，请各小组合作画出飞船经历的大致轨 迹图，讨论飞船各阶段（关键阶段）的运动情 况，并作发言阐述。（主要对应目标：B2W003） 通过对 真实情 景的观 察，在小 组合作 的前提 下初步 建构出 物理模 型。 高 一 A、 B 层 学 生 5 分 钟 0.85 作业二：轨迹图第一阶段火箭 升空，长征二号 F 遥十六运载 火箭飞行阶段。二级箭发动机 关机前，航天员景海鹏、朱杨 柱、桂海潮最大过载达到 4.5 个 g（航天员承受 4.5 倍自身重力， 可简化理解为航天器对航天员 的作用力为航天员 4.5 倍重力， 1. 能从真 实情境 中获取 有用的 物理信 息并基 于这些 高 一 A、 B 层 学 生 5 分 钟 24 / 38 学科网（北京）股份有限公司 g 为重力加速度，将此时火箭视为竖直上升状 态）。请大家分析： 1.此时航天员航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮处 于超重还是失重状态？（主要对应目标： B2W002） 2.火箭此时的加速度 a 的大小（用 g 表示）？ （主要对应 目标：B2W002） 信息和 所学知 识对物 体进行 正确的 动力学 分析，形 成物理 观念。 2. 能结合 万有引 力公式 和牛顿 第二定 律解释 真实问 题。 0.80 作业三：轨迹图第二阶段圆周运动，在轨迹图 第二阶段中：神州十六号发射约580 秒后二级 火箭关机随后实现箭船分离，神州十六号飞船 顺利进入离地h1=200km 的预定部署轨道做匀 速圆周运动，等待下一步行动。已知地球半径 为 R=6400km ，地球质量为 M，引力常量为 G。 讨论： 1.船箭分离后，神州十六号舱内一物体呈现“漂 浮状态”，请结合所学知识书写出公式后给出合 理解释。（主要对应 目标：B2W001） 2.此时神州十六号的速度大小（用题中所给字母 表示）。（主要对应 目标：B2W002） 1.通过情 景中描 述的模 型结合 动力学 公式分 析做出 合理的 解释 2.从动力 学分析 得出运 动规律， 形成严 密的科 学思维。 高 一 A、 B 层 学 生 8 分 钟 0.80 25 / 38 学科网（北京）股份有限公司 作业四：轨迹图第三阶段飞船变轨， 历时约 6.5 小时，神州十六号 经过多次变轨于北京 时间 2023 年 5 月 30 日 16 时 29 分，成功 对接于空间站天和核 心舱径向端 口。结合 飞船轨迹图轨道图进 行简化，神州十六号 在离地h1=200km 的预定轨道圆轨道）上的 P 点开始变轨至 Q 点进入空间站所在交会对接轨 道（圆轨道）， 交汇对接后轨道离地高度h2=400km。地球半径 R=6400km ，引力常量为 G。 求： 1.神州十六号从预定轨道的 P 点进入椭圆轨道 需要点火加速还是减速？请结合公式说明（用 题目所给字母表示）（主要对应目标：B2W004） 2.神州十六号与空间站对接成功后飞行速度大 小和在预定轨道上比较有什么变化？请用公式 说明（用题目所给字母表示）（主要对应目标： B2W002） 1.通过对 近心、离 心运动 中万有 引力与 向心力 力的供 需关系 理解变 轨的本 质。 2. 从 万 有 引 力 提 供 匀 速 圆 周 运 动 向 心 力 的 本 质 得 出 速 度 随 高 度 的 变 化 规律。 高 一 A、 B 层 学 生 5 分 钟 0.80 发展 性作 业 作业一：现象解释，观察神州十六号发射视频 中，分析航天员在火箭加速升空时为什么是“卧 姿”状态而不是站立状态？ （主要对应 目标：B2W004、B2W012） 通 过 对 真 是 情 景 问 题 的探索， 用 所 学 知 识 进 行 合 理 解 释 的 过 程 形 成 科 学 思维、培 养 社 会 责任感。 高 一 A、 B 层 学 生 3 分 钟 0.85 26 / 38 学科网（北京）股份有限公司 作业二：返回轨道设计，神州十六号航天员景 海鹏、朱杨柱、桂海潮进入空间站与神州十五 号空间站的三名宇航员费俊龙、邓清明、张陆 胜利会师交接后，费俊龙、邓清明、张陆于 2023 年 6 月 4 日返回地球，请你根据所学知识设计 神 州十 五 号 返 回 轨 道？ （主要对应 目标： B2W003、B2W004、 B2W012） 通 过 大 胆假设， 合 理 推 理，最终 构 建 物 理模型， 形 成 科 学思维， 增 强 社 会 责 任 感。 高 一 B 层 学 生 5 分 钟 0.80 课后 基础 性作 业 作业一：神州十六号的发 射展示了中国在航天技术 领域的实力和进步引发了 国人“仰望星空 追逐梦想” 的航天热。请查阅资料了解 中国航天从“ 万户飞天” 到 航天强国的蜕变过程，体验 中国航天人从“0”到“1”的付 出的努力，并说出你的感 想。 （主要对应 目标： B2W012） 通过让 学体会 “飞天 梦”实现 的艰难 和一代 代航天 人为“飞 天梦”艰 苦奋斗 的精神， 培养学 生科学 态度的 同时植 入民族 自豪感 和社会 责任感。 高 一 A、 B 层 学 生 8 分 钟 0.85 27 / 38 学科网（北京）股份有限公司 发展 性作 业 作业一：预计 2030 年前中国将实现首次登陆 月球，开展月球科学考察及相关技术试验届时 将完成“登、巡、采、研、回”等多重任务，形 成独立自主的载人月球探测能力。 1.你认为成功登陆月球对人类进一步走入太空 的意义是什么。（主要对应目标： B2W012） 2.请你来当登月工程师利用所学知识对“登、巡、 回” 三个关键过程进行飞行轨道设计。书写出合 理公式并对航天器各个飞行阶段的动做出合理 阐述。（主要对应 目标：B2W003、B2W004、 B2W012） 1. 在 对 “ 成 功 登 录 月 球 的 意 义 ”猜想 中 树 立 民 族 自 豪 感 和 社 会 责 任感。 2.通过 在已学 知识的 基础上 大胆提 出自己 想法，合 理论证 以解决 实际问 题。培养 科学思 维和社 会责任 感。 高 一 B 层 学 生 10 分 钟 0.70 28 / 38 学科网（北京）股份有限公司 单元复习作业 使 用 时 段 作业 内容 作业设计 设计意 图 使 用 者 预计 时长 预估 难度 系数 单 元 结 束后 基础 性作 业： 1.请你分析归纳应用万有引力的例子所采用 的一般思路？（主要对应目标： B2W001） 2.天文学家发现了某恒星附近有一颗行星在 圆形轨道上绕其运动，并测出了行星的运行 轨道半径和周期． 由此可推算出 ( ) （主要对应 目标： B2W002） A .行星的质量 B .行星的半径 C .恒星的质量 D .恒星的半径 3.如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨 道示意图， 已知 a 、b 、c 三颗卫星均做圆周 运动，a 是地球同步卫星，a和b 的轨道半径 相同，且均为c的k 倍， 已知地球自转周期 为 T。则( ) （主要对应 目标： B2W003、 B2W004、B2W005） A．卫星b 的周期不为 T B．卫星 c 的向心加速度是卫星 a 的向心 加速度的 C．卫星 c 的周期为 k3 T D．a 、b 、c 三颗卫星的运行速度大小关 系为 va ＝vb ＝ kvc 4. 这是天宫一号神州八号对接轨道示意图， 请你思考，使二者处于同一轨道，让后者加 速进行对接，这种操作方式是否可行？如果 不可行，请你自行设计方案并查阅资料改进 方案。（主要对应 目标： B2W006） 认识天 体运动 规律的 发现过 程，知 道万有 引力定 律，认 识到发 现万有 引力定 律的重 要意 义，认 识科学 定律对 人类探 索未知 世界的 作用， 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。 高 一 A、B 层 学 生 1-3 题 12 分 钟；4 题 2 天内 0.70 29 / 38 学科网（北京）股份有限公司 发展 性作 业： 1．科学家发现太阳绕银河系中心O处的“黑 洞 ”做圆周运动（可视为做匀速圆周运动）， 转一圈大概需要 2.2 亿年，这个时间被称为 银河年，而地球绕太阳转动一圈（可视为做 匀速圆周运动）仅需要 1 年。另一恒星 S 也 绕 O 处做匀速圆周运动，周期约为 16 年，已 知 O 处离太阳的距离约为 2.6 万光年，太阳 到地球的距离为1.6 × 10-6 光年，引力常量为 G， 根据题给信息可以推断出（ ）（主要对应 目标：B2W004） A．恒星 S 的线速度小于太阳的 B．“黑洞 ”与地球间的质量关系 C．恒星 S 与太阳间的质量关系 D． 恒星 S 和太阳的向心加速度之比 2．在电影《流浪地球2》中地球最后成为“ 比 邻星 ”的一颗行星。在地球飞向“ 比邻星 ” 的过程中，科学家分别测出距“ 比邻星 ”表 面高为 2h、h时的引力加速度大小为a 和 a 。 若认为“ 比邻星 ”是密度均匀的球体，引力 常量G 已知，由此可求出“ 比邻星 ”的密度 为（ ）（主要对应 目标：B2W004） A． B． C． D. 3．一宇航员到达某星球表面后，为测定该星 球的平均密度，做了如下实验：取一小球， 使其从距星球表面高h（远小于 R）处自由落 下，用计时器得出下落时间为 t ，已知引力常 掌握解 决天体 运动、 人造地 球卫星 等实际 问题的 方法， 进一步 加深力 与运动 关系的 题解， 提高分 析和解 决实际 问题的 能力。 思考科 学跟生 活、社 会的联 系，体 会物理 学就在 我们身 边， 了解我 国宇宙 航行的 历程和 进展， 感受人 类对客 观世界 不断探 究的精 1-3 题 高 一 A、B 层 学 生 4 题 B 层 学 生 1-3 题 15 分 钟；4 题一 周内 0.55 30 / 38 学科网（北京）股份有限公司 量为 G ，星球半径为 R 。（计算结果均用题中 所给物理量符号表示）（主要对应目标： B2W002） （1）根据测得数据可粗略推导该星球表面的 重力加速度g, ？ （2）求出该星球的平均密度P？ （3）若该星球表面存在稀薄的大气，则星球 平均密度的测量值与真实值的关系？ 4． 从互联网和图书、期刊中，收集关于我国 航天事业发展成就和前景的资料。 向同学们 做一个介绍我国实现“ 飞天梦 ”的小论文汇 报或综合报告 。（主要对应 目标：B2W011、 B2W012） 神和情 感。 31 / 38 学科网（北京）股份有限公司 答案： 第一课时答案： l 课前 略 l 课中 基础性作业 作业一 1. 略 2.观察、分析、推理、论证、归纳等方法。 作业二 1. （1）椭圆形状接近圆形（2）形状变为圆形 2. 近日点的速度大于远日点 3. k 可能与中心天体有关 发展性作业 作业一 半长轴和半短轴几乎相等，可以将八大行星运行的轨道近似看作为圆形 作业二 八大行星运行的轨道为圆形，太阳处在圆心位置；八大行星在轨道运行的速 度大小处处相等；八大行星运行轨道半径和周期的关系为定值。 l 课后 32 / 38 学科网（北京）股份有限公司 基础性作业 作业一 作业二 作业三 发展性作业 作业一 作业二 略 27：1 略 2062 年 略 第二课时答案： l 课前： 基础性作业 作业一： 开普勒第一定律 ：所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所 有椭圆的一个焦点上 开普勒第二定律 ：从太阳到行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。 开普勒第三定律：行星轨道半长轴的三次方与公转 周期的二次方的比是一 个常量 发展性作业 作业一： 行星和太阳之间的引力 l 课中： 基础性作业 作业一： 1. 苹果受到地球的吸引力 2. 行星受到中心天体给他的作用力 3. 月球受到地球给他的作用力 4. 地球吸引苹果和吸引月球的力是同种力 作业二： 1. 将行星简化成质点，并将行星的运动简化为匀速圆周运动 2. 3. 由于 可得 由开普勒第三定律 可知 则 行星对太阳的作用力可以类比太阳对行星的作用力 根据牛顿第三定律知 所以 发展性作业： 作业一： 33 / 38 学科网（北京）股份有限公司 作业二：放大法 l 课后： 基础性作业： 作业一：D 作业二：周期约为 92 mins；速度约为 7.7km/s 发展性作业： 作业一：http://ggg.hust.edu.cn/info/1293/5796.htm 作业二：略 第三课时答案 l 课前 基础性作业 作业一 √ ; √ ; √ ; × 发展性作业 作业一 略 l 课中 基础性作业 作业一 1. 同一物体在地球的不同位置，自转所需向心力大小不相同，并且在 赤道处最大。 2. 略 3. G = 584.2 N F 引 = 586.2 N 作业二 34 / 38 学科网（北京）股份有限公司 1. 等于 G = mg ;2. M = ;3. P = 作业三 1. 略 2. 地球对空间站的万有引力提供向心力 3. 6.1×1024 kg 4. 8.8 m/s2 发展性作业 作业一 约为 2062 年 l 课后 基础性作业 作业一 0.39g 在火星上行走会感觉压力小，走路轻飘飘。 作业二 1. 2. 3. 作业三 略 发展性作业 作业一 略 作业二 约为 917.28 N 第四课时答案 l 课前 基础性作业 作业一 发展性作业 作业一 略 l 课中 基础性作业 35 / 38 学科网（北京）股份有限公司 作业一 7.9km/s 作业二 1. 2.卫星在近地轨道的线速度大于同步轨道；将卫星从地球上发射到同步轨道 所需能量大于近地轨道。 作业三 略 作业四 近地点：点火加速；远地点：点火加速；略 发展性作业 作业一 略 作业二 1. 不能；2.离心运动；3.椭圆；4.脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行。 5.脱离太阳的束缚而飞离太阳系。 l 课后 基础性作业 作业一 1. 略 2. 7.3km/s 发展性作业 作业一 1.（1）2.3（2）9.2 2. 略 第五课时答案： l 课前 基础性作业 作业一 天体运动分析基本方法 mg m mr① 2 mr()2 三大宇宙速度 7.9 能环绕地球运行所需的最小速度 11.2 使人造卫星脱离地球的引力束缚，不再绕地球运行， 从地球表面 发射所需的最小速度 16.7 要使物体脱离太阳的束缚而飞离太阳系， 从地球表面发射所需的 最小速度 飞船（或人造卫星）变轨 离心 < 加速 近心 > 减速 36 / 38 学科网（北京）股份有限公司 作业二 略 发射速度大于第一宇宙速度 发展性作业 作业一 略 l 课中 基础性作业 作业一 第一阶段加速升空 第二阶段停泊轨道做匀速圆周运动 第三阶段变轨（点火加速）对接 第四阶段在空间站轨道上做匀速圆周运动 作业二 超重 3.5g 作业三 = mg · 完全失重状态 作业四 G < m 加速 h 越大 v 越小 v 变小 发展性作业 作业一 人体加速升空中，由于惯性血液仍保持相对人体向下运动，血液流向腿 部，大脑缺血，正常视觉功能受到影响，而“黑晕 ”。这种现象会对航天员 心脏造成影响。 37 / 38 学科网（北京）股份有限公司 作业二 发射的逆过程（简化模型） l 课后 基础性作业 作业一 略 发展性作业 作业一 略 （简化轨道为参照无人登月轨道图，轨道图解释合理即可） 发射段 地球 月球 减速制动点 单元复习作业答案： l 基础性作业： 1.略；2.C；3.C；4.略 l 发展性作业： 1. D；2.B；3.（1） （2） （3）小于；4.略 38 / 38 学科网（北京）股份有限公司 $$