7.4 宇宙航行 教学设计 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“宇宙航行”核心知识，围绕第一宇宙速度推导及卫星运行规律，通过神州十二号视频导入，结合牛顿理想实验动画创设情境，以万有引力提供向心力为线索衔接知识脉络。 以核心素养为统领，科学思维上构建天体运动模型推导速度公式，科学探究中设计分组活动探究地球、火星及普适性第一宇宙速度，科学态度与责任方面融入中国航天成就（如“祝融号”“中国空间站”）。采用讲授、演示法配合视频动画及地球仪，突破重难点，助力学生深化理解，提升教师教学实效。

宇宙航行 教 学 设 计 时间： 班级： 授课人： 课题 宇宙航行 课型 新课 学习 目标 1.通过阅读课本资料了解牛顿对人造卫星的猜想、外推的思路和思想，能 写出第一宇宙速度的推导过程。 2.通过第一宇宙速度的推导总结，能说出人造地球卫星的原理及运行规 律。 3.通过阅读教材第三部分，能够介绍世界和我国航天事业的发展历史，感 知人类探索宇宙的梦想，激发爱国热情，增强民族自信心和自豪感。 核心 素养 物理观念：知道第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度及其意义；   科学思维：体会在处理实际问题时，如何抓住主要因素，忽略次要因素，构建物理模型。   科学探究：通过用万有引力定律和牛顿第二定律相结合推导第一宇宙速度，并能总结求任一天  体的第一宇宙速度的方法，培养运用知识解决问题的能力。   科学态度与责任：了解宇宙航行的历程和进展，特别是我国近年来的航天事业取得的辉煌成就，  增强学生民族自信心和自豪感，激发他们的求知欲。 教学 重难点 教学重点：第一宇宙速度的推导，并能够通过推导学习，掌握研究天体运动的基本思路与方法。 教学难点：第一宇宙速度的物理意义、发射速度与环绕速度的区别与联系，以及同步卫星的特点。 教学 方法 讲授法、演示法 教学 准备 PPT、地球仪 教学 过程 初备课 个性化设计 1.新课导入 导语:探究宇宙的奥秘、奔向遥远的太空自古以来都是人类的梦想。下面我们跟随神州十二号载人飞船来一场太空旅行吧。播放视频。 导语: 同学们，为什么他们能够乘坐火箭到达太空而不会像丢出去的石子一样掉落回地面呢?今天我们共同学习本章第四节宇宙航行。 一、宇宙速度 (1)、问题情境 (牛顿的理想实验) :在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想:(在忽略空气阻力的情况下) 把物体从高山上水平抛出，若速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远: 当抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星，出示动画:抛出速度足够大时，物体就不会落回地面 问题1: a.如果小球恰好不落地，小球将做什么运动? b.是什么力提供它做圆周运动的向心力? C.在上述的受力分析中，你做了何种简化? (2)、构建模型 忽略太阳及其他天体的引力。物体所受地球的万有引力提供匀速圆周运动所需的向心力。 分组探究一: 若地球的质量为 m地，物体的质量为 m,它到地心的距离为r，万有引力常量为 G，求物体绕地球做匀速圆周运动的速度 v的表达式? 分组探究二: 已知近地卫星在 100-200km的高度飞行，远小于地球半经 (6400km)，可以近似用地球半径 R代替卫星到地心的距离r, m地=5.98X1024kg，引力常量G=6.67X10-11N.m2/Kg2,求卫星绕地球做匀速圆周运动速度v的大小? 1、第一宇宙速度:物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度。 (r≈R) 分析: (1) 结合牛顿的猜想可知，如果水平抛出的速度小于第一宇宙速度，物体将落回地面。所以，第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度。 (2)由表达式得，轨道半径r越小其环绕速度越大。r的最小值为地球的半径。所以，第一宇宙速度是人造卫星的最大环 绕速度。分组探究三:思考:如果知道重力加速度 g和地球的半径 R,你能求出地球的第一宇宙速度吗? 教师引导:这是在地球上，如果火星上呢? 分组探究四: 2021年5月15日，在经历了296天的太空之旅后，“天问一号”火星探测器所携带的“祝融号”火星车成功降落在火星表面上。已知火星半径是R火，火星的质量为 m火，飞行器的 质量为 m,那么飞行器要想绕火星表面附近做匀速圆周运动，所需速度怎样计算?思考:如果在任一天体上呢?如何求它的第一宇宙速度? 设疑:如果在地球表面附近发射速度大于第一宇宙,物体将会怎样运动?即 v>7.9km/s 教师引导学生分析:v增大，万有引力不足以充当向心力。 2.第二宇宙速度 (v=11.2km/s) 地面附近飞行器的速度等于或大于1.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。 3.第三宇宙速度 (v=16.7km/s) 当物体的速度等于或大于 16.7km/s时物体可以挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以的宇宙空间 结合图片谈谈你对三大宇宙速度得理解.提问:下列物体发射时的速度在哪个范围 牛顿虽然早就预言了人造地球卫星，但因发射需达到很大的速度，所以直到多级火箭的研制成功，才为人造地球卫星的发射创造了条件。 出示图片:介绍世界上第一颗人造地球卫星与中国第一颗人造卫星的发射时间，强调钱学森为我国航天事业作出特殊贡献，被誉为“中国航天之父”教师介绍，截至目前为止人类已经发射了数千颗人造地球卫星，其中通信、气象、导航等卫星已极大的改变了人类的生活。请思考:能不能在某一维度上方发射卫星呢?(除赤道外) 结合北斗导航系统图片，思考卫星轨道特点。 1、地球的同步卫星 相对地面静止，也称静止卫星。引导学生分析同步卫星的特点: (1) 运行周期与地球自转周期相同 (2)角速度与地球自转角速度相同 (3)转动方向与地球的自传方向相同 (4)轨道平面均在赤道平面上 (5)在赤道正上方一定高度处 2、出示图片:苏联航天员加加林 1961年4月12日，苏联航天员加加林进入了东方一号载人飞船。实现了人类进入太空的梦想。出示图片:人类在月球上留下了自己的足迹。1969年7月20日下午10时56分，指挥长阿姆斯特朗踏上月面并说出了那句载入史册的名言:“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大的飞跃”出示图片:神舟五号。2003年10月15日神舟五号中国第一位航天员杨利伟。出示图片:中国空间站，能够保证太空科 研工作的连续性和深入性。介绍中国是世界上唯一独立拥有自已空间站的国家。 2、 播放短片，中国载人航天事业的发展历程。 课后巩固练习题 阅读课本62页航天事业改变人类的生活。 查阅“北斗系统”和“中国空间站”的有关资料，进一步了解我国航天科技的成就。 板书 设计 教学 反思 ( 125 ) 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $$