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

教学 课题 宇宙航行 所用 教材名称：高中物理必修2第七章第四节 教材 出版社：人教版 课时 1课时 授课人 张新新 课型概念课、规律课 《宇宙航行》位于新人教版-普通高中物理教材必修2-第七章“万有引力 与宇宙航行”的第四节，本节课是一节知识应用与拓展课，由万有引力定律引出宇 宙速度的概念，并且介绍了人造地球卫星的发射原理和运行规律，科普了人类载人 救材 分析 航天的发展历史，是学生学习航天科技知识的一个极好素材。通过对本节课的学习， 可以使学生对万有引力定律有更深入的认识，对字宙航行有更系统的了解，可以帮 助学生巩固前面所学的匀速圆周运动、万有引力定律、牛顿第二定律等知识，激发 学生对航天科学的热爱和兴趣。 学生已经学习了平抛运动、匀速圆周运动及万有引力定律，具备了解决宇宙航 行问题的知识基础。通过本章前三节课的学习，学生对万有引力定律在天文学上的 学情 应用有了初步的认识，但对人造地球卫星的发射原理和运行规律还存在疑问，对人 分析 类航天事业的发展也需要进一步的了解。 此外，高一学生的物理思维方式仍未养成，思考和理解问题仍然比较形象具体 容易接受表象的知识，对抽象知识的理解、对易混知识的辨别能力还有所欠缺。 1.知道三个宇宙速度的数值，理解宇宙速度的物理意义，会推 导第一宇宙速度： 物理 2.掌握人造地球卫星的原理及运行规律，了解人造卫星由设想 观念 变为现实的过程 3.会运用“万有引力是人造卫星，它做匀速圆周运动”这一基 本方法处理天体运动问题。 1.通过了解人造卫星由设想变为现实的过程，体会猜想、外推 教学 科学 的科学思想，培养科学思维； 目标 思维 2.通过对卫星发射原理及运行规律的分析探究，培养学生归纳、 分析和推导以及表达能力。 科学 通过对卫星发射原理及运行规律的分析探究，培养运用所学知识 探究 解决实际问题的能力： 科学 1. 通过了解人类探索宇宙的梦想和成就，激发学习物理的热情 态度与 和兴趣： 责任 2.通过对我国航天事业的学习，渗透爱国主义教育。 教学重 1. 理解第一宇宙速度的推导过程： 2 掌握人造卫星的分类及各物理量随距离的变化规律。 难点 采用探究式、讨论式教学为主，同时采用讲解法辅助学生学习：以问题为中 教学方法 心的课堂教学模式，结合多媒体辅助教学丰富课堂教学。 设计 教学过程 救学内容 教师活动 学生活动 设计意图 [问题、图片引入] 新 展示图片，教师讲述：人类一直 梦想能够在天空中遨游，古代就有 课 人尝试用各种方法飞向天空，大家 由人类飞天之梦的历 导 能举例子吗？但均以失败告终，伴 史激发学生的求知欲和 随着科技的发展，现代人类终于实 思考问题，产生 入 现了梦想。那么，卫星如何发射 本节课问题悬念。 民族自豪感，从而引入 课题。 出去并绕地球飞行？ 设置情景 问题驱动 (3分钟) [展示课件图片] 在楼顶上先后以不同水平速度抛出 小球。 提出问题引起学生思 学 考，让学生体会猜想外 过 A 学生观看图片，思推的思维过程 考问题 程 [提出问题] 启发诱导 在楼顶上用不同的水平初速度抛出 合理猜想 一个物体，不计空气阻力，它们的落地 (35分钟) 点相同吗？ [诱发思考] 如果被抛出物体的速度足够大，物体 的运动情形又如何呢？ 精心研究 [课件动画展示] 合理推导 讲解牛顿探索的思路并分析论证 [提出问题] 要有足够大的速度，才能使抛出的 物体成为人造卫星，那么这个速度 多大呢？ [展示课件] 学生通过自己推导过 课件展示研究内容和已知条 程，加深对于万有引 件 思考万有引力公 力定律的理解和记忆 式和圆周运动的 培养旧知的迁移能 [指导学生探究] 公式，动手计算 力、分析和推理能力 请两名学生上黑板推导。教师在学第一宇宙速度的 生中观察指导答疑，并就黑板上学生值。 的推导过程引导全班同学进行评价， 之后课件再现推导过程，帮助全体学 生达标。 知识点一： 物体绕地球做匀速圆周运动，向心 宇宙速度 力由地球对物体的万有引力提供 G Mm=m ,2 GM 7.9km/s [提出问题] 多种方法解决问题 如果不知道地球的质量，但知道地 球表面的重力加速度g, 如何求宇宙 培养学生的发散思 第一速度V? 维能力 mg =m R 计算第一宇宙速度数值v=7.9km/。 给出第一宇宙速度的定义：物体在地 面附近绕地球做匀速圆周运动时的速 培养学生分析问题 度。 的能力 [做练习题] 某人在一星球上以速率v竖直上抛 一物体，经时间t后，物体以速率v落 回手中.已知该星球的半径为R,求 学生思考问题 该星球上的第一宇宙速度？ 并回答问题 2uR 答案 [提出问题] ①将飞行器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在低轨道和高轨道运行的两颗 地球卫星哪一个运行速度大？ [展示课件] 发射速度：被发射物在地面附近离 开发射装置时的速度。 环绕速度：卫星进入轨道后绕地球 做匀速圆周运动的速度。 说明：第一宇宙速度是最小的发射速 度，也是最大的环绕速度。 [提出问题] 如果发射速度大于7.9km/s,卫星会 学生思考并猜 怎样运动？ 测、发言 此过程中，教师引导学生分析猜想 培养学生的发散思维 [展示课件] 课件展示第二宇宙速度和第三宇 宙速度。 第二宇宙速度：当物体的速度大于 或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地 球的吸引，不再绕地球运行。 第三宇宙速度：如果物体的速度大 于或等于16.7km/s,物体就摆脱了太 阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇 宙空间去。 v-16.7km/s b=11.2km/s v=7.9 km/s >7.9km/s [做练习题] [练2]关于地球的宇宙速度，下列表 述正确的是（) 学生思考并完 A.第一字宙速度v=7.9km/s,是人 成 造地球卫星运行时的最小速度 B.第一宇宙速度是发射人造卫星的 最小速度 C.第一宇宙速度跟地球的质量无关 D.人造地球卫星运行时的速度可以 等于第二宇宙速度 [练3]若取地球的第一宇宙速度为8 km/s,某行星质量是地球的6倍，半径 是地球的1.5倍，此行星的第一宇宙速 度约为( A.16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s [概念讲解] 1957年10月4日，世界上第一颗人 造地球卫星发射成功。 1970年4月24日，我国第一颗人造 知识点二： 地球卫星“东方红一号”发射成功。 人造地球 通过对卫星发射原理 卫星 按照轨道特点可将分为极地轨道、 及运行规律的分析探 般轨道、赤道轨道。 究，培养学生运用所学 知识解决实际问题的能 力，以及学生归纳、分 析和推导以及表达能力 立体 东通平面 人造卫星绕地球做匀速圆周运动时， 由地球对它的万有引力提供向心力， 地球对卫星的万有引力指向地心。因 此人造卫星绕地球做匀速圆周运动的 圆心必与地心重合。 [提出问题] 回答问题： 思考：如图所示黄、红、白、蓝、绿五下图人造卫星的轨 条轨道中那些不能作为卫星轨道？ 道不可能的是？ [分析探究] 通过人造卫星绕地球做匀速圆周运 动，它的向心力由地球对卫星的万有引 力来提供这一特点，计算出卫星运行时 的速度v、角速度0、周期T,并由老师 总结规律如下： 通过所学知识推 通过自己推导的过程， Mm GM 导角速度0、周期T加深学生对于万有引力 G 2 =man→an= 2 的计算公式 定律的理解和记忆。通 过对卫星原理及运行规 m GM =m→v= 律的分析探究，培养学 生运用所学知识解决实 Mm GM =m0r→0= 际问题的能力。 Mm 2元r→T= 4r3π GM 1.卫星运动情况（速度v、角速度0、 周期T)是由它的轨道半径r和它所环绕 的天体质量M确定的，与它自身的质量 n无关。 2轨道半径越大，速度、角速度越小， 周期越长。（越近越快，越远越慢） 高轨低速大周期 [做练习题] 【练5】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() 学生思考并完成 A.b、c周期相等，且大于a的周期 B.b、c的向心加速度大小相等，且b 、 c的向心力大小也相等 C.b、c的线速度大小相等，且大于a 的线速度 D.因c的质量最大，所以发射c最不 容易，发射速度必定大于11.2km/s a ob ○ 地球 [概念讲解] 同步卫星的定义：位于地面上方高度 约36000Km,与地球自转具有相同周期 的卫星，叫作地球同步卫星。 其中一种轨道平面与赤道平面成0度 角，运动方向与地球自转方向相同，因 学生理解加记忆 其相对地面静止，也称静止卫星。 地球同步卫星的特点：“7个一定” (1)周期一定：运转周期等于地球自转 的周期，即T=24h (2)高度一定：距地面高度高度约为 3.6×10m (3)角速度一定：等于地球自转角速 (4)线速度大小一定：运行速率为v =3.1km/s (5)向心加速度大小一定：约为 0.23m/s2 (6)（静止卫星)运行方向一定：同步 卫星的运行方向与地球自转方向一 致（自西向东) (7)（静止卫星)轨道平面一定：所有 地球同步卫星的轨道平面均在赤 道平面内。 [做练习题] 【练4】（多选)如图所示，赤道上 随地球自转的物体A、赤道上空的近 地卫星B、地球同步卫星C,它们的 学生思考并完 运动都可视为匀速圆周运动，比较成 三者的运动情况，以下判断正确的 是() A.三者的周期关系为TA<TB<TC B.三者向心加速度大小关系为 aA>aB>aC C.三者角速度的大小关系为wA wC<ωB D.三者线速度的大小关系为 VA<vC<vB 知识点三： [知识拓展] 载人航天1、 1961年4月12日苏联宇航员加加林 与太空探首次进入太空 套 2、1969年7月20日美国宇航员阿姆斯 特朗首次登月 学生倾听讲解、 感受世界航天事 通过了解人类探索宇 3、2003年10月15日我国宇航员杨利 宙的梦想和成就，激 伟首次通过神舟五号飞船遨游太空 业发展历程。 发学生学习物理的热 情和兴趣：通过对我 国航天 事业的介绍，对学生 渗透爱国主义教育。 查漏补缺。通过归纳 课堂小结 引导学生总结收获，师生共同解决存 学生交流讨论自 总结，梳理本节课的 在的问题。 己的收获和困惑。 知识，加深学生的印 象。 作业 课后题、练习册 宇宙航行 主板书： 一、宇宙速度 1.第一宇宙速度（环绕速度)v=7.9m/s 定义：物体在地球附近做匀速圆周运动的速度。 理解：第一宇宙速度是最大的环绕速度，最小的发射速度 2.第二宇宙速度（脱离速度)v=11.2km/s 板书设计 3.第三宇宙速度（逃逸速度） v=16.7km/s 二、人造地球卫星 1.人造卫星的轨道分类：赤道、极地、一般轨道 2.不同轨道人造卫星的线速度、角速度、周期、向心加速度比较： 3.高轨低速大周期 4.同步卫星概念：位于地面上方高度约36000Km,与地球自转具有相同周期的 卫星，叫作地球同步卫星。 5.7个一定： (1)周期一定：运转周期等于地球自转的周期，即T=24h (2)高度一定：距地面高度高度约为3.6×10m (3)角速度一定：等于地球自转角速 (4)线速度大小一定：运行速率为v=3.1km/s (5)向心加速度大小一定：约为0.23m/s2 (6)(静止卫星)运行方向一定：同步卫星的运行方向与地球自转方向一致（自西 向东) (7)(静止卫星)轨道平面一定：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内 三、载人航天与太空探索 副板书：主要展示推导、计算的过程 1.高一学生的物理思维方式仍未养成，思考和理解问题仍然比较形象具体容易 接受表象的知识，在授课时需要注意引导学生思考和总结规律。 教学反思 2课程内容文字量大，容易出现枯燥乏味的现象，可以考虑加入实验或是其他授 课方式，增强学生的思考以及师生之间的互动。