資源簡介

課題 7.4宇宙航行
教材 章節 物理必修二第七章第四節 課型 新授課
授課 時間 授課 地點
教 材 分 析 本節的地位和作用： 本節是高中物理必修二第七章第四節“宇宙航行”,教材不但介紹了三個宇宙速度，還介紹了人造衛星中一些基本理論,更是在其中滲透了很多研究實際物理問題地物理方法。本節課是第七章“萬有引力與宇宙航行”中的重點內容,是學生認識人造衛星和載人航天的理論基礎,是學生學習了解萬有引力定律應用于現代科技知識的實際案例。 教材內容分析： 教材中先由萬有引力定律和牛頓第二定律探討出三個宇宙速度的具體值，接著介紹了人類利用宇宙速度研究人造衛星和載人飛船的艱苦歷程，向學生介紹了萬有引力定律對人類探索太空做出的巨大貢獻。通過對宇宙速度、人造衛星等宇宙航行知識的學習，學生不僅可以對萬有引力定律有更全面、更深入的認識,也對人類進行宇宙航行有一個更為系統的了解,還有助于培養學生利用所學知識分析問題、解決實際問題的能力,同時，也會讓學生熱愛航天科學，積極探索未知世界。
學 情 分 析 興趣特點： 學生在新聞中都聽過宇宙飛船和人造衛星的相關報道，對其中的物理知識有著天然的好奇心和求知欲。 知識與能力基礎： 本節課先探究出三個宇宙速度的值，再介紹人類研發人造衛星和載人飛船的歷程。其中運用到的萬有引力定律和牛頓第二定律的知識學生們已經學過，經過學習7.3“萬有引力理論的成就”，學生也大致了解計算宇宙速度的思路，方便教師開展教學。 認知困難： 對于學生而言，宇宙速度、人造衛星、載人航天和太空探索距離日常生活都非常遙遠。僅憑教師單調的講述很難描繪出神秘誘人的太空世界，這就要求學生在課下查閱相干資料，利用網絡認識人類探究奇妙宇宙的歷程。
教 學 目 標 物理觀念： 1.能夠用萬有引力定律和牛頓第二定律推導第一宇宙速度,了解第二、第三宇宙速度及其意義 2.掌握人造地球衛星地運行規律,掌握推導運行速度、角速度、周期、向心加速度與軌道半徑的思路和方法 科學探究： 1.通過用萬有引力定律推導第一宇宙速度,提高學生運用已學知識分析問題的能力,培養學生的科學探索能力。 2.通過對衛星運動規律的研究,培養學生歸納、分析、推導的能力。 科學思維： 經歷探究人造衛星由設想變為現實的過程,體會猜想、探索、實踐的科學方法,培養學生的科學思維 科學態度與責任： 1.了解人類探索太空的過程,感受科技發展對人類進步的巨大推動作用,通過對我國航天事業發展史的了解,滲透愛國主義教育。 2.感知人類探索宇宙的夢想和巨大成就,激發學生學習物理的熱情,促使學生樹立獻身科學的人生觀和價值觀。
重 點 與 難 點 重點： 1.第一宇宙速度的推導 2.對人造地球衛星原理和運行規律的掌握 難點： 1.第一宇宙速度是衛星發射的最小速度,是衛星環繞地球運行的最大速度 2.人造衛星的速度、周期的比較
教 學 方 法 采用啟發式教學，以問題為中心，師生共同探討宇宙速度的思路和方法，再學習和了解人類探索宇宙的歷程
教 學 用 具
教 學 過 程
教學 環節 教師活動 學生活動 設計意圖
知識回顧 教師帶領學生回顧萬有引力定律和牛頓第二定律的內容、公式和單位等。 回憶萬有引力定律和牛頓第二定律的內容、公式和單位等知識。 本節課在宇宙速度的推導中運用到了萬有引力定律和牛頓第二定律，課前帶領學生回憶這些知識，幫助學生構建探索宇宙速度的思路。
新課引入 教師向學生介紹人類的飛天夢，由中國古代神話故事“嫦娥奔月”開始，到牛頓發現萬有引力定律，隨著自然科學理論和技術的發展，到現在全球共有數千顆人造衛星，中國在航天事業方面蓬勃發展，在全球也名列前茅，早已實現了古人“飛天”、“奔月”的夢想。 跟著老師的介紹，了解全球各國在航天事業方面的發展，認識我國的航天成就。感受人類航天事業發展的艱辛歷程。 由人類飛天夢引入課題，介紹中國的航天成就，激發學生的求知欲和民族自豪感，讓學生在良好的心理氛圍中開始本節課的學習。
新課講授 一、人造衛星的猜想 由教材中給出的思考問題，引導學生簡單地自主思考“若拋出物體的速度足夠大時，能成為人造衛星嗎？” 讓學生們發表自己的猜想，然后與牛頓的設想作對比。牛頓地設想:從高山上用不同的水平速度拋出物體，速度一次比一次大,落地點也就一次比一次離山腳遠。如果沒有空氣阻力,當速度足夠大時,物體就永遠不會落到地面上來。它將圍繞地球旋轉,成為一顆永遠繞地球運動的人造地球衛星。 思考老師提出的問題，“若拋出物體的速度足夠大時，能成為人造衛星嗎？”并大膽猜想，再與牛頓的設想作對比，理解牛頓的猜想，從中感受到思考的快樂。 讓學生理解牛頓關于人造衛星的設想，體會猜想、推導的科學方法，感受科學家的偉大思想，培養學生的科學思維能力。
新課講授 二、第一宇宙速度 根據以上猜想，需要以多大的速度將物體拋出，它才會成為繞地球表面運動的衛星呢？教師提出問題，讓學生思考推導思路。 幫助學生完整地整理出物體在宇宙附近繞地球做勻速圓周運動的速度的推導思路，并稱之為第一宇宙速度。 再介紹第二種推導方法： 注意兩個概念的辨析:發射速度和環繞速度。 發射速度:衛星在地面附近離開發射裝置的初速度,一旦發射后再無能量補充,被發射物僅依靠自己的初動能克服地球引力上升。 環繞速度:衛星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。 學生根據老師給出的問題，通過學習過的知識，推導物體的運行速度。 認識這個速度叫作“第一宇宙速度”，并能理解兩種推導方法。 教師給予適當的引導、提示，以學生為主體，讓學生動手動腦，自主推導出第一宇宙速度。讓學生學會學習，鍛煉學生利用所學知識分析和解決問題的能力。
新課講授 三、第二、第三宇宙速度 鼓勵學生大膽猜想：“如果衛星的發射速度大于7.9km/s，會出現什么情況呢？” 待學生思考之后，教師給出答案： 當人造衛星進入地球附近的軌道速度大于7.9km/s而小于11.2km/s時,它繞地球運動地軌跡就不再是圓,而是橢圓,且衛星做變速運動,速度越大,橢圓軌道越扁,離地面越高。 如果物體的速度更大,達到或超過11.2km/s時,物體將擺脫地球引力的束縛,成為繞太陽運動的人造行星.我們把11.2km/s這個速度稱為第二宇宙速度,又叫脫離速度。 如果物體的速度再大,達到或超過16.7km/s時,物體將擺脫太陽引力的束縛,飛到太陽系外。我們把這個速度稱為第三宇宙速度,也叫逃逸速度。 根據老師提出的問題，大膽猜想：“如果衛星的發射速度大于7.9km/s，會出現什么情況呢？”充分思考之后，理解關于第二、第三宇宙速度的含義、大小和別稱。 讓學生理解當衛星速度大于第一宇宙速度時的三種可能，了解第二、第三宇宙速度及其物理意義。
新課講授 四、人造地球衛星、載人航天與太空探索 教師引導學生自主閱讀這兩部分的教材，了解人類探索太空的歷程和取得的巨大成就，感受科學發展、科技進步離不開科學家們艱苦的探索。 了解地球同步衛星，位于赤道上方高度約36000km處，相對地面靜止，也稱為靜止衛星。 學生了解人類探索太空的歷程和取得的巨大成就，感受科學發展、科技進步離不開科學家們艱苦的探索。 了解靜止衛星的相關知識。 學生通過閱讀教材，感受人類探索宇宙的艱辛，感受科學家們的偉大。
課堂總結 五、總結 這堂課我們從牛頓的設想入手，學習了衛星發射的原理和三個宇宙速度。第一宇宙速度是重點,要掌握其兩種推導方法,并且知道第一宇宙速度是最小發射速度也是最大環繞速度。之后我們探究了衛星運行規律,認識了第二、第三宇宙速度。 盡管人類已經跨入太空,登上月球,但是,相對于浩瀚宇宙,地球和月亮不過是茫茫宇宙中的兩粒塵埃，人類歷史不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕。宇宙留給人們的思考和疑問深邃而廣闊，廣袤的天地之中有更多的問題留給大家將來去解決。 整理本節課學過的知識。理解第一、二、三宇宙速度。感悟人類千百年來探索太空的歷程，培養梳理獻身科學的人生觀和價值觀。 對本節內容及知識進行總結、梳理，幫助學生構建知識脈絡。同時帶領學生感悟人類千百年來探索太空的歷程，培養樹立獻身科學的人生觀和價值觀。
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