1、宇宙航行教學設計 北京市101中學 郭金寧 北京市師達中學 侯林一、教學設計思想本節屬于航天部分的重要知識，介紹萬有引力的實踐性成就，要求學生知道是萬有引力理論使人類實現“飛天”夢想，這一節課不但要求使學生深刻的理解第一宇宙速度，定量的解決衛星運動的實際問題，還需要學生通過了解航天發展史從而充分的感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感，激發學生的愛國熱情和民族自豪感。本節課分為三個部分，首先通過人類飛天夢想的實踐過程和牛頓的設想引導學生通過討論研究了解宇宙航行的理論知識。接下來從神州6號的相關資料入手，引導學生推導第一宇宙速度，并通過結合我國發射的多顆衛星有關數據計算相關數據，通過對宇宙航行的

2、理論知識的實際應用而加深對知識深入理解。最后，以ppt小組匯報的形式，展示世界和我國的的航天發展史，通過學生的自主參與總結制作，不但豐富了學生的知識面，激發同學們的熱愛科學，熱愛祖國的情感，還可以鍛煉學生收集總結資料的動手能力，通過小組合作方式培養學生團結合作能力。二、教學目標（一）知識目標： 1、了解人造地球衛星的最初構想； 2、會解決涉及人造地球衛星運動的較簡單的問題；3、知道三個宇宙速度的含義和數值，會推導第一宇宙速度； （二）能力目標 應用理論知識解決實際問題的能力，利用互聯網查找資料的能力，小組合作能力（三）情感目標 通過學習萬有引力定律在天文學上的應用，使學生真切感受到用自己所學的

3、物理知識能解決天體問題，能解決實際問題，增強學生學習物理的熱情，感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感三、教學重點難點 教學重點：人造地球衛星的發射原理，第一宇宙速度的推導和對第一宇宙速度的確切理解 教學難點：第一宇宙速度的推導和對第一宇宙速度的確切理解四、教學過程： 教學內容學生活動教學意圖引入（展示視頻片斷，教師講述） 人類一直夢想能夠在天空中遨游，古代就有人嘗試用各種方法飛向天空，但均以失敗告終，伴隨著科技的發展，現代人類終于實現了夢想。那么，現代人成功的奧秘在哪里呢？通過本節課的學習，你們能否找到答案呢？新課教學（一）宇宙速度1人造衛星（1）牛頓對人造地球衛星原理的描繪在高山上物體作平

4、拋運動的初速度越大，落地點高山腳越遠，當拋出速度足夠大時，物體就不會落到地面上，成為繞地球旋轉的人造地球衛星（展示人造衛星發射原理動畫視頻）問題：人造地球衛星繞地球運行的動力學原因是什么？（2）人造地球衛星繞地球運行的動力學原因地球給人造地球衛星的萬有引力提供了它繞地球作勻速圓周運動所需的向心力 （3）人造地球衛星在軌道上運行時不可能處于受力平衡狀態，其加速度等于衛星所在處的重力加速度 2宇宙速度（1）第一宇宙速度推導：設地球和衛星的質量分別為和m，衛星到地心的距離為衛星的運行速度為v，由于衛星做圓周運動由萬有引力提供向心力，根據牛頓第二定律得第一宇宙速度（環繞速度）：km/s 意義：它是人造

5、衛星地面附近繞地球做勻速圓周運動所必須具備的速度如果衛星的速度小于第一宇宙速度，衛星將落到地面而不能繞地球運轉；等于這個速度衛星剛好能在地球表面附近作勻速圓周運動；如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s（第二宇宙速度），衛星將沿橢圓軌道繞地球運行，地心就成為橢圓軌道的一個焦點（2）第二宇宙速度（脫離速度）： 意義：使衛星掙脫地球的引力束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發射速度 如果人造天體的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，則它的運行軌道相對于太陽將是橢圓，太陽就成為該橢圓軌道的一個焦點 （3）第三宇宙速度（逃逸速度）： 意義：使衛星掙脫太陽引力束縛的最小發射速度如果人

6、造天體具有這樣的速度并沿著地球繞太陽的公轉方向發射時，就可以擺脫地球和太陽引力的束縛而邀游太空了思考1：衛星的環繞速度和衛星與地心的距離之間有什么關系？解答：衛星與地心的距離r越大，則v越小思考2：為什么高軌道發射衛星比低軌道發射衛星困難解答：高軌道發射衛星比低軌道發射衛星困難原因是高軌道發射衛星時火箭要克服地球對它的引力做更多的功思考3：人造衛星的發射速度與運行速度是同一個概念嗎？解答：人造衛星的發射速度與運行速度是兩個不同的概念思考4：人造衛星的發射速度與運行速度有什么區別？解答：所謂發射速度是指被發射物在地面附近離開發射裝置時的初速度，并且一旦發射后就再無能量補充，被發射物僅依靠自己的初

7、動能克服地球引力上升一定的高度，進入運動軌道要發射一顆人造地球衛星，發射速度不能小于第一宇宙速度若發射速度等于第一宇宙速度，衛星只能“貼著”地面近地運行如果要使人造衛星在距地面較高的軌道上運行，就必須使發射速度大于第一宇宙速度 所謂運行速度是指衛星在進入運行軌道后繞地球做勻速圓周運動的線速度當衛星“貼著”地面運行時，運行速度等于第一宇宙速度根據可知，人造衛星距地面越高（即軌道半徑r越大），運行速度越小實際上，由于人造衛星的軌道半徑都大于地球半徑，所以衛星的實際運行速度一定小于發射速度思考5：人造衛星的發射速度與運行速度之間有什么關系？解答：人造衛星的發射速度與運行速度之間的大小關系是：（二）、

8、夢想成真教師簡介：1957年10月，前蘇聯發射了世界上第一顆人造地球衛星，從此，開創了人類航天時代的新紀元我國在1970年4月20日發射了第一顆人造地球衛星，現在已成為世界上第五個依靠自己力量研制成火箭發射衛星、第三個掌握衛星回收技術、第四個用一枚火箭發射多顆衛星的國家衛星主要有偵察衛星、通信衛星、導航衛星、氣象衛星、地球資源勘測衛星、科學研究衛星、預警衛星和測地衛星等種類人類與宇宙航行（課堂展示）1 世界航天發展史 2 我國航天發展史3 偉大的宇航員4 黑洞之謎5 航天器介紹例1：利用所學知識，推導第一宇宙速度的另一表達式:證明：地球表面的物體所受的重力大約等于萬有引力，即 得：又因為： 所

9、以：例2：若取地球的第一宇宙速度為8km/s，某行星的質量是地球質量的6倍，半徑是地球的1.5倍，則此行星的第一宇宙速度約為：A、16 km/sB、32 km/sC4km/sD、2km/s學生思考討論回答并總結學生板演，教師糾偏教師講述教師講述教師講述提問，學生回答提問，學生回答提問，學生回答提問，學生回答 提問，學生回答學生展示ppt或海報（在這一節課前提前對學生分組，每一組圍繞本組的主題查找相關資料，制作匯報ppt，制作海報進行展示。）教師Ppt展示例題，學生板演過程，教師糾正規范教師Ppt展示例題，學生板演過程，教師糾正規范引導學生思考，基法學生興趣。讓學生了解人造地球衛星的最初構想和人造地球衛星的發射原理突破難點，使學生會推導第一宇宙速度通過思考學習，使學生真切感受到用自己所學的物理知識能解決天體問題，能解決實際問題，