.4宇宙航行〖教材分析〗教材從人造衛星發射原理入手，嚴謹推導第一宇宙速度，并系統介紹第二、第三宇宙速度及同步衛星特點。這一系列知識，不僅是萬有引力定律在天體運動研究中的成功應用，更是人類探索宇宙、征服自然的偉大見證，充分體現了理論聯系實際、理論指導實際的唯物思想。教材融入了我國航天事業的發展歷程與輝煌成就。通過這些內容，能極大激發學生的愛國主義熱情，讓學生深切感受到物理知識與生活、與國家發展的緊密聯系。這不僅有助于培養學生學習物理的興趣，更能點燃他們獻身科學的熱情，對塑造學生正確的科學價值觀發揮著不可替代的重要作用。〖教學目標與核心素養〗物理觀念：樹立科學的宇宙太空運動觀念，清晰掌握第一、第二、第三宇宙速度的深刻含義，熟練掌握第一宇宙速度的推導過程，深入了解人造衛星發射的復雜過程與核心原理。科學思維：能主動構建物理模型，以嚴謹的邏輯和科學的方法分析問題，提升抽象思維與邏輯推理能力。科學探究：積極運用萬有引力定律推導第一宇宙速度，在探究過程中鍛煉知識運用與問題解決能力，培養勇于探索的科學精神。科學態度與責任：密切關心我國航天事業蓬勃發展的趨勢，以我國航天成就為傲，樹立為祖國航天事業貢獻力量的堅定意識，增強社會責任感與使命感。〖教學重點與難點〗重點：會推導第一字宙速度，了解人造衛星發射的過程和原理。難點：對第一宇宙速度是環繞地球運行的最大值與發射的最小值的理解。〖教學準備〗多媒體課件〖教學過程〗一、新課引入如圖所示，在1687年出版的《自然哲學的數學原理》中，牛頓設想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點也就一次比一次遠；拋出速度足夠大時，物體就不會落回地面，成為人造地球衛星。你知道這個速度究竟有多大嗎？我們一起來設想一下，做平拋運動的物體初速度越大飛得越遠，如果地面時一個平面初射速度再大，飛行得再遠但最終都會掉回地面。我們要知道地球是圓的，這樣物體就有可能不再落回地面，并且地球對它的引力時刻指向地心，在這個力的作用下如果發射速度合適，軌跡就有可能是一個圓。現在我們就來看一下，要想達到這種效果這個速度應該有多大？二、新課教學（一）宇宙速度設地球的質量為m地，物體的質量為m，速度為v它到地心的距離為r。環繞法：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力由此解岀只要知道地球的質量m地和物體做圓周運動的軌道半徑r,就可以求出物體繞行速度的大小。已知地球質量為5.98×1024kg,近地衛星在100?200km的高度飛行，遠小于地球半徑(6400km),可以近似用地球半徑R代替衛星到地心的距離r。把數據代入上式后算出v=7.9km/s。思考與討論有人說，第一宇宙速度也可用(式中g為重力加速度,R為地球半徑)算出,你認為正確嗎？拱橋法：當支持力為0時，重力提供物體作圓周運動的向心力。指向圓心的力-背向圓心的力=向心力當力FN=0時得：由此解岀，把數據帶進去。兩種計算方法得出的數值是一樣的。物體在地面附近（剛好貼著地球表面）繞地球做勻速圓周運動的速度。我們稱為第一宇宙速度。總結：第一宇宙速度的兩種求法。①環繞法：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力②拱橋法：當支持力為0時，重力提供物體作圓周運動的向心力放到其他星球也是一樣的求法。1.第一宇宙速度（環繞）：v1=7.9km/s注意這里是剛好貼著地面飛行，地面附近存在著大量的空氣，會有空氣阻力等阻礙因素，所以衛星不可能只在這個高度上的軌道飛行。一般會在這個更高的軌道飛行。思考：想到達更高的軌道飛行，怎么辦呢？（播放動圖）這個速度它只能達到這里，要想更高的話，那就需要更大的速度吧。換個角度來看好比如豎直上拋運動，比較小的7.9km/s速度發射，剛好達到A點這個平面，要到達B點這個平面，那速度就要更大一些。如果速度小于7.9km/s，它夠不著A這個平面，那就會掉回地面。所以①7.9km/s為衛星的最小發射速度。根據開普勒第二定律，我們知道物體在靠近中心天體的點速度最大，在遠離中心天體的點速度最小。所以是v甲>v乙。但是甲乙兩個點同時還是正圓軌道上的點。這樣子再看還是v甲>v乙，所以軌道低的速度大，最低的軌道就是貼著地面的軌道，這個軌道上的速度是7.9km/s。所以②7.9km/s是衛星的最大環繞速度。由，得，觀察式子可以看到地球質量不變的前提下，軌道半徑越大，速度越小。同理由，得，觀察式子可以看到地球質量不變的前提下，軌道半徑越大，角速度越小。同理由，得，觀察式子可以看到地球質量不變的前提下，軌道半徑越大，周期越大。同理由，得，觀察式子可以看到地球質量不變的前提下，軌道半徑越大，加速度越小。由以上公式可知：隨著衛星運行軌道半徑的增大，其線速度、角速度和向心加速度逐漸減小，周期逐漸增大。所以結論：③高軌低速長周期。這里的速就包括線速度、角速度和向心加速度。地球引力像一根無形的“繩子”，牽引著月球和人造地球衛星環繞地球轉動。在地面附近發射飛行器，如果速度等于7.9km/s,這一飛行器只能圍繞地球做圓周運動,還不能脫離地球引力的束縛，飛離地球實現星際航行。問題：如果速度繼續增大,物體將會怎樣?理論研究指出，在地面附近發射飛行器，如果速度大于7.9km/s,又小于11.2km/s,它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當飛行器的速度等于或大于11.2km/s時,它就會克服地球的引力，永遠離開地球。第二宇宙速度（脫離）：v2=11.2km/s使衛星掙脫地球的束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發射速度。達到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對它的引力。在地面附近發射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于16.7km/s,這個速度叫作第三宇宙速度。即第三宇宙速度（逃逸）：v3=16.7km/s使衛星掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外的最小發射速度。這三個宇宙與速度都是相對地心的，把三個宇宙速度放在一起比較。（二）人造地球衛星1957年10月4日，此界上第一顆人造地球衛星發射成功。1970年4月24日,我國第一顆人造地球衛星“東方紅1號”發射成功（播放東方紅歌曲），開創了中國航天史的新紀元。為我國航天事業作出特殊貢獻的科學家錢學森被譽為“中國航天之父。自首顆人造地球衛星發射后，人類已經發射數千顆人造地球衛星，目前在軌有效運行的衛星有上千顆，其中通信、導航、氣象等衛星已極大地改變了人類的生活。非常特殊的衛星：同步衛星。地球同步衛星位于赤道上方高度約36000km處，由于與地球相對靜止，所以具有這樣的特點：①軌道一定在赤道上空，軌道半徑r=42400km②w、T與地球自轉相同，T=24h=86400s，③w、T、r、v、a都是確定的（三）載人航天與太空探索——奔赴星辰大海習近平語錄：探索浩瀚宇宙，發展航天事業，建設航天強國，使我們不懈追求的航天夢。開始介紹我國的航天歷程：上古的嫦娥奔月→明朝的萬戶飛天→2003年楊利偉稱為我國第一進入太空的人。標志著我國成為世界上獨立開展載人航天活動的國家。→直到最近的一次是嫦娥帶著月球“土特產”用30馬赫速度成功返回地球，世界變得有禮貌（播放毛主席語錄）。展示我國的探索歷程：嫦娥號探月工程→中國“天宮”空間站→中國墨子號火星探測器。設計意圖：傳承文化與激發民族自豪感，凸顯航天成就與國家實力，培養學生的愛國情懷與國家榮譽感。〖板書設計〗7.4宇宙航行環繞法：萬有引力提供物體作圓周運動的向心力拱橋法：當支持力為0時，重力提供物體作圓周運動的向心力。1.第一宇宙速度（環繞）：v1=7.9km/s為衛星的最小發射速度，是衛星的最大環繞速度。2.第二宇宙速度（脫離）：v2=11.2km/s3.第三宇宙速度（逃逸）：v3=16.7km/s4.同步衛星的特點：①軌道一定在赤道上空，軌道半徑r=42400km②w、T與地球自轉相同，T=24h=86400s，③w、T、r、v、a都是確定的〖教學反思〗在本節“7.4宇宙航行”的教學中，考慮到學生已具備平拋運動、勻速圓周運動、萬有引力定律等基礎理論，擁有了解決問題的基本工具。然而，人造衛星原理這一知識板塊對學生而言是塊“硬骨頭”，理解起來困難重重。教案中呈現了兩種求解第一宇宙速度的方法，巧妙地與前面求解天體質