7.4 宇宙航行 教学设计——2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册
文档属性
| 名称 | 7.4 宇宙航行 教学设计——2020-2021学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 20.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-11-09 09:07:02 | ||
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文档简介
7.4宇宙航行
一、教材分析
《宇宙航行》是普通高中教科书物理必修第二册第六章第5节的内容。“宇宙航行”是本章的最后一节，属于课程标准中“力和运动”的模块。本节是在学生学了圆周运动、万有引力定律并初步体会了应用定律测量天体质量的基础上学习的，主要研究如何利用力和运动的关系实现卫星的成功发射，并结合匀速圆周运动的规律及万有引力定律总结卫星运行的参数特点，让学生认识万有引力理论在人类航天事业发展、探索宇宙空间所作出的重大贡献，深刻体会物理知识对科技发展做出的贡献。
二、学情分析
通过学习，大部分学生已经掌握如何计算万有引力，并知道物体做匀速圆周运动的受力特征，熟悉了用线速度、角速度、周期表示的向心力表达式，知道忽略地球自转时重力与万有引力的关系，且对卫星发射、同步卫星、探索宇宙奥秘有浓厚兴趣。但是学生建立运动模型，动脑分析深层次问题还不够积极主动，表述时还缺少逻辑性和严谨性，对于讨论物理量之间的联系还不能准确无误，认识问题容易表面化。
三、教学目标
（一）物理观念
（二）科学思维
通过匀速圆周运动模型的分析处理，计算人造地球卫星运行的线速度、角速度、周期，并能总结卫星“圆规道”运行参数与轨道半径的关系。培养学生应用解决物理问题的能力
（三）科学探究
通过牛顿对卫星设想的动画演示，体验，学会建立“匀速圆周运动模型”，推导第一宇宙速度，理解第一宇宙速度的物理含义；了解第二和第三宇宙速度的数值及含义，并感受人类对客观世界不断探究的精神和情感；
（四）科学态度与责任
通过视频资料及网络资源了解近地卫星、地球同步卫星，尝试利用所学的知识分析卫星的运行特点。激发学生探索未知事物的兴趣，树立为我国航天事业发展而努力奋斗的信念。
四、教学重点
卫星做匀速圆周运动时，运动参量的推导与应用
五、教学难点
1、理解第一宇宙速度的含义。
2、人造卫星处理方法---（绕地球的“匀速圆周运动”模型
六、教学过程
【课的引入】图片：星空、飞天、太空行走，从人类对宇宙的向往及如今梦想实现来引出课题
学生活动：观看图片，感受宇宙之美，产生对探索宇宙，掌握卫星运动规律的兴趣
教学资源：
图片：星空、飞天、太空行走
设计意图：
激发学生的学习兴趣，感受自然和谐之美，感受人类实现梦想的自豪感
【活动】新课教学：1、卫星的发射
（1）牛顿对人造卫星的设想。
由生活经验得到物体平抛的初速度越大，被认出得越远，
【视频】：牛顿设想：站在高山，以更大的速度将物体抛出，物体的轨迹在地面的投影为地球的一段圆弧，速度越大，对应的圆弧越大，速度大于某一值时，物体应该绕地球表面飞行，不落向地面。
【设问】1、此时物体的受力与运动有怎样的关系？
学生活动：观察、思考、推理：从物体的受力与运动分析，建立绕地球的“匀速圆周运动”模型。
设计意图：培养学生对常见现象深入思考的能力，培养分析物理问题，建立物理模型的意识。
（2）第一宇宙速度的计算与含义
【设问】你能计算出使物体不再下落，恰好绕着地球飞行的最小发射速度吗？
鼓励学生用不同的方法计算最小的发射速度。
学生活动：建立匀速圆周运动模型，利用合外力等于向心力列方程进行求解；从万有引力与重力的关系思考如何求出最小发射速度；总结第一宇宙速度的第一及计算方法
③、播放视频：第一颗人造卫星成功发射。
设计意图：
促使学生在新情境中进一步理解匀速圆周运动的特点，学习建立模型，并利用不同的思路解题，培养学生的发散思维。培养学生的总结能力。感受理论研究对实际应用的指导作用。体会物理知识的强大，激发学生学习物理的兴趣。
（3）第二、三宇宙速度
【引导和设问】1、如果发射速度大于7.9km/s卫星会如何运动？
学生活动:做出猜想，尝试画出物体可能的运动轨迹，并尝试说明绘制的依据。
学生活动：思考，交流，倾听。形成思维碰撞，通过教师的引导，学生间的相互补充，尝试用圆周运动中力的供需关系解释卫星运动的轨迹。了解第二宇宙速度和第三宇宙速度的含义。
教师引导学生：从力与运动的关系去思考问题。并说明实际的运动轨迹要通过更严谨的数学推算得出。请有兴趣的同学参考牛顿《自然哲学的数学原理》
动画展示：卫星以不同发射速度发射时的运动情况
教学资源：课本：P44，电子白板，FLASH动画。
设计意图：通过该环节，培养学生在面对书中的结论时学会深入思考，发展学生思维的深刻性，激发学生的探究欲望，并通过讨论进一步加深对与力和运动关系的认识。通过动画形象生动的表现三个宇宙速度下物体的运动，使学生印象深刻
【活动】2、卫星的运行
(1)卫星的运行参数
【设问】质量为m的卫星绕地球M做匀速圆周运动时，其运行的线速度、角速度、周期和向心加速度的大小与什么因素有关？
教师：利用动画演示进一步引导学生用最简洁的话语总结卫星的运动规律
学生活动：总结卫星匀速圆周运动时的运动规律：
高轨低速周期长或轨道越高，卫星运行越慢。
教学资源：学案、实物展台、FLASH动画
设计意图：进一步认识卫星做匀速圆周运动的规律，为后续地球同步卫星的学习铺垫基础，同时锻炼学生归纳总结，简洁表述的能力。
(2)比较发射速度与运行速度
【讲解与设问】明确什么是发射速度，什么是运行速度。
①、最小的发射速度是多少？最大的环绕速度是多少？
②、比较发射速度、第一宇宙速度、卫星匀速圆周运动运行速度的大小。
③、近地卫星的运行速度是多少？
学生活动：总结：宇宙速度都指发射速度。
通过讨论认识7.9km/s既是最小的发射速度，也是最大的环绕速度；
总结：V发≥7.9km/s≥V运；近地卫星：v=7.9km/s
设计意图：帮助学生明晰发射速度与运行速度的概念，并掌握两者的区别与联系.明确近地卫星的运动特点，便于与同步卫星进行比较。
【活动】3、地球同步卫星
(1) 讨论地球同步卫星的轨道特点
【播放视频】“北斗”导航定位系统中有关地球静止轨道卫星的新闻。
【图片】北斗系统卫星轨道图
【追问】哪一个是地球静止轨道？
学生活动：了解地球同步卫星的含义，分析同步卫星的轨道特点。
总结：所有卫星轨道的中心都应该在地球的中心。
设计意图：通过学生的交流互动，教师的质疑启发，认识同步卫星的轨道只能与赤道共面的必要性，进一步理解卫星在圆轨道上稳定运行时，必定满足万有引力=向心力。
(2) 讨论地球同步卫星的运行参数特点
【追问】地球同步卫星的周期一定，与地球自转的周期相同是24h，那么其它运行参数有何特点？
教师：介绍地球同步卫星最多只有120颗。
学生活动：通过例题，总结：地球同步卫星的“六个一定”。感受空间资源的有限，认识发展发展航天事业的紧迫性。
教学资源：学案
设计意图：感受物理知识的实际应用。通过学生的交流互动，教师的质疑启发，认识同步卫星的轨道只能与赤道共面的必要性，进一步理解卫星在圆轨道上稳定运行时，必定满足万有引力=向心力。
感受我国航天事业的发展具有领先水平，增强民族自豪
【讲授】4、激发兴趣、放飞梦想
【播放视频】：回顾人类史上载人航天事业的发展。
设计意图：激发学生的民族自豪感，客观认识我国与发达国家在航天事业上的差距，树立为我国航天事业发展做出贡献的信念
【讲授】课后知识总结
教师引导学生总结本节课所学的主要内容，并提供一些网址，鼓励有兴趣的学生进行深入学习，撰写小论文。
【练习】课堂巩固
一、教材分析
《宇宙航行》是普通高中教科书物理必修第二册第六章第5节的内容。“宇宙航行”是本章的最后一节，属于课程标准中“力和运动”的模块。本节是在学生学了圆周运动、万有引力定律并初步体会了应用定律测量天体质量的基础上学习的，主要研究如何利用力和运动的关系实现卫星的成功发射，并结合匀速圆周运动的规律及万有引力定律总结卫星运行的参数特点，让学生认识万有引力理论在人类航天事业发展、探索宇宙空间所作出的重大贡献，深刻体会物理知识对科技发展做出的贡献。
二、学情分析
通过学习，大部分学生已经掌握如何计算万有引力，并知道物体做匀速圆周运动的受力特征，熟悉了用线速度、角速度、周期表示的向心力表达式，知道忽略地球自转时重力与万有引力的关系，且对卫星发射、同步卫星、探索宇宙奥秘有浓厚兴趣。但是学生建立运动模型，动脑分析深层次问题还不够积极主动，表述时还缺少逻辑性和严谨性，对于讨论物理量之间的联系还不能准确无误，认识问题容易表面化。
三、教学目标
（一）物理观念
（二）科学思维
通过匀速圆周运动模型的分析处理，计算人造地球卫星运行的线速度、角速度、周期，并能总结卫星“圆规道”运行参数与轨道半径的关系。培养学生应用解决物理问题的能力
（三）科学探究
通过牛顿对卫星设想的动画演示，体验，学会建立“匀速圆周运动模型”，推导第一宇宙速度，理解第一宇宙速度的物理含义；了解第二和第三宇宙速度的数值及含义，并感受人类对客观世界不断探究的精神和情感；
（四）科学态度与责任
通过视频资料及网络资源了解近地卫星、地球同步卫星，尝试利用所学的知识分析卫星的运行特点。激发学生探索未知事物的兴趣，树立为我国航天事业发展而努力奋斗的信念。
四、教学重点
卫星做匀速圆周运动时，运动参量的推导与应用
五、教学难点
1、理解第一宇宙速度的含义。
2、人造卫星处理方法---（绕地球的“匀速圆周运动”模型
六、教学过程
【课的引入】图片：星空、飞天、太空行走，从人类对宇宙的向往及如今梦想实现来引出课题
学生活动：观看图片，感受宇宙之美，产生对探索宇宙，掌握卫星运动规律的兴趣
教学资源：
图片：星空、飞天、太空行走
设计意图：
激发学生的学习兴趣，感受自然和谐之美，感受人类实现梦想的自豪感
【活动】新课教学：1、卫星的发射
（1）牛顿对人造卫星的设想。
由生活经验得到物体平抛的初速度越大，被认出得越远，
【视频】：牛顿设想：站在高山，以更大的速度将物体抛出，物体的轨迹在地面的投影为地球的一段圆弧，速度越大，对应的圆弧越大，速度大于某一值时，物体应该绕地球表面飞行，不落向地面。
【设问】1、此时物体的受力与运动有怎样的关系？
学生活动：观察、思考、推理：从物体的受力与运动分析，建立绕地球的“匀速圆周运动”模型。
设计意图：培养学生对常见现象深入思考的能力，培养分析物理问题，建立物理模型的意识。
（2）第一宇宙速度的计算与含义
【设问】你能计算出使物体不再下落，恰好绕着地球飞行的最小发射速度吗？
鼓励学生用不同的方法计算最小的发射速度。
学生活动：建立匀速圆周运动模型，利用合外力等于向心力列方程进行求解；从万有引力与重力的关系思考如何求出最小发射速度；总结第一宇宙速度的第一及计算方法
③、播放视频：第一颗人造卫星成功发射。
设计意图：
促使学生在新情境中进一步理解匀速圆周运动的特点，学习建立模型，并利用不同的思路解题，培养学生的发散思维。培养学生的总结能力。感受理论研究对实际应用的指导作用。体会物理知识的强大，激发学生学习物理的兴趣。
（3）第二、三宇宙速度
【引导和设问】1、如果发射速度大于7.9km/s卫星会如何运动？
学生活动:做出猜想，尝试画出物体可能的运动轨迹，并尝试说明绘制的依据。
学生活动：思考，交流，倾听。形成思维碰撞，通过教师的引导，学生间的相互补充，尝试用圆周运动中力的供需关系解释卫星运动的轨迹。了解第二宇宙速度和第三宇宙速度的含义。
教师引导学生：从力与运动的关系去思考问题。并说明实际的运动轨迹要通过更严谨的数学推算得出。请有兴趣的同学参考牛顿《自然哲学的数学原理》
动画展示：卫星以不同发射速度发射时的运动情况
教学资源：课本：P44，电子白板，FLASH动画。
设计意图：通过该环节，培养学生在面对书中的结论时学会深入思考，发展学生思维的深刻性，激发学生的探究欲望，并通过讨论进一步加深对与力和运动关系的认识。通过动画形象生动的表现三个宇宙速度下物体的运动，使学生印象深刻
【活动】2、卫星的运行
(1)卫星的运行参数
【设问】质量为m的卫星绕地球M做匀速圆周运动时，其运行的线速度、角速度、周期和向心加速度的大小与什么因素有关？
教师：利用动画演示进一步引导学生用最简洁的话语总结卫星的运动规律
学生活动：总结卫星匀速圆周运动时的运动规律：
高轨低速周期长或轨道越高，卫星运行越慢。
教学资源：学案、实物展台、FLASH动画
设计意图：进一步认识卫星做匀速圆周运动的规律，为后续地球同步卫星的学习铺垫基础，同时锻炼学生归纳总结，简洁表述的能力。
(2)比较发射速度与运行速度
【讲解与设问】明确什么是发射速度，什么是运行速度。
①、最小的发射速度是多少？最大的环绕速度是多少？
②、比较发射速度、第一宇宙速度、卫星匀速圆周运动运行速度的大小。
③、近地卫星的运行速度是多少？
学生活动：总结：宇宙速度都指发射速度。
通过讨论认识7.9km/s既是最小的发射速度，也是最大的环绕速度；
总结：V发≥7.9km/s≥V运；近地卫星：v=7.9km/s
设计意图：帮助学生明晰发射速度与运行速度的概念，并掌握两者的区别与联系.明确近地卫星的运动特点，便于与同步卫星进行比较。
【活动】3、地球同步卫星
(1) 讨论地球同步卫星的轨道特点
【播放视频】“北斗”导航定位系统中有关地球静止轨道卫星的新闻。
【图片】北斗系统卫星轨道图
【追问】哪一个是地球静止轨道？
学生活动：了解地球同步卫星的含义，分析同步卫星的轨道特点。
总结：所有卫星轨道的中心都应该在地球的中心。
设计意图：通过学生的交流互动，教师的质疑启发，认识同步卫星的轨道只能与赤道共面的必要性，进一步理解卫星在圆轨道上稳定运行时，必定满足万有引力=向心力。
(2) 讨论地球同步卫星的运行参数特点
【追问】地球同步卫星的周期一定，与地球自转的周期相同是24h，那么其它运行参数有何特点？
教师：介绍地球同步卫星最多只有120颗。
学生活动：通过例题，总结：地球同步卫星的“六个一定”。感受空间资源的有限，认识发展发展航天事业的紧迫性。
教学资源：学案
设计意图：感受物理知识的实际应用。通过学生的交流互动，教师的质疑启发，认识同步卫星的轨道只能与赤道共面的必要性，进一步理解卫星在圆轨道上稳定运行时，必定满足万有引力=向心力。
感受我国航天事业的发展具有领先水平，增强民族自豪
【讲授】4、激发兴趣、放飞梦想
【播放视频】：回顾人类史上载人航天事业的发展。
设计意图：激发学生的民族自豪感，客观认识我国与发达国家在航天事业上的差距，树立为我国航天事业发展做出贡献的信念
【讲授】课后知识总结
教师引导学生总结本节课所学的主要内容，并提供一些网址，鼓励有兴趣的学生进行深入学习，撰写小论文。
【练习】课堂巩固