7.4宇宙航行 教学设计（表格式）

7.4 宇宙航行教学设计
一、教材分析
《宇宙航行》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修2模块中“曲线运动与万有引力定律”主题下的内容，内容要求为：“会计算人造地球卫星的环绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。”《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对该内容的解读为：学生应该能够结合万有引力定律和匀速圆周运动各点知识计算人造卫星的环绕速度，建构人造卫星发射和运行的空间模型。还应该通过对万有引力和卫星速度变化情况的进一步推理，了解什么是第二宇宙速度和第三宇宙。要充分利用各种相关资源，激发学生学习物理的内在动机、拓展学生视野，关注人类航空事业的最新进展。
本节介绍万有引力定律的实践性成就，教材从牛顿的设想着手，分析物体平抛速度逐渐增大时将不再做平抛运动，物体绕地球做圆周运动，根据万有引力提供向心力计算近地卫星的环绕速度，也是发射的最小速度，本节重点是理解并会计算第一宇宙速度。通过介绍我国航天事业和宇宙探索方面取得的成就，增强学生的民族自豪感，落实科学态度与责任核心素养。
二、学情分析
从知识层面学生已经理解万有引力定律和匀速圆周运动的规律。根据万有引力定律提供行星圆周运动的向心力，学生可以推导出行星的线速度、角速度、周期和轨道半径的关系，并且分析得到轨道半径越大，线速度和角速度越小，周期越大的结论。经过第三节的学习，学生已经知道在地面附近重力近似等于地球对物体的万有引力，知道地球质量GM=gR2，能够理解第一宇宙v=.
三、教学目标与核心素养：
1.物理观念：能从物理学的视角正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，具备清晰的物理观念。
2.科学思维：能在熟悉的情境中运用物理模型，能对卫星发射原理进行分析和推理。
3.科学探究：能在对卫星发射原理的基础上做出假设，并制定合理的探究路线，从而分析数据发现规律。
4.科学态度与责任：卫星的发射原理是人类在万有引力定律基础上科学家们持续不断创造性发展的成果，是人类对宇宙奥秘探索的历程，增强民族自信心和自豪感。
四、教学重难点
1.第一宇宙速度的理解和推导
2.人造卫星的运动规律
五、教学方法
讲授法、探究式学习、启发式教学
六、教学流程图：
七、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
新课导入 复习引入： 复习万有引力定律的成就，提出万有引力定律还有其他重要的成就，揭示行星运行的规律，对人类实现离开地球的太空梦起到重要推进作用。 体会物理对科技发展，航天事业的发展，行星研究的重要作用
新课教学 一、明确学习目标 1．通过牛顿的设想了解人造卫星的发射原理，知道三个宇宙速度的含义，并能够推导第一宇宙速度。 2．能正确描述和理解人造地球卫星的运行规律，知道什么是同步卫星。 3．了解人类探索宇宙的进程及我国的航天成就。 二、明确学习流程 布置学生自主预习任务 学生自主阅读教材。 阅读教材后完成预习检测。 通过对预习检测发现知识漏洞。 根据自己的知识漏洞，自主选择相应微课进行学习。 探究：人造地球卫星的运行规律 展示地球卫星图片，让学生直观体会到，行星绕地球运行时可以不在同一个平面，但轨道圆心均为地球中心；卫星在同一平面绕地球运行时，轨道半径也可不同，并通过flash直观体会离地球近的卫星运动的快，离地球远的卫星运动的慢。 通过任务单，运用问题引导的办法，探究卫星运动的线速度v、角速度ω、周期T、向心加速度an与距离r关系 思考：卫星做匀速圆周运动的向心力来源？ 请根据此关系，探究卫星运动的线速度v、角速度ω、周期T、向心加速度an与距离r关系 探究v与r的关系： 例：由 得 探究ω与r的关系： 探究T与r的关系： 探究an与r的关系： 结论：1.卫星运动情况（v、ω、T、an)是由 和 决定的，与 无关 2.“越近越 ，越远越 ，与 无关” 通过上述探究过程，得到卫星运动的线速度v、角速度ω、周期T、向心加速度an与距离r定性关系： 越近越快，越远越慢。 定量关系： ω 直接运用上述结论定性描述两不同轨道半径的卫星A、B的运动特点 运用上述结论，解决两道随堂练习 1．如图所示，A、B 为两颗在不同的轨道上绕地球做匀速圆周运动的卫星，A 的轨道半径大于 B 的轨道半径。用 vA、vB 分别表示 A、B 的线速度大小，用 TA、TB 分别表示 A、B 的周期，则 （　　）
A．vA = vB B．vA > vB C．TA > TB D．TA < TB 2．如图所示，是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是（　　） A．根据，线速度大小关系： B．根据万有引力定律可知，所受的万有引力： C．角速度大小关系： D．向心加速度大小关系： 五、向学生展示载人航天的发展与太空探索进程 1957年10月，苏联成功发射了第一颗人造地球卫星． 1969年7月，美国“阿波罗11号”登上月球． 1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功． 2003年10月15日，我国航天员杨利伟踏入太空． 2010年10月1日，我国的“嫦娥二号”探月卫星发射成功． 2013年6月11日，我国的“神舟十号”飞船发射成功． 2016年9月15日， 天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射成功． 2018年5月21日，嫦娥四号中继卫星“鹊桥”在西昌卫星发射中心发射成功，嫦娥四号中继卫星“鹊桥”，将运行在绕地月L2点的HALO轨道上，为月球背面的嫦娥四号着陆器(后续发射)和巡视器与地球间的通信和数据传输提供地月中继通信支持． 2020年7月23日，我国发射火星探测器“天问一号”，2021年2月10日，“天问一号”被火星引力捕获，2021年5月15日，“天问一号”顺利登陆火星开始科研探索工作。 2020年11月24日，我国发射“嫦娥5号”月球探测器，并成功带回1731g月球土壤。 2021年4月29日，我国发射首个空间站核心舱“天和号”，标志着我国正式开启空间站的建设并拥有独立自主的太空空间站。 六、探究卫星变轨问题 用flash模拟人造地球卫星变轨的过程，让学生直观感受到卫星由近地轨道升至高轨道的过程。 用物理抽象，教师示范，问题引导，启发教学等方式引导学生对卫星变轨问题中的两次速度变化进行探究。 发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于A点，轨道2、3相切于B点，如图所示。vA1、vA2、vB2、vB3分别为卫星在A、B两点各轨道的速度大小，则卫星在各轨道上正常运行时 （1）卫星在1轨道上，处于A位置时，做 运动，则FA= 卫星在2轨道上，处于A位置时，做 运动，则FA< 则vA1 vA2 （2）卫星在3轨道上，处于B位置时，做 运动，则FB= 卫星在2轨道上，处于B位置时，做 运动，则FB> 则vB2 vB3 探究双星问题 播放介绍双星的视频，让学生对双星系统有所了解。用物理抽象把双星系统抽象为两行星绕同一点转动的物理模型。并对抽象后的物理模型进行探究。 宇宙中两个靠得比较近的天体，它们以两者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动而不至因为万有引力的作用吸引到一起，从而使它们间的距离不变，这样的系统称为双星系统，双星系统距离其他星体很远，可以当作孤立的系统处理． 合作探究： 1.描述双星系统的运动特点 2.从受力与运动的角度出发，探究双星系统规律 学生阅读教材，完成预习检测，根据分析表基于暴露出来的知识漏洞，自主进行微课学习。 学生观看flash，体会人造地球卫星的轨道特点，并根据任务清单的引导完成对人造地球卫星的运行规律的探究，最终得到定性、定量两种结论。 学生运用探究得出的规律解决习题。 学生了解我国载人航天的发展与太空探索进程。 基于本节课学习的知识及探究过程，通过观看卫星变轨flash，体会并探究卫星变轨问题中的两次速度变化。 学生观看介绍双星的视频，通过观察描述双星系统的运动特点。再从受力与运动的角度出发，探究双星系统规律。 让学生明确学习目标，抓住教学中的重点。 培养学生养成信息化支持下的自学→自测→个性化选学→共学→应用的学习过程。 通过学生自学，让学生清楚自身知识漏洞，提高学习专注度。 培养学生探究能力。 提升学生用物理知识解决实际问题的能力。 让学生了解人类在万有引力定律基础上科学家们持续不断创造性发展的成果，是人类对宇宙奥秘探索的历程，增强民族自信心和自豪感。 提升学生探究能力。 提升学生探究能力，
课堂小结 布置任务，让学生用思维导图进行课堂小节 学生可以个 别 回 答，或相互交流， 在交流的基础上进行学习小结。 促进知识的巩固掌握。提升运用思维导图进行知识梳理的能力。