高中物理《宇宙航行》教学设计

作为一名无私奉献的老师，常常要写一份优秀的教学设计，借助教学设计可以更大幅度地提高学生各方面的能力，从而使学生获得良好的发展。怎样写教学设计才更能起到其作用呢？下面是小编为大家整理的高中物理《宇宙航行》教学设计，希望能够帮助到大家。

高中物理《宇宙航行》教学设计 1

一、预习目标：

预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。

二、预习内容

1、发射人造地球卫星的最初构想是什么？

2、第一宇宙速度的计算方法有几种？

3、你对我国的航空航天知识了解多少？

课内探究学案

一、学习目标

（1）知道人造地球卫星的运行原理，会运用万有引力定律和圆周运动公式分析解答有关卫星运行的原因；

（2）掌握三个宇宙速度，会推导第一宇宙速度；

（3）简单了解航天发展史。

（4）能用所学知识求解卫星基本问题。

学习重难点：

（1）第一宇宙速度的推导；

（2）人造卫星运转的环行速度与卫星发射速度的区别；

二、学习过程

1、抛物演示实验：学生观察落地点的变化，落地点为什么会变化？

2、牛顿的思考与设想：

3、问题的提出：人造卫星为什么不掉下来，人造卫星的线速度有多大。

三、方法步骤：

学生活动：分组讨论，得出结论。

1、由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球的引力（即重力），用来充当绕地运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来。

2、由平抛物体的运动规律知：

x=v0t ①

h= ②

联立①、②可得： x=v0

即物体飞行的水平距离和初速度v0及竖直高度h有关，在竖直高度相同的情况下，水平距离的大小只与初速度v0有关，水平初速度越大，飞行的越远。

3、当平抛的水平初速度足够大时，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的卫星。

学生活动：阅读课文，找出相应答案。

1、卫星绕地球运转时做匀速圆周运动，此时的动力学方程是：G

2、向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。

3、人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的`速度叫第一宇宙速度。

人造卫星绕地球做椭圆轨道运动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度。

人造卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙中去时，所必须具有的速度叫第三宇宙速度。

［例题1］“2003年10月15日9时，我国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把我国第一位航天员杨利伟送入太空。飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。”根据以上消息，近似地把飞船从发射到降落的全部运动看作绕地球的匀速圆周运动，试估算神舟五号绕地球飞行时距地面的高度（已知地球的质量为M =6.0x1024Kg，地球的半径 R =6.4x103Km）

(6700Km)

［例题2］金星的半径是地球的0.95倍，质量是地球的0.82倍，金星表面的自由落体加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？

(8.9m/s2;7.34Km/s)

4、当堂检测

1、关于宇宙速度，下列说法正确的是（ ）

A.第一宇宙速度是能使人造地球卫星飞行的最小发射速度

B.第一宇宙速度使人造地球卫星绕地球飞行的最小速度

C.第二宇宙速度使卫星在椭圆轨道上运行时的最大速度

D.第三宇宙速度时发射人造地球卫星的最小速度

2、将卫星发射至近地圆轨道1，然后再次点火，将卫星送入同步轨道

3、轨道1、2相切于Q点，2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：

A．卫星在轨道3上的速率大于轨道1上的速率。

B．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度。

C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度。

D．卫星在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。

5、课后练习与提高

1．利用下列哪组数据，可以计算出地球质量：（ ）

A．已知地球半径和地面重力加速度

B．已知卫星绕地球作匀速圆周运动的轨道半径和周期

C．已知月球绕地球作匀速圆周运动的周期和月球质量

D．已知同步卫星离地面高度和地球自转周期

2．“探路者”号宇宙飞船在宇宙深处飞行过程中，发现A、B两颗天体各有一颗靠近表面飞行的卫星，并测得两颗卫星的周期相等，以下判断错误的是

A．天体A、B表面的重力加速度与它们的半径成正比

B．两颗卫星的线速度一定相等

C．天体A、B的质量可能相等

D．天体A、B的密度一定相等

3．已知某天体的第一宇宙速度为8 km/s，则高度为该天体半径的宇宙飞船的运行速度为

A．2 km/s B．4 km/s

C．4 km/s D．8 km/s

4．2002年12月30日凌晨，我国的“神舟”四号飞船在酒泉载人航天发射场发射升空，按预定计划在太空飞行了6天零18个小时，环绕地球108圈后，在内蒙古中部地区准确着陆，圆满完成了空间科学和技术试验任务，为最终实现载人飞行奠定了坚实基础.若地球的质量、半径和引力常量G均已知，根据以上数据可估算出“神舟”四号飞船的

A.离地高度 B.环绕速度

C.发射速度 D.所受的向心力

5．（1998年全国卷）宇航员站在某一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球。经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L。若抛出时的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为 L。已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常数为G。求该星球的质量M。

6．（2004年全国理综第23题，16分）在勇气号火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过多次弹跳才停下来。假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为h，速度方向是水平的，速度大小为v0，求它第二次落到火星表面时速度的大小，计算时不计火星大气阻力。已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r，周期为T。火星可视为半径为r0的均匀球体。

参考答案：

1．A B 2．B 3．C 4．AB

5略

6略

高中物理《宇宙航行》教学设计 2

一、设计思想

宇宙航行不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法。因此，本节课是“万有引力定律与航天”中的重点内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。

学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。

本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。

本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采用理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓励学生的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握获取相关的知识和方法。

二、教学目标

（一）知识和能力目标

1．了解人造地球卫星的有关知识和航天发展史。

2．知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度。

3．理解卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

（二）过程与方法目标

1．在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力；培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力。

2．通过对卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。

（三）情感态度与价值观目标

1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成就，激发学生学习物理的热情。

2．通过介绍我国在航天方面的成就，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。

3．感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

三、教学重点

1．第一宇宙速度的推导。

2．卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

四、教学难点

卫星的发射速度与运行速度的关系。

五、教学方法

探究、讲授、讨论。

六、教学准备

多媒体。

七、教学过程

（一）引入新课

通过前面的学习我们知道了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。然而人类并不满足于只站在地球上探索宇宙的奥秘。本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行的。（利用幻灯片，向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。）

（二）推进新课

牛顿的思考

探究：怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动？

先让学生思考、讨论，教师可根据学生情况引导学生思考。

我们知道，在地面上将一个物体水平抛出，若抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？（不能）

早在16世纪道的牛顿就曾思考过这个问题。（播放卫星发射原理动画，并向学生分析）

从地球上最高的山峰上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。如果抛出的速度足够大，物体就不在落回地面，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。

宇宙速度

探究：以多大的速度发射这个物体，物体就刚好不落回地面，成为一颗绕地球表面做匀速圆周运动的`卫星呢？

1．第一宇宙速度

物体最终绕地球表面做匀速圆周运动，引力为其做圆周运动提供向心力。

代入数据得v=7．9/s

这就是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。

如果发射速度大于第一宇宙速度，结果会怎样呢？

2．第二宇宙速度

当抛出物体的速度继续增大，地球引力将不足以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11．2/s。我们把v=11．2/s叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。

3．第三宇宙速度

物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。若抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16．7v/s。这个速度叫做第三宇宙速度。

卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

探究：目前为止，人类发射的人造地球卫星已经有几千颗了，这些卫星运行的快慢不同，那么卫星运行的快慢与什么因素有关呢？

学生可能的答案：质量、轨道半径……

我们将不同轨道上的卫星绕地球运动都看成是匀速圆周运动，则有

可得：

结论：线速度、角速度、周期都与卫星的质量无关，仅由轨道半径决定。

当卫星环绕地球表面运行时，轨道半径最小为地球半径（r=R），此时线速度最大，角速度最大，周期最小。则

=7．9/s

=1．24x10-3rad/s

=84in

即卫星绕地球运行的最大速度为7．9/s。

人造卫星的发射速度与运行速度

（播放嫦娥一号发射的模拟视频，让学生了解卫星发射的全过程，学生也将对发射速度和运行速度有一个了解。）

1．发射速度

发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。

2．运行速度

运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。

梦想成真

学生先阅读，然后教师简述补充。（借助于多媒体，一边向学生展示，一边介绍，注意情感态度与价值观目标的实现。）

其实早在六百多年前的明朝，一个名叫万户的人就曾有“飞天”的壮举，但最终未能成功，并为之付出了生命。万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”，为了纪念这位世界航天始祖，世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”。

19世纪中叶，俄罗斯学者，齐奥尔科夫斯基，提出利用喷气推进的多级火箭，运载发射卫星。

1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星成功在苏联发射成功。

1961年4月12日，世界上第一次载人飞行，苏联。

1969年7月16日，人类第一次登上月球，美国。

1070年，中国第一颗人造卫星发射成功。

2003年10月15日，中国第一次载人飞行。

2007年，嫦娥一号成功发射。

然而人类对宇宙的探索并不是一帆风顺的，无数探索者用自己的汗水和生命铺设了人类通往宇宙的道路。

1986年1月28日，美国，挑战者号航天飞机升空后爆炸，七名宇航员遇难。

2003年2月1日，美国，哥伦比亚号航天飞机返航时爆炸，七名宇航员遇难。

（三）课堂小结

尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月亮不过是茫茫宇宙中的两粒尘埃；相对于宇宙之久长，人类历史不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕。宇宙留给人们的思考和疑问深邃而广阔。宇宙有没有边界？有没有起始和终结？地外文明在哪里？这些都是留给大家待以解决的问题。

高中物理《宇宙航行》教学设计 3

我今天说课的课题是《宇宙航行》，关于这节课我主要介绍以下几方面内容：教材简介，课程分析，教学目标，教学重点难点，教学过程，其中教学过程又包括下面五个部分：复习旧课，新课引入，新课教学，巩固复习，布置作业，下面我将对各个部分进行详细的解说。

一、教材简介

《宇宙航行》是人民教教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书物理必修2模块第7章第5节的内容。

二、课程分析

本节课是以学生已掌握的曲线运动一章中的平抛运动，圆周运动，和向心力等知识以及万有引力定律为基础。重点讲述了人造卫星的发射原理，人造卫星绕地球做圆周运动的动力学原因和人造卫星的速度问题。人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，为学生以后深入学习研究天体物理问题奠定了基础，而且本节课与社会生活有着密切的联系，如气象卫星与天气预报，卫星定位系统与自动导航汽车等，更值得大家瞩目的是：我国在20xx年，20xx年相继成功发射了“神舟五号” 、“神舟六号”宇宙飞船，圆了国人盼望已久的飞天之梦，为以后进一步的科学研究奠定了坚实的基础，因此本节课具有广泛的现实意义和科研价值。

三、教学目标

依据课程标准，对教材分析之后制定了如下三维教学目标：

（一）知识与技能

1）知道世界航天发展史和航天发展史；

2）理解人造卫星的发射原理，并能够准确阐述其绕地球做圆周运动的动力学原因；

3）会计算人造卫星的环绕速度，并能推导第一宇宙速度；

4）了解第二，第三宇宙速度的含义。

（二）过程与方法

1）通过“航天员与记者”模拟活动的参与，提高学生的合理表达能力；

2）学生在人造卫星发射原理的探究过程中培养自主探究能力和分析推理能力。

（三）情感态度与价值观

1）通过观看“世界航天发展史和航天发展史”视频激发学生学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

四、教学重点难点

学生在解决第一宇宙速度，以及相关课后习题时均以人造卫星的环绕速度为基础，因此本节课的重点内容是人造卫星环绕速度的求解。那么，本节课的难点又在哪里呢？对于人造卫星、宇宙飞船等高科技产品，学生在学习时往往存在一定的心里障碍，而且高一学生思维不够敏捷，很难做到大跨度的思维跳跃，因此对人造卫星发射原理的理解便成了学生学习中的拦路虎，成为本节课的难点问题。针对该难点问题，在教学过程中主要采用理论探究的方法，从学生已有的知识出发，经过一系列有序合理的教学活动，师生共同努力，最终踢飞绊脚石，解决难点问题，为后续学习做好准备。

五、教学过程

（一）复习旧课，构建知识平台

此过程可采用学生板书的形式，检查他们对圆周运动、万有引力定律等知识的掌握情况，巩固复习为新课学习做好准备。

（二）新课引入

1新课引入，创设情境

新课引入，创设情境旨在创设学习情境，激发学生学习兴趣，此过程充分发挥了现代信息技术与课程整合的优势，运用计算机的视频播放功能向学生展示“世界航天发展史和航天发展史”，不仅能够激发学生的学习兴趣，开阔学生的视野，而且能够增强学生的民族自信心和自豪感，可谓一举多得。

2情境模拟，课题构建

教师创设情境，请学生进行“宇航员与小记者”的情境模拟活动，请一位同学扮演宇航员，请其他同学模仿小记者，每一位小记者都有机会向宇航员提出一个自己最想知道的关于宇宙航天的问题。老师将问题在黑板上一一列出，然后找出与本节课相关的问题，其他问题请同学课后上查资料自己解决，并制作宇宙航行小资料卡，同学之间相互交流合作。

然后运用课件向学生展示本节课的内容进行比较，有许多相似之处，因此本节课的教学过程也就是对学生所提问题的答疑过程，进而充分调动了学生的学习兴趣。情境模拟活动不但活跃了课堂气氛，而且最大限度的调动了学生学习的积极性、主动性，让他们在不知不觉中进入角色，融入课堂教学活动。

（三）新课教学

建构主义理论认为教学过程应以学生为中心，教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，充分调动学生的主动性、积极性和首创，最终达到学生对所学知识意义构建的目的'。第一小节教学设计便遵循了该理论。

1人造卫星的发射原理

首先：教师运用课件动画展示平抛运动，引导学生观察现象，结论，师生，得出正确结论，并在课件上出示。

然后：教师鼓励学生对得到的结论进行发散思维，学生可能很难由一个平面跳跃到地球这个大曲面，教师给予适当的引导，并适时设疑：若将从地球这个大曲面上抛出一物体当速度逐渐增大时会有什么现象发生呢？让学生思考猜测，分组讨论，教师巡回指导，并派代表发表见解。教师，课件展示牛顿设想，并用动画动态演示人造卫星发射原理。

与此同时：请学生考虑，人造卫星发射成功，绕地球做圆周运动的向心力由哪些力？学生讨论，教师给予解释引导，最后课件出示答案，请同学写出相关公式，课件出示正确公式，同桌之间互相纠正。

第一小节学习完后第二、三小节便很简单了。

2环绕速度

课件出示探究内容和已知条件：

已知地球和人造卫星质量分别为M 和m，卫星到地心的距离为r，求卫星绕地球做圆周运动的环绕速度v 。

给学生适当的时间解决该问题，大多数同学在第一小节知识基础上已经能够解决该问题，但为使全体同学都达标教师还应对本题进行讲解。分四步：读题、分析、解题、。读题是为了让学生弄清题意；分析可采用互动式请学生回答解题依据，相关公式；解题借助课件显示解题过程，计算速度公式，加深学生理解；教师对题目做，强调解题方法，步骤。

3宇宙速度

现代教学理论认为，教学过程不但要做到知识传承，还应达到培养学生能力和发展智力等目的。宇宙速度的学习就是为了培养学生的阅读理解能力和归纳能力。

（1）第一宇宙速度求解：

根据第一宇宙速度含义和已学知识学生自己求解数值，教师的任务是说明其意义：最小的发射速度，最大的环绕速度，并加以解释。

（2）学生通过阅读教材归纳出第二、第三宇宙速度的含义，且明确它们的数值。

（3）最后教师运用课件动态展示人造卫星处于第一、第二、第三宇宙速度下的运行情况及运行轨道，变抽象概念为实际模型，加深学生的理解。

到此新课教学便结束了，给学生几分钟的时间复习学过的知识。

（四）复习巩固

巩固学生所学知识，做到灵活运用，融会贯通。

（五）布置作业

课外探究作业不仅可以巩固课堂学习的知识，而且能扩展学生的视野，有利而无害。

教师课堂结束语，对学生进行情感激励，有始有终，完美的结束课堂教学活动。

六、教学反思

本节课始终以学生为主体设计教学活动，广泛利用各种声音，视频，动画等络资源，创设教学情境，调动学生情感，而且还运用情景模拟活动，使学生顺其自然的进入角色，融入学习活动中。在教学过程中，教师引导鼓励学生大胆猜测，探索研究，体验与科学家牛顿原始研究人造卫星发射原理相似的“再发现”过程，引起情感共鸣，积极主动学习。学生在协作，会话交流过程中逐个解决需要学习的问题，最终圆满完成教学任务，在轻松愉快的氛围下结束课程。