高中物理《宇宙航行》教學設計

時間：2024-03-08 14:17:12 美云教學設計我要投稿

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高中物理《宇宙航行》教學設計

　　作為一名無私奉獻的老師，常常要寫一份優秀的教學設計，借助教學設計可以更大幅度地提高學生各方面的能力，從而使學生獲得良好的發展。怎樣寫教學設計才更能起到其作用呢？下面是小編為大家整理的高中物理《宇宙航行》教學設計，希望能夠幫助到大家。

高中物理《宇宙航行》教學設計

　　高中物理《宇宙航行》教學設計 1

　　一、預習目標：

　　預習人造衛星的發射、第一宇宙速度的計算。

　　二、預習內容

　　1、發射人造地球衛星的最初構想是什么？

　　2、第一宇宙速度的計算方法有幾種？

　　3、你對我國的航空航天知識了解多少？

　　課內探究學案

　　一、學習目標

　　（1）知道人造地球衛星的運行原理，會運用萬有引力定律和圓周運動公式分析解答有關衛星運行的原因；

　　（2）掌握三個宇宙速度，會推導第一宇宙速度；

　　（3）簡單了解航天發展史。

　　（4）能用所學知識求解衛星基本問題。

　　學習重難點：

　　（1）第一宇宙速度的推導；

　　（2）人造衛星運轉的環行速度與衛星發射速度的區別；

　　二、學習過程

　　1、拋物演示實驗：學生觀察落地點的變化，落地點為什么會變化？

　　2、牛頓的思考與設想：

　　3、問題的提出：人造衛星為什么不掉下來，人造衛星的線速度有多大。

　　三、方法步驟：

　　學生活動：分組討論，得出結論。

　　1、由于月球在繞地球沿近似圓周的軌道運轉，此時月球受到的地球的引力（即重力），用來充當繞地運轉的向心力，故而月球并不會落到地面上來。

　　2、由平拋物體的運動規律知：

　　x=v0t ①

　　h= ②

　　聯立①、②可得： x=v0

　　即物體飛行的水平距離和初速度v0及豎直高度h有關，在豎直高度相同的情況下，水平距離的大小只與初速度v0有關，水平初速度越大，飛行的越遠。

　　3、當平拋的水平初速度足夠大時，物體飛行的距離也很大，由于地球是一圓球體，故物體將不能再落回地面，而成為一顆繞地球運轉的衛星。

　　學生活動：閱讀課文，找出相應答案。

　　1、衛星繞地球運轉時做勻速圓周運動，此時的動力學方程是：G

　　2、向高軌道發射衛星時，火箭須克服地球對它的引力而做更多的功，對火箭的要求更高一些，所以比較困難。

　　3、人造衛星在地面附近繞地球做勻速圓周運動時所必須具有的`速度叫第一宇宙速度。

　　人造衛星繞地球做橢圓軌道運動時所具有的最大運轉速度叫第二宇宙速度。

　　人造衛星掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的宇宙中去時，所必須具有的速度叫第三宇宙速度。

　　［例題1］“2003年10月15日9時，我國神舟五號宇宙飛船在酒泉衛星發射中心成功發射，把我國第一位航天員楊利偉送入太空。飛船繞地球飛行14圈后，于10月16日6時23分安全降落在內蒙古主著陸場。”根據以上消息，近似地把飛船從發射到降落的全部運動看作繞地球的勻速圓周運動，試估算神舟五號繞地球飛行時距地面的高度（已知地球的質量為M =6.0x1024Kg，地球的半徑 R =6.4x103Km）

　　(6700Km)

　　［例題2］金星的半徑是地球的0.95倍，質量是地球的0.82倍，金星表面的自由落體加速度是多大？金星的第一宇宙速度是多大？

　　(8.9m/s2;7.34Km/s)

　　4、當堂檢測

　　1、關于宇宙速度，下列說法正確的是（）

　　A.第一宇宙速度是能使人造地球衛星飛行的最小發射速度

　　B.第一宇宙速度使人造地球衛星繞地球飛行的最小速度

　　C.第二宇宙速度使衛星在橢圓軌道上運行時的最大速度

　　D.第三宇宙速度時發射人造地球衛星的最小速度

　　2、將衛星發射至近地圓軌道1，然后再次點火，將衛星送入同步軌道

　　3、軌道1、2相切于Q點，2、3相切于P點，則當衛星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是：

　　A．衛星在軌道3上的速率大于軌道1上的速率。

　　B．衛星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度。

　　C．衛星在軌道1上經過Q點時的加速度大于它在軌道2上經過Q點時的加速度。

　　D．衛星在軌道2上經過P點的加速度等于它在軌道3上經過P點時的加速度。

　　5、課后練習與提高

　　1．利用下列哪組數據，可以計算出地球質量：（）

　　A．已知地球半徑和地面重力加速度

　　B．已知衛星繞地球作勻速圓周運動的軌道半徑和周期

　　C．已知月球繞地球作勻速圓周運動的周期和月球質量

　　D．已知同步衛星離地面高度和地球自轉周期

　　2．“探路者”號宇宙飛船在宇宙深處飛行過程中，發現A、B兩顆天體各有一顆靠近表面飛行的衛星，并測得兩顆衛星的周期相等，以下判斷錯誤的是

　　A．天體A、B表面的重力加速度與它們的半徑成正比

　　B．兩顆衛星的線速度一定相等

　　C．天體A、B的質量可能相等

　　D．天體A、B的密度一定相等

　　3．已知某天體的第一宇宙速度為8 km/s，則高度為該天體半徑的宇宙飛船的運行速度為

　　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，我國的“神舟”四號飛船在酒泉載人航天發射場發射升空，按預定計劃在太空飛行了6天零18個小時，環繞地球108圈后，在內蒙古中部地區準確著陸，圓滿完成了空間科學和技術試驗任務，為最終實現載人飛行奠定了堅實基礎.若地球的質量、半徑和引力常量G均已知，根據以上數據可估算出“神舟”四號飛船的

　　A.離地高度 B.環繞速度

　　C.發射速度 D.所受的向心力

　　5．（1998年全國卷）宇航員站在某一星球表面上的某高處，沿水平方向拋出一小球。經過時間t，小球落到星球表面，測得拋出點與落地點之間的距離為L。若拋出時的初速度增大到2倍，則拋出點與落地點之間的距離為 L。已知兩落地點在同一水平面上，該星球的半徑為R，萬有引力常數為G。求該星球的質量M。

　　6．（2004年全國理綜第23題，16分）在勇氣號火星探測器著陸的最后階段，著陸器降落到火星表面上，再經過多次彈跳才停下來。假設著陸器第一次落到火星表面彈起后，到達最高點時高度為h，速度方向是水平的，速度大小為v0，求它第二次落到火星表面時速度的大小，計算時不計火星大氣阻力。已知火星的一個衛星的圓軌道的半徑為r，周期為T。火星可視為半徑為r0的均勻球體。

　　參考答案：

　　1．A B 2．B 3．C 4．AB

　　5略

　　6略

　　高中物理《宇宙航行》教學設計 2

　　一、設計思想

　　宇宙航行不但介紹了人造衛星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法。因此，本節課是“萬有引力定律與航天”中的重點內容，是學生進一步學習研究天體物理問題的理論基礎。另外，學生通過對人造衛星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產生對航天科學的熱愛，增強民族自信心和自豪感。

　　學生已學過平拋運動、勻速圓周運動、萬有引力定律等基本理論，具備了解決問題的基本工具。

　　本節重點講述了人造衛星的發射原理，推導了第一宇宙速度，并介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛星是萬有引力定律在天文學上應用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現了知識的力量，是學生學習了解現代科技知識的一個極好素材。

　　本節課的難點在于對人造衛星原理的理解，因此教學設計上采用理論探究法，在設計中突出發揮學生的主體作用，課堂中通過設疑→思考→啟發→引導這樣一條主線，激發鼓勵學生的大膽思考、積極參與，讓學生通過自己的分析研究來掌握獲取相關的知識和方法。

　　二、教學目標

　　（一）知識和能力目標

　　1．了解人造地球衛星的有關知識和航天發展史。

　　2．知道三個宇宙速度的含義和數值，會推導第一宇宙速度。

　　3．理解衛星的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。

　　（二）過程與方法目標

　　1．在學習牛頓對衛星發射的思考過程的同時，培養學生科學探索能力；培養學生在處理實際問題時，如何構建物理模型的能力。

　　2．通過對衛星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系的討論，培養學生運用知識分析解決實際問題的能力。

　　（三）情感態度與價值觀目標

　　1．通過展示人類在宇宙航行領域中的偉大成就，激發學生學習物理的熱情。

　　2．通過介紹我國在航天方面的成就，激發學生的愛國熱情，增強民族自信心和自豪感。

　　3．感知人類探索宇宙的夢想，促使學生樹立獻身科學的人生觀和價值觀。

　　三、教學重點

　　1．第一宇宙速度的推導。

　　2．衛星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。

　　四、教學難點

　　衛星的發射速度與運行速度的關系。

　　五、教學方法

　　探究、講授、討論。

　　六、教學準備

　　多媒體。

　　七、教學過程

　　（一）引入新課

　　通過前面的學習我們知道了，人類通過站在地球上的觀測，認識到了天體做什么樣的運動，并進一步弄清了天體為什么要做這樣的運動。然而人類并不滿足于只站在地球上探索宇宙的奧秘。本節課，我們就來學習人類是如何走出地球，飛向宇宙，進行宇宙航行的。（利用幻燈片，向學生展示一些航天類的圖片，以激發學生的學習興趣。）

　　（二）推進新課

　　牛頓的思考

　　探究：怎樣才能使得一個物體繞著地球做圓周運動？

　　先讓學生思考、討論，教師可根據學生情況引導學生思考。

　　我們知道，在地面上將一個物體水平拋出，若拋出時速度越大，則落地點距拋出點的水平距離越大。如果拋出速度很大時，我們還能將地面看作平面嗎？（不能）

　　早在16世紀道的牛頓就曾思考過這個問題。（播放衛星發射原理動畫，并向學生分析）

　　從地球上最高的山峰上將物體水平拋出，速度越大，落地點就越遠。如果拋出的速度足夠大，物體就不在落回地面，它將繞地球運動，成為一顆人造地球衛星。

　　宇宙速度

　　探究：以多大的速度發射這個物體，物體就剛好不落回地面，成為一顆繞地球表面做勻速圓周運動的`衛星呢？

　　1．第一宇宙速度

　　物體最終繞地球表面做勻速圓周運動，引力為其做圓周運動提供向心力。

　　代入數據得v=7．9/s

　　這就是物體在地面附近做勻速圓周運動的速度，叫做第一宇宙速度。

　　如果發射速度大于第一宇宙速度，結果會怎樣呢？

　　2．第二宇宙速度

　　當拋出物體的速度繼續增大，地球引力將不足以為其做圓周運動提供向心力，物體將會脫離地球引力，離開地球。這個速度為v=11．2/s。我們把v=11．2/s叫做第二宇宙速度。如果發射速度大于第一宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它繞地球運行的軌跡就不是圓，而是橢圓。

　　3．第三宇宙速度

　　物體脫離地球引力的束縛后，還會受到太陽引力的束縛。若拋出的速度足夠大，物體還將脫離太陽引力的束縛，飛向太陽系之外的宇宙空間。這個速度v=16．7v/s。這個速度叫做第三宇宙速度。

　　衛星運行的線速度、角速度、周期與軌道半徑的關系。

　　探究：目前為止，人類發射的人造地球衛星已經有幾千顆了，這些衛星運行的快慢不同，那么衛星運行的快慢與什么因素有關呢？

　　學生可能的答案：質量、軌道半徑……

　　我們將不同軌道上的衛星繞地球運動都看成是勻速圓周運動，則有

　　可得：

　　結論：線速度、角速度、周期都與衛星的質量無關，僅由軌道半徑決定。

　　當衛星環繞地球表面運行時，軌道半徑最小為地球半徑（r=R），此時線速度最大，角速度最大，周期最小。則

　　=7．9/s

　　=1．24x10-3rad/s

　　=84in

　　即衛星繞地球運行的最大速度為7．9/s。

　　人造衛星的發射速度與運行速度

　　（播放嫦娥一號發射的模擬視頻，讓學生了解衛星發射的全過程，學生也將對發射速度和運行速度有一個了解。）

　　1．發射速度

　　發射速度是指衛星在地面附近離開發射裝置的初速度，一旦發射后再無能量補充，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。

　　2．運行速度

　　運行速度指衛星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛星“貼著”地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛星的軌道半徑大于地球半徑時，運行速度小于第一宇宙速度。

　　夢想成真

　　學生先閱讀，然后教師簡述補充。（借助于多媒體，一邊向學生展示，一邊介紹，注意情感態度與價值觀目標的實現。）

　　其實早在六百多年前的明朝，一個名叫萬戶的人就曾有“飛天”的壯舉，但最終未能成功，并為之付出了生命。萬戶是世界上第一個利用火箭向太空搏擊的英雄。他的努力雖然失敗了，但他借助火箭推力升空的創想是世界上第一個，因此他被世界公認為“真正的航天始祖”，為了紀念這位世界航天始祖，世界科學家將月球上的一座環形火山命名為“萬戶山”。

　　19世紀中葉，俄羅斯學者，齊奧爾科夫斯基，提出利用噴氣推進的多級火箭，運載發射衛星。

　　1957年10月4日，世界上第一顆人造衛星成功在蘇聯發射成功。

　　1961年4月12日，世界上第一次載人飛行，蘇聯。

　　1969年7月16日，人類第一次登上月球，美國。

　　1070年，中國第一顆人造衛星發射成功。

　　2003年10月15日，中國第一次載人飛行。

　　2007年，嫦娥一號成功發射。

　　然而人類對宇宙的探索并不是一帆風順的，無數探索者用自己的汗水和生命鋪設了人類通往宇宙的道路。

　　1986年1月28日，美國，挑戰者號航天飛機升空后爆炸，七名宇航員遇難。

　　2003年2月1日，美國，哥倫比亞號航天飛機返航時爆炸，七名宇航員遇難。

　　（三）課堂小結

　　盡管人類已經跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙之宏大，地球和月亮不過是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對于宇宙之久長，人類歷史不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕。宇宙留給人們的思考和疑問深邃而廣闊。宇宙有沒有邊界？有沒有起始和終結？地外文明在哪里？這些都是留給大家待以解決的問題。

　　高中物理《宇宙航行》教學設計 3

　　我今天說課的課題是《宇宙航行》，關于這節課我主要介紹以下幾方面內容：教材簡介，課程分析，教學目標，教學重點難點，教學過程，其中教學過程又包括下面五個部分：復習舊課，新課引入，新課教學，鞏固復習，布置作業，下面我將對各個部分進行詳細的解說。

　　一、教材簡介

　　《宇宙航行》是人民教教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書物理必修2模塊第7章第5節的內容。

　　二、課程分析

　　本節課是以學生已掌握的曲線運動一章中的平拋運動，圓周運動，和向心力等知識以及萬有引力定律為基礎。重點講述了人造衛星的發射原理，人造衛星繞地球做圓周運動的動力學原因和人造衛星的速度問題。人造衛星是萬有引力定律在天文學上應用的一個實例，為學生以后深入學習研究天體物理問題奠定了基礎，而且本節課與社會生活有著密切的聯系，如氣象衛星與天氣預報，衛星定位系統與自動導航汽車等，更值得大家矚目的是：我國在20xx年，20xx年相繼成功發射了“神舟五號” 、“神舟六號”宇宙飛船，圓了國人盼望已久的飛天之夢，為以后進一步的科學研究奠定了堅實的基礎，因此本節課具有廣泛的現實意義和科研價值。

　　三、教學目標

　　依據課程標準，對教材分析之后制定了如下三維教學目標：

　　（一）知識與技能

　　1）知道世界航天發展史和航天發展史；

　　2）理解人造衛星的發射原理，并能夠準確闡述其繞地球做圓周運動的動力學原因；

　　3）會計算人造衛星的環繞速度，并能推導第一宇宙速度；

　　4）了解第二，第三宇宙速度的含義。

　　（二）過程與方法

　　1）通過“航天員與記者”模擬活動的參與，提高學生的合理表達能力；

　　2）學生在人造衛星發射原理的探究過程中培養自主探究能力和分析推理能力。

　　（三）情感態度與價值觀

　　1）通過觀看“世界航天發展史和航天發展史”視頻激發學生學習科學，熱愛科學的激情，增強民族自信心和自豪感。

　　四、教學重點難點

　　學生在解決第一宇宙速度，以及相關課后習題時均以人造衛星的環繞速度為基礎，因此本節課的重點內容是人造衛星環繞速度的求解。那么，本節課的難點又在哪里呢？對于人造衛星、宇宙飛船等高科技產品，學生在學習時往往存在一定的心里障礙，而且高一學生思維不夠敏捷，很難做到大跨度的思維跳躍，因此對人造衛星發射原理的理解便成了學生學習中的攔路虎，成為本節課的難點問題。針對該難點問題，在教學過程中主要采用理論探究的方法，從學生已有的知識出發，經過一系列有序合理的教學活動，師生共同努力，最終踢飛絆腳石，解決難點問題，為后續學習做好準備。

　　五、教學過程

　　（一）復習舊課，構建知識平臺

　　此過程可采用學生板書的形式，檢查他們對圓周運動、萬有引力定律等知識的掌握情況，鞏固復習為新課學習做好準備。

　　（二）新課引入

　　1新課引入，創設情境

　　新課引入，創設情境旨在創設學習情境，激發學生學習興趣，此過程充分發揮了現代信息技術與課程整合的優勢，運用計算機的視頻播放功能向學生展示“世界航天發展史和航天發展史”，不僅能夠激發學生的學習興趣，開闊學生的視野，而且能夠增強學生的民族自信心和自豪感，可謂一舉多得。

　　2情境模擬，課題構建

　　教師創設情境，請學生進行“宇航員與小記者”的情境模擬活動，請一位同學扮演宇航員，請其他同學模仿小記者，每一位小記者都有機會向宇航員提出一個自己最想知道的關于宇宙航天的問題。老師將問題在黑板上一一列出，然后找出與本節課相關的問題，其他問題請同學課后上查資料自己解決，并制作宇宙航行小資料卡，同學之間相互交流合作。

　　然后運用課件向學生展示本節課的內容進行比較，有許多相似之處，因此本節課的教學過程也就是對學生所提問題的答疑過程，進而充分調動了學生的學習興趣。情境模擬活動不但活躍了課堂氣氛，而且最大限度的調動了學生學習的積極性、主動性，讓他們在不知不覺中進入角色，融入課堂教學活動。

　　（三）新課教學

　　建構主義理論認為教學過程應以學生為中心，教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，充分調動學生的主動性、積極性和首創，最終達到學生對所學知識意義構建的目的'。第一小節教學設計便遵循了該理論。

　　1人造衛星的發射原理

　　首先：教師運用課件動畫展示平拋運動，引導學生觀察現象，結論，師生，得出正確結論，并在課件上出示。

　　然后：教師鼓勵學生對得到的結論進行發散思維，學生可能很難由一個平面跳躍到地球這個大曲面，教師給予適當的引導，并適時設疑：若將從地球這個大曲面上拋出一物體當速度逐漸增大時會有什么現象發生呢？讓學生思考猜測，分組討論，教師巡回指導，并派代表發表見解。教師，課件展示牛頓設想，并用動畫動態演示人造衛星發射原理。

　　與此同時：請學生考慮，人造衛星發射成功，繞地球做圓周運動的向心力由哪些力？學生討論，教師給予解釋引導，最后課件出示答案，請同學寫出相關公式，課件出示正確公式，同桌之間互相糾正。

　　第一小節學習完后第二、三小節便很簡單了。

　　2環繞速度

　　課件出示探究內容和已知條件：

　　已知地球和人造衛星質量分別為M 和m，衛星到地心的距離為r，求衛星繞地球做圓周運動的環繞速度v 。

　　給學生適當的時間解決該問題，大多數同學在第一小節知識基礎上已經能夠解決該問題，但為使全體同學都達標教師還應對本題進行講解。分四步：讀題、分析、解題、。讀題是為了讓學生弄清題意；分析可采用互動式請學生回答解題依據，相關公式；解題借助課件顯示解題過程，計算速度公式，加深學生理解；教師對題目做，強調解題方法，步驟。

　　3宇宙速度

　　現代教學理論認為，教學過程不但要做到知識傳承，還應達到培養學生能力和發展智力等目的。宇宙速度的學習就是為了培養學生的閱讀理解能力和歸納能力。

　　（1）第一宇宙速度求解：

　　根據第一宇宙速度含義和已學知識學生自己求解數值，教師的任務是說明其意義：最小的發射速度，最大的環繞速度，并加以解釋。

　　（2）學生通過閱讀教材歸納出第二、第三宇宙速度的含義，且明確它們的數值。

　　（3）最后教師運用課件動態展示人造衛星處于第一、第二、第三宇宙速度下的運行情況及運行軌道，變抽象概念為實際模型，加深學生的理解。

　　到此新課教學便結束了，給學生幾分鐘的時間復習學過的知識。

　　（四）復習鞏固

　　鞏固學生所學知識，做到靈活運用，融會貫通。

　　（五）布置作業

　　課外探究作業不僅可以鞏固課堂學習的知識，而且能擴展學生的視野，有利而無害。

　　教師課堂結束語，對學生進行情感激勵，有始有終，完美的結束課堂教學活動。

　　六、教學反思

　　本節課始終以學生為主體設計教學活動，廣泛利用各種聲音，視頻，動畫等絡資源，創設教學情境，調動學生情感，而且還運用情景模擬活動，使學生順其自然的進入角色，融入學習活動中。在教學過程中，教師引導鼓勵學生大膽猜測，探索研究，體驗與科學家牛頓原始研究人造衛星發射原理相似的“再發現”過程，引起情感共鳴，積極主動學習。學生在協作，會話交流過程中逐個解決需要學習的問題，最終圓滿完成教學任務，在輕松愉快的氛圍下結束課程。

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