1. 天体运动教学创新设计

《宇宙航行》教学设计

教学目标

（一）知识和能力

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

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

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。

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。

教学难点

卫星的发射速度与运行速度的关系。

教学方法

探究、讲授、讨论。

教学过程

教学环节

引入

新课教学

教师活动

（展示视频片断，教师讲述）

人类一直梦想能够在天空中遨游，古代就有人尝试用各种方法飞向天空，但均以失败告终，伴随着科技的发展，现代人类终于实现了梦想。那么，现代人成功的奥秘在哪里呢？通过本节课的学习，你们能否找到答案呢？

（一）宇宙速度

1．人造卫星原理

（1）．牛顿对人造地球卫星原理的描绘

提问：怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动？

在高山上物体作平抛运动的初速度越大，落地点高山脚越远，当抛出速度足够大时，物体就不会落到地面上，成为绕地球旋转的人造地球卫星．

（展示人造卫星发射原理动画视频）

问题：人造地球卫星绕地球运行的动力学原因是什么？

（2）．人造地球卫星绕地球运行的动力学原因

地球给人造地球卫星的万有引力提供了它绕地球作匀速圆周运动所需的向心力．

学生活动

教学意图

观看视频

学生思考讨论回答并总结

观看并思考

引导学生思考，激发学生兴趣。

让学生了解人造地球卫星的最初构想和人造地球卫星的发射原理为第一宇宙速度的教学作好铺垫。

Mmv2422G2mmrm2rrrT

2．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

①推导：

突出难点，使学生会推导第一宇宙速度

通过思考学习，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情

设地球和卫星的质量分别为M和m，卫星到地心的距离为r卫

星的运行速度为v，由于卫星做圆周运动由万有引力提供向心学生板演，教师Mmv2G2m纠偏

rr力得

GM6.6710115.891024

v7.9103m/s7.9km/s6r6.3710

v7.9第一宇宙速度（环绕速度）：1km/s

②意义：它是人造卫星地面附近绕地球做匀速圆周运动所

必须具备的速度．

③如果卫星的速度小于第一宇宙速度，卫星将落到地面而不能

绕地球运转；等于这个速度卫星刚好能在地球表面附近作匀速

圆周运动；如果大于7.9km/s，而小于11.2km/s（第二宇宙速度），

卫星将沿椭圆轨道绕地球运行，地心就成为椭圆轨道的一个焦

点．

（2）第二宇宙速度（脱离速度）：

v22v111.2km/s

①意义：使卫星挣脱地球的引力束缚，成为绕太阳运行的

人造行星的最小发射速度．

②如果人造天体的速度大于11.2km/s而小于16.7km/s，则

它的运行轨道相对于太阳将是椭圆，太阳就成为该椭圆轨道的

一个焦点．

v16.7km/s3

（3）第三宇宙速度（逃逸速度）：

①意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度．

②如果人造天体具有这样的速度并沿着地球绕太阳的公转

方向发射时，就可以摆脱地球和太阳引力的束缚而邀游太空了．

3、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？

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

学生思考与合作探究

掌握卫星运行的规律。

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），此时线速度最大为7．9km/s。，角速度最大，周期最小。

4、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。）

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。

提问：人造卫星的发射速度与运行速度之间有什么关系？

解答：人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小关系是：学生通过视频了解卫星发射的全过程

思考、讨论与交流

学生阅读

激发兴趣的同时，了解发射速度和运行速度。

使学生加深对第一宇宙速度的确切理解

认清发射速度与运行速度的关系，突破难点。

11.2km/sv发射7.9km/sv运

（二）、梦想成真

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。

1970年，中国第一颗人造卫星发射成功。

增强民族自信心和自豪感. 激发热爱科学，热爱祖国的情感，

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）课堂展示

(1)、世界航天发展史

(2)、我国航天发展史

(3)、伟大的宇航员

(4)、黑洞之谜

(5)、航天器介绍

（例1）：利用所学知识，推导第一宇宙速度的另一表达式:vgR

(例2)：若取地球的第一宇宙速度为8km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球的1.5倍，则此行星的第一宇宙速度约为：

A、16 km/s B、32 km/s C4km/s D、2km/s 小结：

1、卫星绕地球做匀速圆周运动所需的向心力由万有引力提供的。

2三种宇宙速度v17.9km/s，v211.2km/s，

课前，每一组围绕本组的主题查找相关资料制作海报进行展示。

学生板演过程

学生小结，教师板书

体验对科学献身的精神。

培养生团结合作能力，锻炼学生收集总结资料的动手能力，

丰富知识面，激发热爱科学，热爱祖国的情感。通过小组合作方式。

强化第一宇宙速度的理解。

让学生意犹未尽，更进一步激起学生对科学的热情。

v316.7km/s．

3、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。

课后反思

这节课始终以学生为主体精心设计学习活动。没有让学生机械的记忆，而且给学生主动探索、自主学习的空间，通过学生的思考、动手、观察、讨论，激发学生的学习热情，使学生由被动接受知识转化为主动的获取知识，让学生真正学会如何学习，使学生的创新潜能得到最大发挥。