课外读物名师教学设计1

大连市第二十高级中学

必修二课外读物——《中国航天发展史》教学设计

大连市第二十高级中学

叶红

一、设计思想

教科书中推荐的与必修二相关的课外读物有《大众天文学》、《轻松话引力》、《宇宙》、《寻找太阳系的疆界》等七本书，笔者在阅读这几本书的同时联系到中国航天事业的迅速发展，从提升学生民族自豪感的角度，开发并设计了本节内容。本节内容强调了物理学知识在航空尖端技术领域的重要性，并为对物理感兴趣的同学提供了新思路。

课外读物是普通高中课程标准实验教科书物理必修二的最后内容，学生在学习了曲线运动、万有引力与航天、机械能守恒等相关知识后，已经具备了初步解决问题的能力。在此基础上，联系我国蓬勃发展的航天事业发展现状，选取其中与高中物理相关的部分，让学生们在为祖国航天事业感到骄傲的同时运用已有知识解决未知问题。

二、教学目标

（一）知识目标

1.

通过阅读资料，了解我国航天面临的国际局势；

2.

知道“嫦娥一号”探月卫星变轨所涉及的物理学知识；知道“火箭”的物理学原理。

3.

了解“空间站”的相关科学知识。

（二）能力目标

培养学生阅读能力、归纳总结能力，语言表达能力、运用已有知识解决未知问题的能力。

（三）情感能力

通过对中国航天发展史的研究，提升学生的民族自豪感，激发学生热爱科学、探索真理的求知热情。

三、教学过程

教学

教学内容

教师行为

学生行为

设计意图

时间

环节

引课

“航天”概念

讲授“航天”这一概认真听课。

明确“航天”2分念的内容及其来源。

概念。

钟

详案：请把书翻到第85页，与我们这本书相关的课外读物有《大众天文学》、《轻松话引力》、《宇宙》等几本书，本节课立足于我们所学过的内容，参考《大众天文学》中有关地球、月球的章节，联系我国航天的发展现状，旨在让学生们学以致用，下面让我们一起走进中国航天发展史

“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”这首***的著作流传广泛、影响深远。被称为“中国航天之父”的钱学森从中得到极大的启发，他对比航海、航空等概念，科学的定义了人类在大气层之外的飞行活动，首创“航天”一词。航天，是指进入、探索、开发和利用太空（即地球大气层以外的宇宙空间，又称外层空间）以及地球以外天体的各种活动的总称。航天的基本条件1

大连市第二十高级中学

是具备完备的航天系统。组织航天活动和具备航天系统是一个国家航天实力和综合国力的重要标志，目前世界上只有少数几个国家拥有这种实力。我们一起来看我国航天面临的国际局势。

自主我国航天面提出问题

通过阅读材引起学生学习知8分钟

学习临的国际局补充问题

料回答问题。

识的欲望。

环节

势。

补充答案

让学生参与课堂活动。

详案：我国航天面临的国际形势

1. 美、苏（俄罗斯）两国航天规模和技术水平位于世界前列

在物理学发展的基础上，航天的历史要追溯到二战时期德国火箭的成功发射，德国战败后，美苏两国分别获得了德国火箭技术专家、技术资料以及产品样本，这为两国航天事业的发展奠定了坚实的基础，1957年和1958年，前苏联和美国分别成功发射了本国第一颗人造卫星，1969年美国航天员阿姆斯特朗成为世界上第一个在月球上行走的人，近年来两国在“空间站”建设上的继续赛跑，都证明时至今日美俄两国仍是世界航天技术的“领跑者”。

2. 欧洲航天事业的面貌焕然一新

欧洲是传统航天强国的集中地。二战期间，德国就有一系列鲜为人知的军事航天计划，技术能力惊人。二战后，法国开始自主研发火箭和导弹，并成功将人造卫星送入太空。法国积极推动欧洲各国联合发展航天事业并成立欧洲空间局，欧空局借助地缘优势和各国技术优势，发展了航天中心、运载火箭等一套完整的航天体系。到目前为止，欧空局已经成功发射几十颗人造地球卫星，并且其运载火箭技术已达到世界先进水平。

3.亚洲航天事业的突飞猛进

在亚洲，日本和印度的航天事业分别在美国和前苏联的帮助和支持下建立起来，逐步成长为世界航天大国。日本已经完全掌握了通信卫星、广播卫星、气象卫星、海洋卫星等各类卫星的先进技术，并且日本已经成为继美国和俄罗斯之后第三个进行月球探测的国家，日本的航天技术水平不容小觑。同时，位于我国西南部的印度在前苏联的帮助下，航天发展迅速，在火箭和卫星制造，卫星发射、跟踪、制导、控制与回收等方面具备了相当的实力。

在蓬勃发展、精彩纷呈的国际航天局势下，以***同志为代表的新中国领导人临危不惧，运筹帷幄，从国家安危出发，做出了发展航天技术的战略决策，回顾过去的五十多年，我国航天技术取得了巨大的进步，走过一个艰难而又光荣的历程。我们一起来梳理我国航天的发展史。

合作我国航天提出问题

通过阅读材料1、突出本节课重20学习发展史。

对学生回答思考并回答问点内容。

分钟

环节

的问题进行题；

2、培养学生思考补充和评价。

讲解问题。

问题、解决问题的

能力。

详案：我国航天的发展史

1.人造卫星——嫦娥一号卫星的地月转移变轨

我国人造卫星的研制工作开始于1964年，1970长征一号运载火箭成功地将“东方红一号”送入太空，我国成为世界上第五个独立自主地研制并成功发射人造卫星的国家。1980年，我国第一枚洲际导弹“东风-5”发射成功，1988年，我国第一枚气象卫星“风云一号”发射成功，1994年，我国新型运2

大连市第二十高级中学

载火箭“长征三号甲”发射成功。1999年，我国第一艘无人实验飞船“神州一号”发射成功。2008年“神州七号”载人飞船发射成功，我国成为第三个有能力把宇航员送上太空的国家。2009年，我国自主研发、发射的第一个月球探测器“嫦娥一号”成功撞击月球。2015年，我国成功发射世界首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”。2016年，“天宫二号”空间实验室成功发射升空。2017年，“天舟一号”货运飞船发射成功……到目前为止，我国成功研制与发射的卫星已达40 余颗，包括了气象卫星、对地观测卫星、通信广播卫星和定位卫星等一系列用于不同领域的卫星。这些卫星不仅在我国的国家国防、资源、监测方面发挥着巨大作用，而且极大得方便了人民的生活。从电视到互联网，从天气预报到手机导航，我们处处享受着高科技带来的便利。下面请同学们分小组通过阅读资料，用学过的知识回答下列问题，

（1）

长征三号运载火箭的起飞速度至少为多少？

当我们在地球表面自由释放一个物体时，物体将做自由落体运动。当我们给物体一个初速度，物体将做平抛运动，如果我们给物体一个非常大的速度，让物体能绕着地球做匀速圆周运动。由于卫星由长征三号甲运载火箭直接将嫦娥一号送入近地点200km、远地点51000km的大椭圆轨道，我们认为火箭的起飞速度一定大于7.9千米每秒

（2）

星箭分离后，卫星如何从椭圆轨道进入地月转移轨道的？

通过开普勒三定律，我们知道卫星绕地球做椭圆运动，地球在椭圆的一个焦点上，卫星在近地点转的快，远地点转的慢，近地点是卫星加速变轨的最佳地点，火星在近地点加速，地球与卫星间的万有引力不足够提供卫星所需的向心力，卫星做离心运动，嫦娥一号通过三次近地点加速运动达到地月转移轨道。

（3）嫦娥一号飞船进入地月转移轨道后，如何从地月转移轨道成功到达月球并完成使命的？

卫星在地月转移轨道上运动时，一定会经过一个特殊的点，这一点地球对卫星的引力和月球对卫星的引力平衡，卫星的初速度方向为远离地球方向，卫星具有惯性，卫星朝向月球运动，卫星绕月球做椭圆运动，经过在近月点的三次减速运动，卫星距月球表面的高度逐渐降低，最终进入使命轨道。嫦娥一号卫星已经成功到达月球，我相信中国人的身影也将很快出现在月球上。

虽然实际的航天活动比较复杂高深，但航天活动所涉及的物理学原理我们完全可以用已有的物理知识解决。

2.长征”系列运载火箭

嫦娥一号卫星由长征三号甲运载火箭送入近地点，所谓“航天发展，动力先行”，运载火箭技术的发展始终是载人航天技术，探月工程等重要前提。我国长征系列运载火箭目前包括13 种型号，可用于发射近地轨道、太阳同步轨道和地球同步转移轨道的多种卫星及载人飞船，也可以执行深空的发射任务。长征一号运载火箭于1965 年开始研制，它是一种三级火箭，主要用于近地轨道小型有效载荷的发射。在“长征一号”的技术基础上，经过技术改进形成了“长征二号”运载火箭。

“长征三号”主要承担高轨道发射任务。请同学们阅读资料思考为什么我国长征系列火箭都是多级箭？

据动量守恒,火箭喷出的燃气速度越大，火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比

越大，火箭获得的速度

就越大，现代火箭喷气的速度在2000-4000米每秒，近期内难以大幅度提高。因此，若要提高火箭的速度，需要在减轻3

大连市第二十高级中学

火箭本身质量上面下功夫，火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫做火箭的质量比。这个参数一般小于十，否则火箭结构的强度就有问题。但是这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的7.9千米每秒的速度。

为了解决这个问题，我国的长征系列运载火箭均是将火箭一级一级连接在一起，第一级燃料用完之后就把箭体抛弃，减轻负担，然后第二集开始工作，这样一级一级的连起来，理论上火箭的速度可以很高，火箭级数太多，对技术要求特别高并且可靠性低，所以实际应用中一般不会超过四级。

多级火箭根据连接方式不同，又可分为串联型、并联型（俗称捆绑式）、串并联混合型三种类型。串联型多级火箭级与级之间的连接分离机构简单，但串联后火箭总长较长，给设计带来一定的困难；发射时，这种火箭竖起来后太高，给发射操作带来不便；同时，其上面级的火箭发动机要在高空点火，点火的可靠性差。并联型多级火箭采用横向捆绑连接，连接分离机构稍复杂，但其中间与第一级火箭采用横向捆绑的火箭可在地面同时点火，避免了高空点火，点火的可靠性高。到目前为止，我国运载火箭技术的发展已经取得了长足性的进步，发射成功率大大提高。但是我们还是要清楚地认识到，和美俄等国相比，我国的运载火箭发展水平还存在很多不足：运载能力不够高，可靠性、安全性低，适应性差，发射周期长。因此研制无毒、无污染、高性能、低成本、适应性强、发射周期短的运载火箭依旧是我们的奋斗目标。

虽然外太空没有空气，但无论是近地卫星、地球同步卫星、还是探月卫星，运行时间过长，都会发生卫星偏离轨道的现象，需要动力装置进行纠正，长此以往，就会造成飞船携带能源的不足。空间站的建立，不仅解决了卫星能源补给的难题，还能对卫星进行维修和维护、在微重力情况下进行科学实验以及对外太空光学观测等。苏联的和平号空间站已经坠毁，国际空间站是运行的唯一空间站，我国航天事业的梦想是建立自己的空间站

教师我国航天讲授“空间站”认真听课

加深学生对“空8分钟

讲授

的梦想—的相关知识。

思考问题

间站”的了解。

空间站。

详案：我国航天的梦想——空间站

2013我国正式命名未来的载人空间站为“天宫”，货运飞船为“天舟”；航天望远镜为

“巡天”。空间站设计寿命大于10 年，若国际空间站于2024 年如期退役，天宫空间站将成为近地轨道上唯一的载人空间站。

1.能爬行、可组合的机械臂

天宫空间站既结构紧凑，又具备巨大的扩展潜力。未来可在此基础上再增加一个核心舱形成十字型构型，还具备继续对接两个实验舱和挂载舱外载荷的能力。最大扩展构型可拥有6 个舱段和多个大型暴露载荷平台。

2.柔性太阳翼

在一字型排列的实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ的两端，以及核心舱的两侧，均装有可展收柔性太阳翼，

高效率的太阳能电池板能为空间站提供可靠、充足的不间断供电。

3.名副其实的天舟

要实现载人空间站长期运行，没有货运飞船是不可能的。货运飞船主要用于定期为空间站补给食物、燃料、仪器设备等物资。我国的天舟货运飞船可以把包括小型舱段在内的不同载荷送往空间站。

4.航天员的“天上人间”

4

大连市第二十高级中学

空间站的生命保障系统，是指在航天器狭小的密闭空间内，创造一个与地表接近的生活环境，为航天员提供水、氧气、食物等必需物资和其他生命保障，让航天员能在失重条件下健康生活、有效工作。人类目前使用的再生式生命保障系统，

运用物理、化学方法，对航天员排泄的二氧化碳、水汽和尿液等废弃物进行回收利用。目前，除了食物仍需补充，氧和水等物资已能实现供需平衡。

5.中国的太空望远镜

和空间站共轨飞行的巡天号光学舱，其实就是中国的第一架大口径、大视场的太空天文望远镜。它的有效视场是著名的“哈勃”太空望远镜的300 倍。不仅波段覆盖广，

而且图像质量好，

将成为中国人的“

宇宙之眼”。为中国科学家在宇宙的构成和演化，暗物质、暗能量及黑洞研究等领域提供强有力的支撑。

总结我国航天提出问题

阅读材料并思总结本节课内容6分钟

提升事业正在提示学生回答考问题

体现民族自豪感

环节

如火如荼问题

回答问题

进行中

补充学生回答

的问题

总结本课

为了实现中国的空间站之梦，中国航天人正一步一个脚印地往前走。2016 年6 月，我国第一次使用海南文昌发射场，中国原有酒泉、太原、西昌三个航天发射场，每个发射场各有不同的任务分工。与已有的三大航天发射场相比，位于海南的文昌发射场的最大优势在于：它位于北纬19度，离赤道近；火箭发射时获得的推力大，能量消耗少，卫星寿命相对更长；其次，发射场毗邻大海，火箭射向宽，航区和残骸落区安全性好；再次，海上运输能解决大型运载火箭的运输问题。

结语：同学们，伴随着新中国的成长，我国的航天事业走过了50 个峥嵘岁月，取得了一系列令国人自豪、令世界瞩目的成就。在庆祝胜利的同时，我们更应该清楚地看到，我国航天事业目前的发展现状依旧和美俄两国存在很大的差距。作为祖国的青少年，要努力学习科学文化知识，早日实现中华民族的伟大复兴。

5