高一物理最新教案-§7-5人造卫星宇宙航行 精品

高中高一下册物理教学设计：宇宙航行高中高一下册物理教学设计：宇宙航行精选2篇（一）教学目标:1. 了解宇宙航行的基本概念和发展历程；2. 掌握宇宙航行的基本原理和技术；3. 认识宇宙航行对人类社会发展的影响。

教学准备:1. PowerPoint或其他媒体工具；2. 示意图或图片展示宇宙航行的相关知识；3. 相关的实验工具或模型。

教学过程:第一步: 引入 (5分钟)使用多媒体展示一些宇宙航行的图片和视频，引导学生进入学习状态，并激发学生对宇宙航行的兴趣。

第二步: 导入 (10分钟)通过讲述人类对宇宙探索的历史，介绍宇宙航行的起源和发展，包括火箭原理及发展、载人航天飞行和航天站等内容，以增强学生的背景知识。

第三步: 探究 (15分钟)1. 向学生提出以下问题：“为什么火箭能够在宇宙中飞行？”、“宇宙航行的基本原理是什么？”引导学生思考，并根据学生的回答进行讨论。

2. 展示火箭的结构和工作原理，解释推力产生的原理，并使用实验模型或示意图进行演示和说明。

第四步: 学习 (20分钟)1. 介绍宇宙航行中常用的推进器技术，如常压发动机、涡扇发动机、离子推进器等，并讲解其工作原理和应用场景。

2. 解释航天器的轨道选择和调整、速度和能量管理等关键技术，以及航天飞行中遇到的挑战和解决方法。

第五步: 实验 (20分钟)设计一个简单的实验，展示火箭发射和空间舱的设计与制造，例如使用烟花模型进行火箭发射的示范，或使用简易模型展示航天器的设计原理。

第六步: 拓展 (10分钟)讨论宇宙航行对人类社会发展的影响，包括科技创新、国际合作和人类想象力等方面，鼓励学生发表个人观点和意见。

第七步: 小结 (5分钟)总结本节课的重点内容，检查学生的理解和掌握情况，并解答他们的问题。

教学延伸:1. 鼓励学生自主了解更多有关宇宙航行的知识，并撰写研究报告或主题论文。

2. 组织学生参观航天科技展览或相关实验室，增强他们对宇宙航行的实际了解。

人造卫星宇宙速度班级________姓名________学号_____学习目标:1．知道人造卫星的运行原理和轨道。

2．知道三个宇宙速度。

3．掌握人造卫星的周期、线速度、角速度跟其轨道半径的关系。

学习重点:1．人造卫星的运行原理和轨道。

2．人造卫星的周期、线速度、角速度跟其轨道半径的关系。

学习难点: 人造卫星的周期、线速度、角速度跟其轨道半径的关系。

主要内容:一、人造卫星的运行原理和轨道1．运行原理：2．运行轨道二、宇宙速度：1．第一宇宙速度(环绕速度)：2．第二宇宙速度(脱离速度)：3．第三宇宙速度(逃逸速度)：三、人造卫星的发射速度和运行速度人造卫星的发射速度与运行速度是两个不周的概念。

所谓发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅依靠自己的初动能克服地球引力上升一定高度，进入运动轨道。

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。

若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能“贴着”地面近地运行，如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度。

所谓运行速度，是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度。

当卫星“贴着”地面运行时，运行速度等于第一宇宙速度。

根据知，人造卫星距地面越高(即轨道半径r越大)，运行速度越小。

实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，所以卫星的实际运行速度一定小于发射速度。

人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小关系是：1 1．2km／．y>v发≥7．9km／s>v运四、人造卫星绕行线速度、角速度、周期与半径的关系1．线速度与半径的关系：2．角速度与半径的关系：3．周期与半径的关系：由五、地球同步卫星所谓地球同步卫星，是相对地面静止的跟地球自转同步的卫星。

卫星要与地球自转同步，必须满足下列条件：1．卫星绕地球的运行方向与地球自转方向相同，且卫星的运行周期与地球自转周期相同(即等于24h)。

教学设计可得：这就是物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的必须具有的速度，叫作第一宇宙速度。

如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度g ，如何求宇宙第一速度v ？物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时，还可近似认为是重力来提供需要的向心力：由此可见：要发射一颗绕地球表面附近运行的人造卫星，发射速度必须等于7.9km/s 。

所以宇宙第一速度是最小的发射速度。

245.9810M kg =⨯2MmG mg R=2v mR =7.9/GMv km s R==飞行器沿椭圆轨道运动发射速度v越大，轨道的远地点离地球就越远。

当速度v >11.2km/s，飞行器将将脱离地球引力的束缚，永远离开地球，绕着太阳运动。

11.2km/s被称作第二宇宙速度，也称为逃逸速度。

当速度v >16.7km/s时，飞行器将脱离太阳引力束缚，飞到太阳系以外。

16.7km/s 被称为第三宇宙速度。

卫星的向心加速度、线速度、角速度、周期与轨道半径的关系是怎么样的呢？根据万有引力提供卫星绕地球运动的向心力，即有：GMmr 2＝ma n ＝m v 2r ＝mω2r ＝m 4π2T 2r (1)a n ＝GMr 2，r 越大，a n 越小． (2)v ＝ GMr，r 越大，v 越小． (3)ω＝ GMr 3，r 越大，ω越小． (4)T ＝2πr 3GM，r 越大，T 越大注意区分人造卫星的两个速度①发射速度：指将人造卫星送入预定轨道运行所必须具有的速度，卫星离地面越高，需要的发射速度越大．①绕行速度：指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度．同步卫星具有什么样的特点呢？ (1)定轨道平面：所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道平面内．。

一、教学目标（一）知识与技能教学设计6.5《宇宙航行》（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。

（二）过程与方法（1）培养学生科学探索能力；（2）培养学生在处理实际问题时，如何构建物理模型的能力；（3）学习科学的思维方法培养学生归纳、分析和推导及合理表达能力。

（三）情感态度与价值观介绍我国航天事业的发展现状，激发学习科学，热爱科学的激情，增强民族自信心和自豪感。

二、教具：多媒体课件、投影仪、计算机三、教学重点难点（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；（3）卫星做圆周运动时，各物理量的关系。

四、教学方法启发探究式教学、多媒体辅助教学。

五、课前准备1.学生的学习准备：预习人造卫星的发射、第一宇宙速度的计算。

2.教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案。

六、教学过程（一）创设情境，激发情感，引入新课1.利用多媒体播放视频：（1）中国人的“飞天”梦想，（2）万户飞天（3）外国人的“飞天”梦想2.多媒体展示学习目标3.学生阅读“牛顿关于卫星的设想”问题情境：1.月球也要受到地球引力的作用,为什么月亮不会落到地面上来?2.若抛出物体的水平初速度足够大,物体将会怎样?试大胆猜想。

通过这些激发学生学习兴趣。

（二）教学过程一、宇宙速度1、多媒体动画演示：以逐渐增大的水平速度平抛物体看是否落回地面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：△抛出的速度v 越大时，落地点越远，速度不断增大，将会出现什么结果？△牛顿根据自己的设想草拟了一幅极富创意的人造卫星原理图。

△牛顿的设想由于受技术条件的限制，物体不可能达到这样的速度，但他的思想启发了后人，在太空探索中立了头功。

△动画展示牛顿的设想过程。

3.算一算:物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造卫星呢?引导学生建模：设地球质量为M，半径为R。

6.5 宇宙航行★新课标要求（一）知识与技能1、了解人造卫星的有关知识。

2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。

（二）过程与方法通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力 （三）情感、态度与价值观1、通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。

2、感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。

★教学重点第一宇宙速度的推导 ★教学难点运行速率与轨道半径之间的关系 ★教学方法 教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

★教学工具有关练习题的投影片、计算机、投影仪等多媒体教学设备 ★教学过程（一）引入新课教师活动：上节课我们学习了万有引力的成就。

现在请同学们回忆下列问题：1、万有引力定律在天文学上有何应用？2、如何应用万有引力定律计算天体的质量？能否计算环绕天体的质量？学生活动：经过思考，回答上述问题：1、应用万有引力定律可以估算天体的质量；可以来发现未知天体。

2、应用万有引力定律求解天体质量时，万有引力充当向心力，结合圆周运动向心加速度的三种表述方式可得三种形式的方程，即G r v m r Mm 22= ① G 2rMm=m ω2·r ② G 2rMm=m 224T r π ③ 教师活动：点评、总结导入：这节课我们再来学习有关宇宙航行的知识。

（二）进行新课 1、宇宙速度教师活动：请同学们阅读课文第一自然段，同时思考下列问题［投影出示］：1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？2、什么叫人造地球卫星？学生活动：阅读课文，从课文中找出相应的答案。

1、在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终都要落回到地面。

2、如果在地面上抛出一个物体时的速度足够大，那么它将不再落回地面，而成为一个绕地球运转的卫星，这个物体此时就可认为是一颗人造地球卫星。

教师活动：引导学生深入探究1、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？2、物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系?3、若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？学生活动：分组讨论，得出结论。

人造地球卫星晴朗的夜空，当你抬头仰望满天星斗时，有时会看到一种移动的星星，它像天幕上的神行太保匆匆奔忙，它们是什么星?在忙些什么？这种奇特的星星并不是宇宙间的星球，而是人类挂上天宇的明灯—人造地球卫星。

它们巡天遨游，穿梭往来，忠实地为人类服务，给冷寂的宇宙增添了生气和活力。

人造卫星是个兴旺的家族，如果按用途分，它可分为三大类：科学卫星，技术试验卫星和应用卫星。

科学卫星是用于科学探测和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用来研究高层大气，地球辐射带，地球磁层，宇宙线，太阳辐射等，并可以观测其他星体。

技术试验卫星是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。

航天技术中有很多新原理，新材料，新仪器，其能否使用，必须在天上进行试验；一种新卫星的性能如何，也只有把它发射到天上去实际“锻炼”，试验成功后才能应用；人上天之前必须先进行动物试验……这些都是技术试验卫星的使命。

应用卫星是直接为人类服务的卫星，它的种类最多，数量最大，其中包括：通信卫星，气象卫星，侦察卫星，导航卫星，测地卫星，地球资源卫星，截击卫星等等。

人造卫星的运行轨道（除近地轨道外）通常有三种：地球同步轨道，太阳同步轨道，极轨轨道。

人造卫星还有哪些用途比如，黄河究竟发源于何处？几百年来，由于黄河源头地理条件复杂，人们虽经多次考察，但一直没能弄清楚。

在教科书上写的是发源于雅合拉达泽山。

人造卫星遥感测量则给了我们肯定的回答：黄河发源于卡日曲。

又如，几个世纪以来，各国探险家曾对青藏高原的自然面貌进行过100多次的调查，但那里究竟有多少湖泊，仍没有搞清楚。

现在有了卫星，人们对此了如指掌，知道高原上共有湖泊800多个。

卫星还被用于各种科研领域。

有不少是主要为了太空开发目的而设计的科研项目。

譬如用卫星搭载一些动植物，以确认其在太空环境下所可能引起的变化；利用卫星测试某些材料暴露在太空条件下的强度变化、使用寿命等等。

卫星也被应用于其他一些领域。

极光是一种地球物理现象，主要出现在极地的高空，并总是突然地出现，又突然地消失，致使人们很难掌握其变化的规律，对其形成的机理、内部的结构特征等等也均不甚了解。

宇宙航行教学设计一、教学分析1 课标要求:认识发现万有引力定律的重要意义，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。

2 学习对象分析1) 学生的年龄特点和认知特点高一的学生学习兴趣浓厚，他们的观察不只停留在一些表面现象，具有更深层次的探究愿望。

在思维方式上由初中形象思维为主向高中抽象思维为主过渡。

2)学习者在学习本课之前应具备的基本知识和技能知道万有引力定律及其应用条件，圆周运动相关知识。

3、学习者在即将学习的内容前已经具备的水平。

学生知道知道万有引力定律及其在天文学上的应用，引导学生把万有引力定律应用在宇宙速度上。

3 教学内容分析本节教材先介绍宇宙速度，然后介绍人类探索宇宙的历史和未来。

本节的重点是第一宇宙速度的推导，难点是人造地球卫星的发射速度和运行速度。

二、教学目标1知识与技能目标1）了解人造卫星的有关知识,正确理解人造卫星做圆周运动时,各物理量之间的关系。

2）会计算第一宇宙速度。

知道第二宇宙速度和第三宇宙速度2过程与方法目标1）通过第一宇宙速度的计算应用体会科学定律对人类探索未知世界的作用。

2）观看有关人造地球卫星、航天飞机、空间站的录像片。

3）收集我国和世界航天事业发展历史和前景的资料，写出调查报告。

3情感态度与价值观通过搜集我国航天事业的成就的资料，激发学生的爱国热情。

学习活动组织四、教学(学习)过程(活动)设计一） 宇宙速度最早研究人造卫星问题的是牛顿，他设想了这样一个问题，在地面某处平抛一个物体，物体将沿一条抛物线落回地面，物体初速度越大，飞行距离越远．考虑到地球是圆形的，如果初速度很大，抛出的物体总也落不到地面就成了人造地球卫星了．从刚才的分析我们知道，要想使物体成为地球的卫星，物体需要一个最小的发射速度，物体以这个速度发射时，能够刚好贴着地面绕地球飞行，此时万有引力F ＝mg ，提供了卫星运动的向心力，即：mg ＝m Rv 2我们可以求出这个最小速度v ＝6104.68.9⨯⨯=gR ＝7.9×310m ／s这个速度称为第一宇宙速度第一宇宙速度是发射一个物体，使其成为地球卫星的最小速度．若以第一宇宙速度发射一个物体，物体将贴着地球表面的轨道上做匀速圆周运动．若发射速度大于第一宇宙速度，物体将在椭圆轨道上离心运动．若物体发射的速度达到或超过11.2km ／s 时，物体将能够摆脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的行星或飞到其他行星上．11.2km ／s 称为第二宇宙速度，如果物体的发射速度再大，达到或超过16.7km ／s 时，物体将能够摆脱太阳引力束缚，飞到太阳系外．16.7km ／s 称为第三宇宙速度．卫星脱离助推火箭后，获得了一定的速度v ，设卫星绕地球做圆周运动，其运行半径为r ，根据万有引力等于向心力可得：G r v m rMm 22=等式两边都有m ，可以约去，说明卫星的速度与其质量无关，我们得到： rGMv =（1） 由22)2(T m r Mm Gπ=·r 得：T ＝GM r 324π （2）由G 2r Mm＝ma 得： a ＝G2rM（3） 从公式（1）、（2）、（3）式中可以看出，地球卫星的运动情况（速度、周期、加速度）是由r 惟一决定的．轨道半径越大，卫星运行速度越小，周期越大，加速度越小；轨道半径越小，运行速度越大，周期越小，加速度越大．当卫星运动的半径等于地球半径为R 时，卫星运动速度，周期和速度的大小分别为：v ＝7.9×310m ／s ，T ＝5100s ，a ＝9.8m ／2s ．所以所有的人造地球卫星的运行速度v ＜7.9×310m ／s ，运行周期T ＞5100s ，运行的加速度a ＜9.8m ／2s ．问题：1、卫星是用什么发射升空的？回答：三级火箭2、卫星是怎样用火箭发射升空的？ 学生可以讨论并发表自己的观点． 下面我们来看一道题目：例题2、1999年11月21日，我国“神州”号宇宙飞船成功发射并收回，这是我国航天史上重要的里程碑．新型“长征”运载火箭，将重达8.4t 的飞船向上送至近地轨道1，飞船与火箭分离后，在轨道1上以速度7.2km/s 绕地球作匀速圆周运动．试回答下列问题：（1）根据课文内容结合例题（2）（3）（4）问画出图示．（2）轨道1离地的高度约为：A 、8000kmB 、1600kmC 、6400kmD 、42000km解：由万有引力定律得：r v m rMm G 22=解得：r =1600km故选（B ）（3）飞船在轨道1上运行几周后，在Q 点开启发动机短时间向外喷射高速气体使飞船加速，关闭发动机后飞船沿椭圆轨道2运行，到达P 点开启发动机再次使飞船加速，使飞船速率符合圆轨道3的要求，进入轨道3后绕地球作圆周运动，利用同样的方法使飞船离地球越来越远，飞船在轨道2上从Q 点到P 点过程中，速率将如何变化？解：由万有引力定律得：r v m rMm G 22=解得：rGMv =所以飞船在轨道2上从Q 点到P 点过程中，速率将减小． （4）飞船在轨道1、2、3上正常运行时：①飞船在轨道1上的速率与轨道3上的速率哪个大？为什么？ 回答：轨道1上的速率大．②飞船在轨道1上经过Q 点的加速度与飞船在轨道2上经过Q 点的加速度哪个大？为什么？回答：一样大③飞船在轨道1上经过Q 点的加速度与飞船在轨道3上经过P 点的加速度哪个大？为什么？回答：轨道1上的加速度大．二）梦想成真按小组分工协作，利用互联网络搜集有关人类探索太空的资料进行交流。