高中人教版 (2019)4 宇宙航行教案

这是一份高中人教版 (2019)4 宇宙航行教案，共4页。教案主要包含了教材分析，学情分析，教学目标，教学重难点，新课导入，新课讲解，课后反思等内容，欢迎下载使用。

（一）教材分析
本节课所采用的教材是人教版高中物理必修第二册第七章第4节的内容,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。教材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“万有引力定律与宇宙航行”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。
【学情分析】
（一）学情分析
这节内容是万有引力理论的成就在生活中的应用,与我们的生活密切相关,让学生在学习物理的过程中感受到物理就在我们的身边,与我们的生活时刻联系在一起.从而引导学生进行科学和生活、和社会联系的思考，培养学生学习物理的兴趣，激发学生献身科学的热情，对学生科学价值观的形成起到重要的作用。
【教学目标】
（一）教学目标
一、教学目标
1．通过阅读课本资料了解牛顿对人造卫星的猜想、外推的思路和思想，能写出第一宇宙速度的推导过程。
2．通过第一宇宙速度的推导总结，能说出人造地球卫星的原理及运行规律。
3．通过阅读教材第三部分，能够介绍世界和我国航天事业的发展历史，感知人类探索宇宙的梦想，激发爱国热情，增强民族自信心和自豪感。
二、核心素养
物理观念：能从物理学的视角正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，具备清晰的物理观念。
科学思维：能在熟悉的情境中运用物理模型，能对卫星发射原理进行分析和推理。
科学探究：能在对卫星发射原理的基础上做出假设，并制定合理的探究路线，从而分析数据发现规律。
科学态度与责任：卫星的发射原理是人类在万有引力定律基础上科学家们持续不断创造性发展的成果，是人类对宇宙奥秘探索的历程，增强民族自信心和自豪感。
【教学重难点】
（一）教学重难点
教学重点：1. 对于宇宙速度的理解和应用；
2. 了解人造地球卫星和同步卫星。
教学难点：1.第一宇宙速度的计算和卫星运行的规律；
2. 同步卫星的规律、卫星变轨与对接以及双星模型
【新课导入】
（一）新课导入
教师：我们知道自古以来人类就存在飞天的梦想，如我国流传的嫦娥奔月的故事，国外有飞天揽月的传说。如今，梦想已经变成现实。那么，人们是怎样一步步实现这一梦想的呢？就让我们一起来学习“宇宙航行”吧。
牛顿的思考：
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？
【新课讲解】
（一）宇宙速度
宇宙速度
（1）第一宇宙速度
问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km。
分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力：， 得：
结论：如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
⑵意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。
师生共同讨论：
在地面附近，物体的万有引力等于重力，此力天空卫星做圆周运动的向心力，能否从这一角度来推导第一宇宙速度呢？
mg= mv2/r v= ≈7.9km/s
提出问题：我们能否发射一颗周期为70min的人造地球卫星呢？（提示：算一算近地卫星其周期是多少？近地卫星由于半径最小，其运行周期最小。）
（2）第二宇宙速度：大小。
意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）第三宇宙速度：大小。
意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
（一）人造地球卫星
人造卫星的发射速度与运行速度
（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。
3．同步卫星
所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高h处，并且h是一定的。同步卫星也叫通讯卫星。
由得：h=

（T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。
代入数值得h=。
【板书】
（一）板书
一、卫星运行的动力学方程：Fn＝F引
GMm/r2 =ma=mv2/r =mω2r
二、宇宙速度：
1.第一宇宙速度 V1=7.9km/s (环绕速度)
推导过程
此速度是卫星发射的最小速度,也是卫星运行的最大环绕速度
2. 第二宇宙速度 V2=11.2km/s (脱离速度)
3. 第三宇宙速度 V3=16.7km/s (逃逸速度)
三、梦想成真 中国探索太空的成就
【课后反思】
（一）课后反思
宇宙速度是中学物理中的重要概念之一，尤其是第一宇宙速度既要能够要已知的知识推导其大小是多少，更要注意它是发射速度的最小值，是运行速度的最大值。学生对这一概念的理解不够深刻，这需要老师通巧妙的方法让学生正确理解发射速度与运行速度两个概念的关系。对于第二宇宙速度、第三宇宙速度只要求了解其大小及意义，而拓展的第二、三宇宙速度大小的推理过程只要求学有余力的同学去了解。
飞出地球是人类的梦想，学生通过这些内容的学习能够逐步了解中国甚至世界航天事业发展的概况，从而进一步让学生真正意义上理解科学的伟大意义。