2024-2025學(xué)年高中物理 第六章 萬有引力與航天 5 宇宙航行（1）教案 新人教版必修2

2024-2025學(xué)年高中物理第六章萬有引力與航天5宇宙航行（1）教案新人教版必修2授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容來源于2024-2025學(xué)年高中物理新人教版必修2，第六章“萬有引力與航天”中的第五節(jié)“宇宙航行（1）”。教材內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)部分：

1.宇宙航行的基本概念：了解宇宙航行的定義、意義及發(fā)展歷程。

2.宇宙速度：學(xué)習(xí)第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念及其計(jì)算方法。

3.衛(wèi)星軌道：掌握衛(wèi)星軌道的基本類型，如圓形軌道、橢圓軌道和近地軌道等，并了解衛(wèi)星軌道的穩(wěn)定性。

4.地球衛(wèi)星軌道參數(shù)：學(xué)習(xí)地球衛(wèi)星軌道的幾個(gè)重要參數(shù)，如軌道半徑、軌道周期、軌道傾角等。

5.衛(wèi)星發(fā)射原理：了解衛(wèi)星發(fā)射的基本原理，包括發(fā)射速度、發(fā)射角度和發(fā)射高度等。

6.人類航天活動(dòng)：了解人類航天活動(dòng)的歷史和現(xiàn)狀，展望未來航天技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。核心素養(yǎng)目標(biāo)本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度三個(gè)方面的核心素養(yǎng)。

1.科學(xué)思維：通過學(xué)習(xí)宇宙航行的基本概念、衛(wèi)星軌道的穩(wěn)定性等知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、模型建構(gòu)和信息處理能力。

2.科學(xué)探究：通過探討宇宙速度的計(jì)算方法、地球衛(wèi)星軌道參數(shù)等，提高學(xué)生的問題發(fā)現(xiàn)、問題解決和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

3.科學(xué)態(tài)度：通過了解人類航天活動(dòng)的發(fā)展歷程和未來發(fā)展趨勢(shì)，激發(fā)學(xué)生對(duì)航天科學(xué)的興趣和熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作和責(zé)任意識(shí)。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識(shí)：學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，應(yīng)該已經(jīng)掌握了物理學(xué)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、能量守恒等基本原理，以及初中階段的宇宙知識(shí)。此外，學(xué)生還應(yīng)該具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，如代數(shù)、幾何和三角函數(shù)等。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：對(duì)于高中階段的學(xué)生，宇宙航行和航天技術(shù)具有較高的吸引力，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)習(xí)能力方面，學(xué)生應(yīng)該具備分析問題、解決問題的能力，能夠獨(dú)立完成數(shù)學(xué)計(jì)算和科學(xué)實(shí)驗(yàn)。在學(xué)習(xí)風(fēng)格上，學(xué)生可能更傾向于通過實(shí)踐和互動(dòng)來學(xué)習(xí)，因此教師在教學(xué)過程中應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)演示和課堂討論。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：在理解宇宙航行的基本概念方面，學(xué)生可能會(huì)對(duì)航天器的運(yùn)動(dòng)軌跡和軌道穩(wěn)定性產(chǎn)生困惑。在計(jì)算宇宙速度時(shí)，學(xué)生可能對(duì)涉及到的高次方程和復(fù)雜計(jì)算過程感到困難。此外，學(xué)生在理解人類航天活動(dòng)的發(fā)展歷程和未來發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，可能會(huì)對(duì)相關(guān)的歷史背景和科技進(jìn)展感到陌生。教學(xué)方法與策略1.教學(xué)方法：針對(duì)本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)者特點(diǎn)，將采用講授、討論、案例研究和項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)等教學(xué)方法。講授法用于傳授宇宙航行、宇宙速度、衛(wèi)星軌道等基本概念；討論法用于探討衛(wèi)星軌道穩(wěn)定性和人類航天活動(dòng)的發(fā)展；案例研究法用于分析具體的航天器和航天任務(wù)；項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)法用于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

2.教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)：

a.角色扮演：學(xué)生分組扮演航天科學(xué)家、宇航員等角色，模擬航天任務(wù)的規(guī)劃和執(zhí)行過程，增強(qiáng)對(duì)航天技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的理解。

b.實(shí)驗(yàn)：安排學(xué)生進(jìn)行衛(wèi)星軌道穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，觀察不同因素對(duì)軌道穩(wěn)定性的影響，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析能力。

c.游戲：設(shè)計(jì)宇宙航行主題的互動(dòng)游戲，讓學(xué)生在游戲中掌握宇宙速度、衛(wèi)星軌道等知識(shí)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

d.項(xiàng)目研究：布置研究性學(xué)習(xí)任務(wù)，如分析某一航天器的技術(shù)特點(diǎn)和任務(wù)意義，讓學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立研究的能力。

3.教學(xué)媒體和資源：

a.PPT：制作包含宇宙航行、衛(wèi)星軌道、人類航天活動(dòng)等內(nèi)容的PPT，直觀展示相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，便于學(xué)生理解和記憶。

b.視頻：選用航天發(fā)射、衛(wèi)星運(yùn)行等實(shí)況視頻，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)航天技術(shù)的直觀感受，提高學(xué)習(xí)興趣。

c.在線工具：利用在線天文觀測工具、航天器模擬軟件等，讓學(xué)生實(shí)時(shí)觀察航天器運(yùn)行狀態(tài)，加深對(duì)航天原理的理解。

d.課外閱讀材料：推薦學(xué)生閱讀有關(guān)航天科技的書籍、文章，拓寬視野，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

e.網(wǎng)絡(luò)資源：引導(dǎo)學(xué)生查找人類航天活動(dòng)的歷史、現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)的相關(guān)資料，提高學(xué)生的信息檢索和處理能力。

f.合作企業(yè)：與航天科技企業(yè)合作，邀請(qǐng)專家進(jìn)行講座，讓學(xué)生了解航天產(chǎn)業(yè)的最新動(dòng)態(tài)和發(fā)展前景。教學(xué)實(shí)施過程1.課前自主探索

教師活動(dòng)：

-發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：提供PPT、視頻等預(yù)習(xí)資料，明確預(yù)習(xí)目標(biāo)和要求。

-設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題：如“宇宙航行的意義是什么？”、“衛(wèi)星軌道的穩(wěn)定性受哪些因素影響？”

-監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：通過在線平臺(tái)或微信群，監(jiān)控學(xué)生的預(yù)習(xí)進(jìn)度。

學(xué)生活動(dòng)：

-自主閱讀預(yù)習(xí)資料：理解宇宙航行、衛(wèi)星軌道等基本概念。

-思考預(yù)習(xí)問題：獨(dú)立思考并提出自己的理解和疑問。

-提交預(yù)習(xí)成果：提交預(yù)習(xí)筆記或思維導(dǎo)圖。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

-信息技術(shù)手段：利用在線平臺(tái)、微信群進(jìn)行預(yù)習(xí)資源的共享和監(jiān)控。

作用與目的：

-幫助學(xué)生提前了解本節(jié)課的主題，為課堂學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

-培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考能力。

2.課中強(qiáng)化技能

教師活動(dòng)：

-導(dǎo)入新課：通過航天實(shí)例或視頻，引出宇宙航行的主題。

-講解知識(shí)點(diǎn)：詳細(xì)講解宇宙速度、衛(wèi)星軌道等概念。

-組織課堂活動(dòng)：如小組討論、角色扮演、實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)。

-解答疑問：及時(shí)解答學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的疑問。

學(xué)生活動(dòng)：

-聽講并思考：認(rèn)真聽講，積極思考老師提出的問題。

-參與課堂活動(dòng)：通過討論、扮演、實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，掌握知識(shí)點(diǎn)。

-提問與討論：針對(duì)不懂的問題或新的想法，勇敢提問并參與討論。

教學(xué)方法/手段/資源：

-講授法：幫助學(xué)生深入理解知識(shí)點(diǎn)。

-實(shí)踐活動(dòng)法：通過實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生掌握技能。

-合作學(xué)習(xí)法：培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和溝通能力。

作用與目的：

-幫助學(xué)生深入理解宇宙航行相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，掌握相關(guān)技能。

-通過實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問題的能力。

-通過合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和溝通能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動(dòng)：

-布置作業(yè)：布置與宇宙航行相關(guān)的課后作業(yè)。

-提供拓展資源：提供相關(guān)的書籍、網(wǎng)站、視頻等拓展資源。

-反饋?zhàn)鳂I(yè)情況：及時(shí)批改作業(yè)，給予學(xué)生反饋和指導(dǎo)。

學(xué)生活動(dòng)：

-完成作業(yè)：認(rèn)真完成課后作業(yè)，鞏固學(xué)習(xí)效果。

-拓展學(xué)習(xí)：利用拓展資源，進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和思考。

-反思總結(jié)：對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：引導(dǎo)學(xué)生自主完成作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)。

-反思總結(jié)法：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程和成果進(jìn)行反思和總結(jié)。

作用與目的：

-鞏固學(xué)生在課堂上學(xué)到的宇宙航行的知識(shí)點(diǎn)和技能。

-通過拓展學(xué)習(xí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野和思維方式。

-通過反思總結(jié)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的不足并提出改進(jìn)建議，促進(jìn)自我提升。教學(xué)資源拓展1.拓展資源

-科普讀物：《宇宙探索之路》、《航天技術(shù)漫談》等，幫助學(xué)生深入了解航天科技的發(fā)展歷程和未來趨勢(shì)。

-科幻電影：《星際穿越》、《阿凡達(dá)》等，通過視覺效果激發(fā)學(xué)生對(duì)宇宙航行的想象力和探索欲望。

-在線天文觀測工具：如“星空觀測”軟件，讓學(xué)生實(shí)時(shí)觀察航天器運(yùn)行狀態(tài)和宇宙星空。

-航天器模擬軟件：如“航天器設(shè)計(jì)大師”，讓學(xué)生模擬設(shè)計(jì)自己的航天器，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力。

-航天科技發(fā)展報(bào)告：介紹近年來我國航天科技的重大成就和未來規(guī)劃，讓學(xué)生了解國家航天事業(yè)的發(fā)展。

2.拓展建議

-組織學(xué)生參觀航天科技館或航天發(fā)射基地，親身感受航天科技的魅力，激發(fā)學(xué)生對(duì)航天事業(yè)的熱愛。

-開展航天科技主題的科技創(chuàng)新活動(dòng)，如制作模型火箭、設(shè)計(jì)航天器等，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。

-鼓勵(lì)學(xué)生參加航天科技競賽或研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目，提高學(xué)生的科學(xué)研究能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

-邀請(qǐng)航天科學(xué)家或工程師來校講座，分享他們的經(jīng)驗(yàn)和故事，激發(fā)學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃和人生理想。

-利用網(wǎng)絡(luò)資源，如科普網(wǎng)站、論壇等，關(guān)注航天科技的最新動(dòng)態(tài)，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。反思改進(jìn)措施-實(shí)踐導(dǎo)向：通過實(shí)驗(yàn)、角色扮演等活動(dòng)，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)航天科技知識(shí)，提高學(xué)習(xí)興趣和參與度。

-互動(dòng)學(xué)習(xí)：鼓勵(lì)學(xué)生提問、討論，增加課堂互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考和探索。

-項(xiàng)目導(dǎo)向：設(shè)計(jì)項(xiàng)目研究，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中掌握航天科技知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力。

2.存在主要問題

-教學(xué)管理：課堂紀(jì)律管理有待加強(qiáng)，確保每個(gè)學(xué)生都能積極參與學(xué)習(xí)。

-教學(xué)組織：課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)需要更加豐富多樣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。

-教學(xué)方法：講授時(shí)間過長，需要增加學(xué)生的實(shí)踐和互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高學(xué)習(xí)效果。

3.改進(jìn)措施

-加強(qiáng)課堂紀(jì)律管理，確保每個(gè)學(xué)生都能積極參與學(xué)習(xí)。

-豐富課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)，增加學(xué)生的實(shí)踐和互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高學(xué)習(xí)效果。

-縮短講授時(shí)間，增加學(xué)生的實(shí)踐和互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高學(xué)習(xí)效果。

-邀請(qǐng)航天科學(xué)家或工程師來校講座，激發(fā)學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃和人生理想。

-利用網(wǎng)絡(luò)資源，如科普網(wǎng)站、論壇等，關(guān)注航天科技的最新動(dòng)態(tài)，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。

-加強(qiáng)校企合作，為學(xué)生提供實(shí)習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

-定期組織航天科技競賽或研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)合作精神。

-提供航天科技相關(guān)的科普讀物和科幻電影，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀習(xí)慣和想象力。典型例題講解1.例題1：計(jì)算第一宇宙速度

題目：已知地球的重力加速度為g，地球的半徑為R，求地球表面第一宇宙速度的大小。

解答：根據(jù)萬有引力定律，物體在地球表面受到的重力為mg。物體在第一宇宙速度時(shí)，物體所受的向心力由重力提供，即mg=mRω^2。解得ω=sqrt(g/R)。第一宇宙速度的大小v=Rω=sqrt(gR)。

2.例題2：計(jì)算衛(wèi)星軌道參數(shù)

題目：已知地球的重力加速度為g，地球的半徑為R，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星在軌道上的速度為v，求衛(wèi)星的軌道半徑。

解答：衛(wèi)星在軌道上受到的向心力由萬有引力提供，即mg=mRω^2。解得ω=sqrt(g/R)。衛(wèi)星的軌道半徑r=v^2/g。將ω代入得r=v^2/sqrt(gR)。

3.例題3：計(jì)算衛(wèi)星軌道周期

題目：已知地球的重力加速度為g，地球的半徑為R，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星在軌道上的速度為v，求衛(wèi)星的軌道周期。

解答：衛(wèi)星在軌道上受到的向心力由萬有引力提供，即mg=mRω^2。解得ω=sqrt(g/R)。衛(wèi)星的軌道周期T=2π/ω=2πsqrt(R/g)。

4.例題4：計(jì)算衛(wèi)星軌道傾角

題目：已知地球的重力加速度為g，地球的半徑為R，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星在軌道上的速度為v，求衛(wèi)星的軌道傾角。

解答：衛(wèi)星在軌道上受到的向心力由萬有引力提供，即mg=mRω^2。解得ω=sqrt(g/R)。衛(wèi)星的軌道傾角θ=arcsin(v/R)。

5.例題5：計(jì)算衛(wèi)星發(fā)射速度

題目：已知地球的重力加速度為g，地球的半徑為R，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星在軌道上的速度為v，求衛(wèi)星發(fā)射速度。

解答：衛(wèi)星發(fā)射時(shí)，需要克服地球的重力，使其達(dá)到第一宇宙速度。因此，衛(wèi)星發(fā)射速度v_0=sqrt(gR)。板書設(shè)計(jì)①宇宙航行基本概念：宇宙航行的定義、意義及發(fā)展歷程。

②宇宙速度：第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的概念及其計(jì)算方法。

③衛(wèi)星軌道：衛(wèi)星軌道的基本類型，如圓形軌道、橢圓軌道和近地軌道等，以及衛(wèi)星軌道的穩(wěn)定性。

④地球衛(wèi)星軌道參數(shù)：軌道半徑、軌道周期、軌道傾角等參數(shù)的定義和計(jì)算方法。

⑤衛(wèi)星發(fā)射原理：發(fā)射速度、發(fā)射角度和發(fā)射高度等。

⑥人類航天活動(dòng)：航天技術(shù)的發(fā)展歷程、重大航天任務(wù)和未來發(fā)展趨勢(shì)。

板書設(shè)計(jì)應(yīng)條理清楚、重點(diǎn)突出、簡潔明了，同時(shí)具有一定的藝術(shù)性和趣味性，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。例如，可以使用圖文結(jié)合的方式展示宇宙速度、衛(wèi)星軌道等概念，使用圖表展示衛(wèi)星軌道參數(shù)和發(fā)射原理，使用圖片展示人類航天活動(dòng)的發(fā)展歷程和重大航天任務(wù)。課堂-通過提問：了解學(xué)生對(duì)宇宙航行、宇宙速度、衛(wèi)星軌道等基本概念的理解程度。

-觀察：觀察學(xué)生在課堂活動(dòng)中的參與度和表現(xiàn)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

-測試：在課堂結(jié)束前進(jìn)行小測試，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

2.作業(yè)評(píng)價(jià)

-認(rèn)