高中物理必修2〔宇宙航行〕公开课教学设计
名师讲义一、设计思想
宇宙航行不但介绍了人造卫星中一些根本理论，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“万有引力定律与航天〞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根底。其它，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。
学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等根本理论，具备了解决问题的根本工具。
本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第—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，是人类制服自然的见证，表达了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材。
本节课的难点在于对人造卫星原理的理解，因此教学设计上采纳理论探究法，在设计中突出发挥学生的主体作用，课堂中通过设疑→思考→启发→引导这样一条主线，激发鼓舞学生
的大胆思考、积极参与，让学生通过自己的分析研究来掌握猎取相关的知识和方法。
二、教学目标
海南都逃不过寒潮 御寒指南来了 〔一〕知识和能力目标
1．了解人造地球卫星的有关知识和航天开展史。
2．了解三个宇宙速度的含义和数值，会推导第—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〕过程与方法目标
什么是丁克一族 1．在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探究能力；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商量，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。
〔三〕感情态度与价值观目标
1．通过展示人类在宇宙航行领域中的伟大成绩，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绩，激发学生的爱国热情，增强民族自信心和自豪感。
3．感知人类探究宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。
三、教学重点
1．第—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。
四、教学难点
卫星的发射速度与运行速度的关系。
五、教学方法
探究、讲授、商量。
六、教学打算
多媒体课件。
七、教学过程
〔一〕引入新课
企业性质分类标准 通过前面的学习我们了解了，人类通过站在地球上的观测，认识到了天体做什么样的运动，并进一步弄清了天体为什么要做这样的运动。然而人类并不满足于只站在地球上探究宇宙的神奇。本节课，我们就来学习人类是如何走出地球，飞向宇宙，进行宇宙航行的。〔利用幻灯片，向学生展示一些航天类的图片，以激发学生的学习兴趣。〕
〔二〕推进新课
牛顿的思考
探究：怎样才能使得一个物体绕着地球做圆周运动？
先让学生思考、商量，教师可依据学生情况引导学生思考。
我们了解，在地面上将一个物体水平抛出，假设抛出时速度越大，则落地点距抛出点的水平距离越大。如果抛出速度很大时，我们还能将地面看作平面吗？〔不能〕
早在16世纪道的牛顿就曾思考过这个问题。〔播放卫星发射原理动画，并向学生分析〕
从地球上X的山峰上将物体水平抛出，速度越大，落地点就越远。如果抛出的速度足够大，物体就不在落回地面，它将绕地球运动，成为一颗人造地球卫星。
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，成为一颗绕地球外表做匀速圆周运动的卫星呢？
1．第—宇宙速度
物体最终绕地球外表做匀速圆周运动，引力为其做圆周运动提供向心力。
代入数据得v=7．9km/s
这就是物体在地面附近做匀速圆周运动的速度，叫做第—宇宙速度。
如果发射速度大于第—宇宙速度，结果会怎样呢？
2．第二宇宙速度
当抛出物体的速度继续增大，地球引力将缺少以为其做圆周运动提供向心力，物体将会脱离地球引力，离开地球。这个速度为v=11．2km/s。我们把v=11．2km/s叫做第二宇宙速度。如果发射速度大于第—宇宙速度，而小于第二宇宙速度，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。
3．第三宇宙速度
物体脱离地球引力的束缚后，还会受到太阳引力的束缚。假设抛出的速度足够大，物体还将脱离太阳引力的束缚，飞向太阳系之外的宇宙空间。这个速度v=16．7vkm/s。这个速度叫做第三宇宙速度。
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？
学生可能的答案：质量、轨道半径……
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。
奥林匹克运动会的宗旨是什么 当卫星围绕地球外表运行时，轨道半径最小为地球半径〔r=R〕，此时线速度最大，角速度最大，周期最小。则
=7．9km/s
=1．24×10-3rad/s
=84min
即卫星绕地球运行的最大速度为7．9km/s。
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，让学生了解卫星发射的全过程，学生也将对发射速度和运行速度有一个了解。〕
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—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—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—宇宙速度。
梦想成真
学生先阅读，然后教师简述补充。〔借助于多媒体，一边向学生展示，一边介绍，注意感情态度与价值观目标的完成。〕党委中心组学习总结
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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—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—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〞。
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