资源简介

万有引力与宇宙航行大单元设计
选用教材 新课标人教版（2019） 所需教学课时数 6课时
教学设计 理念 本设计以培养学生核心素养为目标，结合行星运动采用多种视角探究行星运行规律以及运动原因，强化运动与相互作用观；利用万有引力定律的建立过程以及其成就培养学生科学态度、科学精神和科学思维方法。 通过阅读、观看视频、讨论交流、教师点拨让学生充分了解科学史、掌握科学研究思维方法，学习科学家求真、求简、求美的科学思想，提高全体学生的科学素养。
学习者 分析 需求分析 随着航天事业的进一步发展，学生通过电影、报刊杂志等途径多方面了解到航天事业的方方面面，但是对航天技术中蕴含的物理知识还不够了解，对具体的物理观念、物理规律还不够熟悉。对航天理论以及应用有着浓厚的兴趣。
学情分析 学习本单元所需要的基础知识∶ 基本概念、基本规律、基本技能、基本思想角速度、线速度、向心力、向心加速度、牛顿第二定律； 球体体积公式、椭圆知识等数学知识和运算技能； 学生对天体运动的研究缺乏观察的条件，对科学家的发现、发明、创造内容的了解不够系统和准确。指导学生根据牛顿第二定律、圆周运动的相关知识理论推导万有引力定律及其应用，学生基本能做到。
学习任务 分析 本单元包含的教学内容 1.仰望星空，寻找月球 2.跟着牛顿看月球 3.“嫦娥六号”怎样去月球
新课程标准的内容要求 1.通过史实，了解万有引力定律的发现过程。知道万有引力定律。认识发现万有引力定律的重要意义。认识科学定律对人类探索未知世界的作用。 2.会计算人造地球卫星的环绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。 3.知道牛顿力学的局限性，体会人类对自然界的探索是不断深入的。
教学重点 1.开普勒三大定律的内容及应用 2.万有引力定律及其理论成就 3.解决天体运动的基本思路和方法 4.第一宇宙速度及其推导
教学难点 1.万有引力定律得出的过程和思路 2.解决天体运动的基本思路和方法 3.卫星的发射及变轨原理
教学目标阐明 物理观念 1.知道地心说和日心说的基本内容。了解人类对行星运动规律的认识历程，了解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的； 2.知道开普勒行星三定律的内容； 3.知道行星绕太阳运行的原因，知道太阳与行星间存在着引力作用； 4.能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式 5.了解万有引力得出的思路和过程。理解万有引力定律的含义并会解决简单的引力计算问题； 6.了解万有引力定律在天文学上的重要应用。 7.会用万有引力定律计算天体质量，掌握处理天体问题的思路和方法； 8.了解人造地球卫星的最初构想，会解决涉及人造地球卫星运动的较简单的问题； 9.知道三个宇宙速度的意义和数值，会推导第一宇宙速度；
科学思维 1.通过托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解； 2.通过创设行星绕太阳做圆周运动模型，推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在物理 学中的重要性； 3.通过开展收集、整理牛顿的“月-地”检验资料的活动，初步体发现、假设、推理与验证、得出结论的物理研究过程；
科学探究 通过对万有引力的学习，使学生体会在科学规律发现过程猜想与求证的重要性； 通过对卫星运动规律的研究，帮助学生建立起关于各种人造地球卫星运行状况的正确图景。帮助学生养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯；
科学态度与责任 感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘； 通过了解嫦娥六号发射过程感悟科学是人类进步不竭的动力； 3.通过学习认识和借鉴科学的实验方法，充实自己的头脑，更好地去认识世界，提高科学的价值观； 4.通过了解我国天文观测技术的发展，激发学习的兴趣，养成热爱科学的情感；
教学策略制定 本单元课程安排 新授课 （6）节 实验课 （）节 测试课 （）节
复习课 （）节 探究课 （）节 习题课 （）节
教学方法 讲授法、讨论法、阅读法、暗示法、图示法等
教学媒体 视频片段、图片、演示动画、史料、科普材料等
本单元教学计划
教学安排 基本内容 教学方法 教学媒体
第一节 仰望星空，寻找月球 讲授法、讨论法、阅读 视频片段、图片
第二节 跟着牛顿看月球 讲授法、讨论法、暗示法、图示法 图片、演示动画
第三节 嫦娥六号怎样去月球 讲授法、讨论法、阅读法、图示法 视频片段、图片、演示动画
本单元知识结构图
课时教学设计
课时及课题 一、仰望星空，发现月球（1课时）
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节选自人教版普通高中物理必修二第七章第一节《行星的运动》，本节内容包括“地心说”、“日心说”的内容及争论的焦点、开普勒三大定律的内容等知识点，对后续万有引力与航天的教学起着引领性作用，同时又为本章的重点内容万有引力定律的学习起一个铺垫性的作用。因此，本课的教学设计应该立足于学生的科学精神的培养，让学生在科学家关于天体运动问题的研究历史中，感悟科学家求真、求简的研究思想和献身于科学的精神。
学习者分析
学生在生活中能够远距离的观察行星，也从平时的电影节目中获取一些宇宙天体的知识，对未知的太空中充满着向往，学生已经学习了关于圆周运动和牛顿运动定律的相关知识。但是学生对有关对天体运动的研究缺乏实际的观察，对科学家的发现、发明、创造内容的了解不够系统和准确。
学习目标确定
知道开普勒对行星运动的描述，形成行星运动观念。 通过开普勒行星运动定律的建立过程，渗透科学发现的方法论教育，建立科学的宇宙观。 培养学生善于观察、善于思考 的能力和尊重客观事实、实事求是的科学态度。
学习重点难点
重点：“日心说”的建立过程，开普勒三大定律的内容及应用。 难点：开普勒定律的应用。
学习评价设计
评价项目学习评价综合评价第一课时第二课时第三课时第四课时第五课时自评组评教师评自评组评自评组评自评组评自评组评自评组评预习情况兴趣态度知识点掌握情况……
学习活动设计
（1）环节一：古代对行星运动规律的认识
教师活动 学生活动
播放引入短片：嫦娥六号一号发射实况，提问：月球在哪里？ 观看短片，讨论回答问题。
提出问题：人类认识太阳系八大行星运动有哪些观点？代表人物有哪些？ 阅读科学漫步回答 ①地心说： 内容：地球是宇宙的中心，而且是静止不动的，太阳、月球以及其他行星都围绕地球运动。（符合人们的认知） 代表人物：托勒密 ②日心说： 内容：太阳是宇宙的中心，而且是静止不动的，地球、月球以及其他行星都围绕地球运动。（不符合人们的认知）
提出问题：日心说是的在怎样的背景下出来的？ 阅读课本P46 月球的逆行片段，并总结：在地心说前提下，用本轮、均轮解释月球的逆行太过复杂，若以太阳为中心，解释则非常简单。
总结：17世纪初，伽利略发明了望远镜，在1609年，观测发现了围绕木星转动的“月球”，进一步表明地球不是所有天体运动的中心。日心说虽然能解释当时很多地心说不能解释的现象，但也是不完全正确的，只是比地心说先进些。但都有历史局限性。
（2）环节二：开普勒发现行星运动规律
教师活动 学生活动
课件呈现并讲述： 1、第谷的观测 哥白尼去世后三年，第谷在丹麦出生。他对行星运动位置的观测由原来的10'减小到2'，观测结果为哥白尼的学说提供了关键性的支持，被后人誉为“星学之王”。 2、开普勒 作为第谷徒弟兼助手开普勒，直接接触第谷的观测数据。第谷去世后，开普勒开始整理第谷的观测数据。 3、艰难历程 开始按照哥白尼的学说，按照行星绕太阳做匀速圆周运动的观点来分析问题，结果多次尝试所得的结果都与第谷的观测数据有至少8’的偏差。由于他深信老师观测数据的精确性，开始质疑：行星的运动并非匀速圆周运动。 此后依靠自己出众的智慧，观测、计算、分析，以及非凡的数学能力，经过多年的尝试，发现天体运动并非做匀速圆周运动，而是做椭圆运动，是人们对天体运动的研究向前大大迈进了一步。并分别于1609年和1619年发表了行星运动的三定律，被后人誉为“天空立法者”。 认真听老师的讲述，体会发现行星运动规律的艰辛。
（3）环节三：开普勒定律
教师活动 学生活动
课件呈现开普勒第一定律内容： 开普勒第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点。 方法指导：如何画椭圆？ 指导学生画出椭圆，并指出，细线固定的两点为椭圆的焦点。同时提出半长轴a的概念。 在老师指导下利用一小短剧细线画出椭圆，并理解焦点位置与中心的区别。知道半长轴的概念。
课件呈现太阳系8大行星的运动轨道加深学生对第一定律的理解。 分析不同行星运动轨道，找到特点太阳是所有行星的椭圆轨道的一个共同焦点。
课件呈现开普勒第二定律内容（面积定律）： 对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。 用圆周运动知识解释第二定律本质上描述的是行星运动的快慢： 行星通过的一小段轨迹可以近似为圆弧，行星与太阳扫过的面积为扇形面积。 扇形面积公式：S=lr/2 线速度公式：v=Δl/Δt 面积S相同，行星离太阳越近r越小， 通过的轨迹l越大，而Δt相同，则速度v越大。 结论：同一行星靠近太阳（中心天体）时速度增大，远离太阳（中心天体）时速度减小。 近日点速率大，远日点速率小。 回忆扇形面积公式：S=lr/2 线速度公式：v=Δl/Δt 并从推导过程中理解数学方法在实际应用方法。
课件呈现太阳系行星运行半长轴与公转周期 开普勒从中总结出第三定律。 开普勒第三定律内容（周期定律）： 所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。若用a表示半长轴，T表周期，可得： 进一步阐述公式： 表达式反映了行星公转周期与半长轴之间的依赖关系，半长轴越长的行星，公转周期越长。 其比值k与行星质量无关，只由太阳（中心天体）质量决定，对围绕同一中心天体运动的行星比值是相同的。 了解开普勒从大量数据中总结出第三定律的艰辛，体会科学研究的严谨与所需的坚韧精神。
课件呈现太阳系行星轨道 提出问题：仔细观看行星运动的轨道的特点。 总结：开普勒三定律的近似处理 行星绕太阳运动的椭圆轨道十分接近圆，在中学阶段一般按圆处理。 发现行星轨道几乎都为圆形。 并分析近似处理后的开普勒定律变化后的具体内容。 开普勒第一定律：行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在圆心。 开普勒第二定律：对任意行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）相等，即行星做匀速圆周运动。 开普勒第三定律：所有行星轨道半径r的三次方跟它的公转周期T的二次方的比值都相等，表达式为
开普勒定律也适用于地球卫星绕的运动，也适用于其他星球的卫星的运动。试计算以下两种情况的k值 地球绕太阳运动r=1.5×1011m T=3.2×107 s 月球绕地球运动r=3.8×108 m T=2.4×106 s 总结：中心天体不同的k值不同。 学生计算 地球绕太阳运动k=3.4×1018m3/s2 月球绕地球运动k=1.0×1013m3/s2
课堂练习 1、某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图所示，F1和F2是椭圆轨道的两个焦点，行星在M点的速率比在N点的大，则太阳是位于(　A　) A．F1 B．M点 C．F2 D．N点 某行星沿椭圆轨道运行，近日点到太阳距离为a，远日点离太阳距离为b，过近日点时行星的速率为va，则过远日点时速率为（ C ） A ． B． C． D． 3、有两颗行星，它们绕太阳的运动可认为是匀速圆周运动，且公转周期之比为8∶1，则 （1）它们的轨道半径之比为 （ A ） A ． 4∶1 B ． 8∶1 C ． 2∶1 D ． 1∶4 （2）两行星的公转速度之比为 （ C ） A ． 2∶1 B ． 4∶1 C ． 1∶2 D ． 1∶4 完成练习加深理解。
板书设计
仰望星空，寻找月球 一、古代对行星运动的认识 1、托勒密：地心说 2、哥白尼：日心说 二、开普勒定律 1、第谷的观测 2、开普勒定律 第一定律（轨道定律）；所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点。 第二定律(面积定律)；对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。 第三定律（周期定律）：所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等。若用a表示半长轴，T表周期。表达式为
作业与拓展学习设计
对于这三个等式来说，有的可以在实验室中验证，有的则不能，这个无法在实验室中验证的规律是怎么得到的？
特色学习资源分析、技术手段应用说明
播放天体运动图片和视频，让学生对天体的运动有一个直观的认识。 准备器材让学生自己动手画椭圆，加深学生对知识的理解。
教学反思与改进
教学活动之后填写
评价项目课堂评价综合评价第一课时第二课时第三课时第四课时第五课时自评组评教师评自评组评自评组评自评组评自评组评自评组评课外作业复习预习新课学习兴趣态度主动参与合作意识任务完成评价等级： 优、良、中、差单元测试：总评：
课时教学设计
课时及课题 二、跟着牛顿看月球（第1课时）
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节选自人教版普通高中物理必修二第七章第二节《万有引力定律》，万有引力定律是本章的重点知识，本节内容是对上两节教学内容的进一步延伸，是下一节内容学习的基础。通过牛顿在前人的基础上发现万有引力定律的思考过程，说明科学研究的长期性，连续性及艰巨性，提高学生科学价值观。了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式。
学习者分析
学生已经学习过牛顿第三定律和开普勒行星运动定律，能够理解和推导太阳与行星间的引力公式，但对于月地检验的理解还稍有难度。
学习目标确定
1.知道万有引力是存在于所有物体之间的吸引力，知道万有引力的适用范围。 2.通过学习，培养学生善于观察、善于思考、善于动手的能力。 3.通过对万有引力的学习，使学生体会在科学规律发现过程猜想与求证的重要性。 4.理解科学发现、发展的过程和规律；感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘，提高学生科学价值观。
学习重点难点
教学重点：万有引力定律的内容及数学表达式。 教学难点：万有引力定律发现的思路。
学习评价设计
评价项目学习评价综合评价第一课时第二课时第三课时第四课时第五课时自评组评教师评自评组评自评组评自评组评自评组评自评组评预习情况兴趣态度知识点掌握情况……
学习活动设计
（1）环节一：新课引入
教师活动 学生活动
问题引入：
树上掉下的苹果砸着牛顿，使牛顿突发奇想而发现了万有引力。你同意这种说法吗？ 拉住月球的力和地面物体的重力性质一样吗？ 不同意。机遇偏爱于有准备的头脑。“当牛顿思考月亮绕地球运行的原因时，苹果偶然落地引起了他的遐想”的说法应该有点道理。 猜想：地球对周围物体的重力作用应该会延伸到很远的地方，拉住月球的力和地面物体的重力性质一样。
（2）环节二：行星与太阳间的引力
教师活动 学生活动
引导学生阅读课本P50内容并思考：太阳对行星引力的大小如何？ 阅读课本，思考问题。
课件呈现牛顿关于引力表达式的推导过程。 太阳对行星的引力跟受力行星的质量成正比，与行星到太阳的距离的二次方成反比。 运用牛顿第三定律，推导行星对太阳的引力。 总结行星与太阳间的引力表达式。其中系数G为常量。 在老师带领利用圆周运动知识逐步推导出行星与太阳间的引力表达式，体会数学在物理问题中运用的魅力。学会用数学方法解决问题。
（3）环节三：月-地检验
教师活动 学生活动
苹果树下的故事： 牛顿依据开普勒定律和圆周运动的规律得出了太阳与行星间的引力关系，因此它只适用于太阳与行星之间，地面上的物体是什么力使得它不能离开地球呢？它们之间是否属于同一种力呢？
假定地球对月球、地球对苹果和太阳与行星间以及的作用力是同一种力。 引导学生进行相关推导。 给出相关数据让学生计算并进行检验。 学生通过推导和计算完成地月检验。
（4）环节四：万有引力定律
教师活动 学生活动
牛顿地球将月球的力、地球对地面上物体的力、太阳对行星的力，物体与物体之间的引力统一起来，提出万有引力。
引导学生阅读课本P52内容。 课件呈现万有引力定律 内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r 的二次方成反比。 表达式：。其中G为引力常量。 适用条件：①适用于计算两个质点间的万有引力，当两物体间的距离远大于物体本身大小时，物体可以看做质点，公式中的r表示两质点间的距离。 ②适用于计算两个均匀球体间的万有引力，公式中的r为两球心间的距离。 阅读课本P52内容，初步认识万有引力定律。
（4）环节四：引力常量
教师活动 学生活动
牛顿发现万有引力定律100多年后，即1798年，英国物理学家卡文迪什通过扭秤实验测量几个铅球之间的引力得出。 课件介卡文迪什扭秤实验装置。 万有引力常量测量的意义： ①成为万有引力定律正确性的重要依据； ②没有G的测出，万有引力定律在许多问题的应用上受到限制，故G的测出使得万有引力定律在天文学的发展上起了重要作用。 认识卡文迪什扭秤实验装置，体会其设计实验的精妙之处。学会用放大法处理微小变化。
粗略的计算一下两个质量为50kg，相距0.5m的人之间的引力是多大？ 总结：小质量物体之间的万有引力非常小可以忽略不计。 通过计算得出人与人之间的万有引力大小。
板书设计 跟着牛顿看月球1 一、行星与太阳间的引力 二、地-月检验 三、万有引力定律 1.内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r 的二次方成反比。 2.表达式：。其中G为引力常量。 适用条件：适用于计算两个质点间的万有引力 四、引力常量 1.卡文迪什扭秤实验 2.
作业与拓展学习设计 既然任何物体间都存在着引力，为什么当两个人接近时他们不会吸在一起 我们通常分析物体的受力时是否需要考虑物体间的万有引力 请你根据实际情况，应用合理的数据，通过计算说明以上两个问题。
特色学习资源分析、技术手段应用说明
万有引力定律的推导应用的是逻辑推理，引导学生用无可辩驳的事实证明科学猜想的正确性。 播放动画卡文迪许扭称实验，让学生感受放大思想在物理学中的应用。
教学反思与改进
教学活动之后填写
评价项目课堂评价综合评价第一课时第二课时第三课时第四课时第五课时自评组评教师评自评组评自评组评自评组评自评组评自评组评课外作业复习预习新课学习兴趣态度主动参与合作意识任务完成评价等级： 优、良、中、差单元测试：总评：
课时教学设计
课时及课题 二、跟着牛顿看月球（第2课时）
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节选自人教版普通高中物理必修二第七章第三节《万有引力理论的成就》，本节教学内容为万有引力定律在天文学上的应用，通过天体质量的“称量”与计算和发现未知天体，体现了万有引力定律对人类探索未知世界所起到的巨大作用，海王星和冥王星的发现，哈雷彗星的按时回归，又验证了万有引力的正确性和普遍适用性。
学习者分析
学生已经学习过万有引力定律，能够理解太阳与行星之间通过万有引力相联系。通过数学变换就能求出天体的质量和密度，也能理解发现未知天体的理论依据。但是由于各量过于繁杂，字母很多，数学基础差的学生可能会感觉难度大。
学习目标确定
1.了解万有引力定律在天文学上的应用 2.运用万有引力定律计算天体质量，体验运用万有引力解决问题的基本思路和方法 3.通过“发现未知天体”、“成功预测彗星的回归”的学习，体会科学定律在人类探索未知世界的作用。 4.培养学生归纳总结建立模型的能力与方法，体会物理学规律的简洁性和普适性。
学习重点难点
1.天体的质量和密度的测量与估算 2.解决天体运动的基本思路和方法。
学习评价设计
评价项目学习评价综合评价第一课时第二课时第三课时第四课时第五课时自评组评教师评自评组评自评组评自评组评自评组评自评组评预习情况兴趣态度知识点掌握情况……
学习活动设计
（1）环节一：新课引入
教师活动 学生活动
复习引入：万有引力定律的内容，表达式以及G的含义。 提问：在地球上重力与万有引力的有什么联系？ 回答万有引力定律的内容，表达式 学生思考，并产生疑惑。
课件呈现并提问：由于地球自转，地球上物体随地球自转的向心力来源是什么？ 经受力分析后回答：万有引力提供向心力
分析物体受力，指出重力和向心力是万有引力的两个分力。 若不考虑地球自转的影响：重力和万有引力相等. 则： 在老师引导下认识重力与万有引力的联系。
（2）环节二：“称量”地球质量
教师活动 学生活动
g是地球表面的重力加速度，R是地球半径。 课堂练习： 已知：地球表面g=9.8m/s2，地球半径R=6400km， 引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2。 请你根据这些数据计算地球的质量。 总结：地面的重力加速度 g 和地球半径 R 在卡文迪什之前就 已知道，一旦测得引力常量 G，就可以算出地球的质量 。因此，卡文迪什把他自己的实验说成是“称量地球的重量”。 计算地球质量。
课堂练习： 已知:月球与地球的距离为3.8×108 m，月球公转周期为27.3天。引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2。 请你根据这些数据计算地球的质量。 计算地球质量。
提出问题：两次间地球质量数据为什么不一样？ 引导学生思考：利用g-R计算时，g的取值是近似，且忽略了地球自转的影响。月球绕地球运动的轨道是椭圆并非圆轨道。 体会简化模型的意义。
（3）环节三：计算天体质量
教师活动 学生活动
总结上述两习题得出结论：计算天体质量的两种方法 g-R法 g是天体表面的重力加速度，R是天体半径 2.T-r法 T是卫星绕天体做匀速圆周运动的周期,r是卫星的轨道半径，只能求中心天体的质量。 上述两种方法也适用于其他天体质量的计算。 对比两种方法，加深对万有引力定律的理解。
引导学生回忆开普勒第三定律，提出问题k= 总结：k与中心天体的质量有关。 学生推导:
（4）环节四：发现未知天体
教师活动 学生活动
布置阅读任务 总结：海王星被称为“笔尖下发现的行星” 阅读课本P57内容，了解海王新发现的过程。
海王星发现之后，人们发现它的轨道也与理论计算的不一致．于是几位学者用亚当斯和勒维列的方法预言另一颗． 体会万有引力理论的成就。
（4）环节四：预言哈雷彗星的回归
教师活动 学生活动
课件呈现并讲述： 在牛顿之前，彗星被看作是一种神秘的现象。英国天文学家哈雷从 1337 年到 1698 年的彗星记录中挑选了 24 颗彗星，依据万有引力定律，用一年时间计算了它们的轨道。 发现 1531 年、1607 年和 1682 年出现的这三颗彗星轨道看起来如出一辙，他大胆预言，这三次出现的彗星是同一颗星，周期约为 76 年，并预言它将于 1758 年底或 1759 年初再次回归。 1759 年 3 月这颗彗星如期通过了近日点，它最近一次回归是 1986 年，它的下次回归将在2061 年左右。 在哈雷的发现和预言中体会物理规律之美。
课件展示彗星家族。
总结：海王星的发现和哈雷彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈。诺贝尔奖获得者物理学家劳厄说 ：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地树立起人们对年轻的物理学的尊敬。从此以后，这门自然科学成了巨大的精神王国……” 牛顿还用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象，用万有引力定律和其他力学定律，推测地球呈赤道处略微隆起的扁平形状。万有引力定律可以用于分析地球表面重力加速度微小差异的原因，以及指导重力探矿。
板书设计 跟着牛顿看月球2 一、“称量”地球质量 1.重力与万有引力： 重力和向心力是万有引力的两个分力。 若不考虑地球自转的影响，重力和万有引力相等. g是地球表面的重力加速度，R是天体半径 二、计算天体质量 1.g-R法 g是天体表面的重力加速度，R是天体半径 2.T-r法 T是卫星绕天体做匀速圆周运动的周期,r是卫星的轨道半径，只能求中心天体的质量。 三、发现未知天体 四、预言哈雷彗星回归
作业与拓展学习设计
根据万有引力定律和牛顿第二定律说明:为什么不同物体在地球表面的自由落体加速度都是相等的 为什么高山上的自由落体加速度比山下地面的小
特色学习资源分析、技术手段应用说明
展示地球自转视频和图片，让学生感受万有引力，重力和自转向心力的关系，培养学生建立科学模型的能力，感受物理规律获得的过程。引导学生推导相关表达式，感受万有引力定律在综合解决天体问题中的重要地位。
教学反思与改进
教学活动之后填写
评价项目课堂评价综合评价第一课时第二课时第三课时第四课时第五课时自评组评教师评自评组评自评组评自评组评自评组评自评组评课外作业复习预习新课学习兴趣态度主动参与合作意识任务完成评价等级： 优、良、中、差单元测试：总评：
课时教学设计
课时及课题 7.3嫦娥六号怎样去月球（2课时）
课型 新授课 章/单元复习课 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
本节教学内容重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义。本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术理论基础，培养学生对航空航天技术知识的探究兴趣，以及树立学生对我国航天科学技术的崇高敬意。
学习者分析
通过前面的学习，学生已对平抛运动、曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解。在此基础上，通过教师合理诱导，按照迁移规律科学地设计问题情境，促进学生探究，获得新知。尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，表达也许欠妥，建构物理模型能力欠缺。但只要始终参与到学习情境中，五官体验激活思维，大胆猜想，敢于表达，就都能获得发展和提高。
学习目标确定
物理观念：能正确描述和解释人造地球卫星的运行规律。 科学思维：能用万有引力定律推导第一宇宙速度，对卫星的发射原理进行分析和推理； 科学探究：能依据卫星发射原理，制定合力探究路线，分析数据发现规律； 科学态度与责任：感知人类探索宇宙的梦想及巨大成就，激发学生学习物理的热情，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。
学习重点难点
重点：1.第一宇宙速度及其推导。 2. v、ω、T、a随轨道半径的变化规律。 3.近地卫星、同步卫星的特点以及卫星变轨。 难点：1. 发射速度和环绕速度的关系。 2.变轨原理。
学习评价设计
评价项目学习评价综合评价第一课时第二课时第三课时第四课时第五课时自评组评教师评自评组评自评组评自评组评自评组评自评组评预习情况兴趣态度知识点掌握情况……
学习活动设计
（1）环节一：新课引入
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情境引入： 问题1：嫦娥六号探测器是如何发射升空的？ 引导思考：将物体从高塔上水平抛出，物体最终落到地面上，当增大抛射速度时，物体的射程也随之增加。 猜想：如果抛出的速度足够大,会出现什么情形呢 问题2：抛出的速度为多大，物体才能成为人造地球卫星呢 学生猜想：不会落回地面，绕地球运动，成为地球卫星。
（2）环节二：宇宙速度
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创设情境：学生推导第一宇宙速度 物体抛出后不落回地面，绕地心做匀速圆周运动，万有引力提供向心力。 物体做圆周运动的轨道半径为r、地球半径为R、物体距地面高度h。 总结分析：贴近地面运动的卫星，称为近地卫星。 由于R>>h则r=R+h≈R 这一速度称为第一宇宙速度。 学生推导： 其中
提出另一种计算方法：卫星发射后，地球自转对卫星的运动没有影响，重力等于万有引力，引导学生推导。 学生推导：
总结： 第一宇宙速度：物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度；近地卫星的速度；地球卫星的最小发射速度。v1=7.9km/s 两种计算方法： 方法1： 方法2： 对比两种计算方法，体会计算原理。
提问：如果物体在地球附近，运动的速度大于第一宇宙速度，物体还能做匀速圆周运动吗？ 引入思考：物体真会脱离地球一去不返吗？ 分析后回答：不能，提供的向心力即万有引力不变，而所需的向心力由于速度增大而增大，故提供的向心力小于所需向心力将做离心运动。
引导学生思考：物体在远离地球的过程中，一直受到万有引力的作用。在引力作用下物体先逐渐减速。 逐渐到达远地点B，然后加速回程，形成一个椭圆轨迹。 在老师引导下思考椭圆轨道的形成过程。
结论：理论研究表明，在地面附近的A点，以速度v发射飞行器。 v=7.9km/s时，飞行器沿圆形轨道1绕地心贴着地面匀速圆周运动（近地卫星）。 7.9km/s引导学生总结：宇宙速度 第一宇宙速度：飞行器在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度. v1=7.9km/s 第二宇宙速度：使飞行器脱离地球引力束缚的最小地面发射速度． v2=11.2km/s 第三宇宙速度：使飞行器脱离太阳引力束缚的最小地面发射速度． v3=16.7km/s 提出问题：设卫星发射速度v ，以下列三种情况发射，飞行器将如何运动？ v<7.9km/s （2） 7.9km/s < v <11.2km/s （3）11.2km/s < v <16.7km/s （4）v >16.7km/s 总结三个宇宙速度并思考问题后回答： 发射速度v<7.9km/s 时，飞行器回落回地面； 发射速度7.9km/s < v <11.2km/s 时，飞行器绕地球沿椭圆轨道运动 ，成为地球的一颗卫星。 发射速度11.2km/s < v <16.7km/s 时，飞行器绕太阳椭圆轨道运动 ，成为太阳的人造行星。 发射速度v >16.7km/s 时，飞行器飞力太阳系
提示与扩展：三个宇宙速度都是相对于地球的最小发射速度，其他星球上也有对应的三个宇宙速度。 练习1：若取地球的第一宇宙速度为8 km/s，某行星的质量是地球质量的6倍，半径是地球半径的1.5倍，此行星的第一宇宙速度约为(A) A．16 km/s　　B．32 km/s C．4 km/s D．2 km/s 学生思考并计算：
练习2；恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星．中子星的半径较小，一般在7～20 km，但它的密度大得惊人．若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017 kg/m3，万有引力常量 G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，那么该中子星上的第一宇宙速度约为(　D　) A．7.9 km/s B．16.7 km/s C．2.9×104 km/s D．5.8×104 km/s 通过计算得出答案。
练习3：某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体，经时间t后，物体以速率v落回该人的手中．已知该星球的半径为R，求该星球上的第一宇宙速度． 学生分析并计算： 由竖直上抛运动可得该星球表现的重力加速度 由g-R法得该星球上的第一宇宙速度
下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是（ CD） A.人造地球卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度为 7.9km/s < v <11.2km/s B.美国发射的凤凰号月球探测器，其发射速度大于第三宇宙速度。 C.第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚，成为绕太阳运行的人造小行星的最小发射速度。 D.第一宇宙速度7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大环绕速度 E.我国向月球发射的 “嫦娥二号”宇宙飞船在地面附近的发射速度要大于11.2km/s。 F.在地面附近发射月球探测器的速度应为11.2km/s < v <16.7km/s 通过三个宇宙速度的分析，得出答案，并加深对宇宙速度的理解。
第2课时 （3）环节三：人造地球卫星
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到目前，我们已经学习了有关人造卫星运行的科学原理。 提出问题:按照牛顿的设想，发射一颗人造卫星，需要哪些条件呢？ 思考总结后回答：需要两个条件，（1）一座足够高的山海拔为（100km以上）。 （2）物体达到足够大的速度（第一宇宙速度）。 这两个条件无法满足。
课件呈现回顾历史： 前苏联科学家，齐奥尔科夫斯基提出多级火箭理论，使发射人造卫星成为了可能。前苏联在1957年世界第一颗人造地球卫星。 我国科学家钱学森，领导的科研团队，经过艰苦攻关，于1970年4月24日发射了我国第一颗人造卫星。 目前我国拥有几十种，200余颗在轨卫星，在轨卫星数量，居世界第二位，成为了名副其实的航天大国。 回顾卫星发射历史，瞻仰历史人物。
课件呈现卫星发射过程：正如牛顿的设想，需要一座高山，只是这座“高山”我们用火箭来制造。用火箭把卫星送到“山顶”A点。将卫星以v1速度水平射出。这个射出过程叫轨道发射。之后卫星进入轨道1。如果要把卫星发射到近地轨道上，发射速度v1应为第一宇宙速度。 提出问题：如果发射高轨道卫星呢？（预定轨道3） 在A点将卫星以更大速度v2（v2>v1)沿水平射出。（轨道发射） 由于离心运动原理，进入椭圆轨道2。 轨道2与预定轨道3相切于B点。 在B点加速，进入预定轨道3。 总结卫星变轨： 低轨道→高轨道：加速变椭圆轨道，远地点加速变圆轨道。 高轨道→低轨道：减速变椭圆轨道，近地点减速变圆轨道。 分析总结卫星发射与变轨，初步掌握卫星发射与变轨原理。
卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力。 引导学生推导卫星的运行参数。 总结分析：；；；； 卫星轨道半径越大（离地越高），周期越大，速度、角速度、加速度越小。 练习1：如图所示，a、b、c是大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同且小于c的质量，下列说法中正确的是(　C　) A．b、c的线速度大小相等且大于a的线速度 B．b、c的向心加速度相等且大于a的向心加速度 C．b、c的周期相等且大于a的周期 D．b、c的向心力相等且大于a的向心力 练习2：如图所示为卫星发射过程的示意图，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再一次点火，将卫星送入同步圆轨道3，轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是(　B　) A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B．卫星在轨道3上的周期大于在轨道2上的周期 C．卫星在轨道1上经过Q点时的速率大于它在轨道2上经过Q点时的速率 D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度小于它在轨道3上经过P点时的加速度 练习3．“嫦娥一号”卫星从地球发射到到达月球的过程的路线示意图如图所示．关于“嫦娥一号”的说法正确的是( CD ) A．在P点由a轨道转变到b轨道时，速度必须变小 B．在Q点由d轨道转变到c轨道时，要加速才能实现(不计“嫦娥一号”的质量变化) C．在b轨道上，P点速度比R点速度大 D．“嫦娥一号”在a、b轨道上正常运行时，通过同一点P时，加速度相等 学生通过计算得到答案。 ；；；。 学生思考分析得出答案。
近地卫星（r≈R） v=7.9km/s T=84.5min 轨道半径最小，周期最小，速度、角速度、加速度最大。 第一宇宙速度:近地卫星的速度，卫星的最小发射速度，最大环绕速度。
北斗三号导航系统介绍：北斗三号导航一共35颗卫星。北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星d组成。35颗卫星在离地面2万多千米的高空上，以固定的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。 其中5颗静止轨道卫星又称地球同步卫星。 同步卫星：相对地面静止，与地球以相同的角速度转动的卫星。T=24h 所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上 ，即同步卫星轨道平面与地球赤道平面重合，卫星离地面高度为定值。 如何求同步卫星离地面高度？ ，， 了解北斗导航系统，知道中国航天的伟大，增强民族自豪感。
练习4：地球同步卫星相对地面静止不动，犹如悬在高空中，下列说法正确的是(　B　) A．同步卫星处于平衡状态 B．同步卫星的速率是唯一的 C．不同卫星的轨道半径都相同，且一定在赤道的正上方，它们以第一宇宙速度运行 D．它们可在我国北京上空运行，故用于我国的电视广播
（4）环节四：载人航天与太空探索
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讲述人类航天探索以及中国载人航天。 很久以来，人类就有一个飞天梦，随着科技的进步，载人航天，成为了可能。 我国载人航天事业起步较晚，但发展很快。 了解人类航天探索以及中国载人航天发展历程。
进入新世纪以来，我国航天事业蓬勃发展，先后有11位宇航员进入太空，完成了飞船与空间实验室交会对接、宇航员太空行走等高难动作，2022年我国将建成首个大型空间站。 2019年,我国嫦娥四号飞船成功登陆月球背面，开创了人类飞船登陆并考察月球背面的新纪元。随着科技的进步，我们相信，人类探索太空，开发宇宙的明天会更加美好。 嫦娥系列介绍 对比发射过程，呈现中国航天技术的进步。 了解中国探月工程进展以及技术进步，形成对航天梦的向往。
板书设计 嫦娥六号怎样去月球 一、宇宙速度 第一宇宙速度：飞行器在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度. v1=7.9km/s 两种计算方法： 方法1： 方法2： 第二宇宙速度：使飞行器脱离地球引力束缚的最小地面发射速度． v2=11.2km/s 第三宇宙速度：使飞行器脱离太阳引力束缚的最小地面发射速度． v3=16.7km/s 人造地球卫星 1.卫星的发射 2.运行参数 ；；；。 卫星轨道半径越大（离地越高），周期越大，速度、角速度、加速度越小。 3.卫星变轨 低轨道→高轨道：加速变椭圆轨道，远地点加速变圆轨道。 高轨道→低轨道：减速变椭圆轨道，近地点减速变圆轨道。 4.近地卫星与同步卫星 近地卫星（r≈R）： v=7.9km/s T=84.5min 轨道半径最小，周期最小，速度、角速度、加速度最大。 同步卫星：相对地面静止，与地球以相同的角速度转动的卫星。T=24h 所有的同步卫星都在赤道上方的一个确定轨道上 ，离地高度h=36000km 三、载人航天与太空探索
作业与拓展学习设计
完成教材P64的第2、3、4及课后阅读自学双星以及多星问题。
特色学习资源分析、技术手段应用说明
播放嫦娥六号一号发射视频及发射全程模拟动画视频，让学生如亲临其境，深刻体会我国航空航天技术的先进发达。 在学习过程中，也培养学生利用网络资源查找有用资源的能力。
教学反思与改进
教学活动之后填写
评价项目课堂评价综合评价第一课时第二课时第三课时第四课时第五课时自评组评教师评自评组评自评组评自评组评自评组评自评组评课外作业复习预习新课学习兴趣态度主动参与合作意识任务完成评价等级： 优、良、中、差单元测试：总评：

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