资源简介

7.4 宇宙航行 教学设计
一、课标要求
条目 说明
运动与相互作用主题 依据《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修二“运动与相互作用”主题，理解人造卫星的运动规律，掌握第一、第二、第三宇宙速度的定义与物理意义，能运用万有引力定律分析卫星的圆周运动，了解我国航天事业的成就与科学家精神。
核心素养 培养科学思维（模型建构、推理计算）、科学探究（数据处理、现象解释）、科学态度与责任（崇尚科学、家国情怀）。
二、教学内容与重难点
条目 说明
教学内容 1. 三种宇宙速度的推导与意义；2. 人造卫星的轨道分类与参数特点；3. 同步卫星的“六个一定”；4. 我国及世界航天历程与科学家精神。
教学重点 第一宇宙速度的推导与理解；同步卫星的运行特点；我国航天重大成就。
教学难点 理解“第一宇宙速度既是发射速度又是环绕速度”；掌握同步卫星轨道半径推导及“六个一定”的内在联系。
三、学生学情
条目 说明
知识基础 已学习万有引力定律、圆周运动向心力公式，知道卫星绕地球做圆周运动，但对“宇宙速度”缺乏系统认识。
能力水平 具备初步的公式推导与代入计算能力，能理解“轨道越高速度越小”，但对“发射速度”与“运行速度”关系需引导。
兴趣与动机 对“嫦娥奔月”“天问一号”“天宫课堂”有浓厚兴趣，愿意通过计算与视频了解航天背后的物理原理。
四、学习目标（四维核心素养）
目标维度 内容
1. 物理观念 形成“卫星绕地球做圆周运动的向心力由万有引力提供”“第一宇宙速度是最小发射速度也是最大环绕速度”“同步卫星与地面相对静止”的科学观念。
2. 科学思维 能推导第一宇宙速度表达式；能运用万有引力定律计算同步卫星轨道半径；能通过比较表格归纳三种卫星参数差异。
3. 科学探究 通过“算一算”第一宇宙速度活动，体验模型建构与数据处理；通过观看“中国航天历程”视频，提炼航天成就背后的物理原理。
4. 科学态度与责任 认识航天事业是综合国力的体现，崇尚钱学森等科学家精神，树立“科技报国、勇攀高峰”的责任意识。
五、评价任务
任务类型 说明
课堂提问 第一宇宙速度的推导思路？同步卫星为什么必须放在赤道上方？三种宇宙速度数值与意义？
计算分析 代入地球质量、半径计算第一宇宙速度；根据同步卫星周期计算轨道半径。
图像判断 判断近地卫星、同步卫星、月球轨道半径与速度大小关系。
生活解释 用同步卫星特点解释“通信卫星为何固定不动”；用第一宇宙速度解释“火箭为何需多级加速”。
六、教学准备
准备 说明
教师 PPT课件、计算器、三种宇宙速度对比表、同步卫星“六个一定”卡片、中国航天历程短视频、例题打印单。
学生 预习万有引力与圆周运动，分组（4人/组），准备记录表：宇宙速度计算表、卫星参数对比表、航天成就时间轴。
七、学习活动设计（40分钟）
环节 教师活动（详案） 学生活动（详案） 时间 设计意图
1. 引入：牛顿抛体设想 ①播放PPT：牛顿高山抛体图，提问：速度多大才不掉下来？ ②板书：第一宇宙速度（环绕速度）。 ①观察图片，猜测速度大小。 ②记录“第一宇宙速度”概念。 3分钟 用科学史情境激发兴趣，引出核心问题。
2. 第一宇宙速度推导 ①引导：向心力=万有引力→mv /R=GMm/R →v=√(GM/R)。 ②代入数据：G=6.67×10 ，M=6×10 kg，R=6.4×10 m，计算得7.9 km/s。 ①跟随推导，记录公式与数值。 ②用计算器验证结果，齐读“7.9 km/s”。 5分钟 通过推导与计算，建立模型与数值印象。
3. 三种宇宙速度对比 ①展示对比表，讲解第二、第三宇宙速度意义。 ②强调：第一宇宙速度是最小发射速度，也是最大环绕速度。 ①填写表格：v1=7.9 km/s，v2=11.2 km/s，v3=16.7 km/s。 ②口述：v1既是发射又是环绕速度。 5分钟 用表格梳理，突破“发射速度”与“运行速度”关系。
4. 同步卫星特点 ①讲解“六个一定”：轨道平面、周期、半径、速度、加速度、方向。 ②推导：由GMm/r =m(2π/T) r→r =GMT /4π ，代入T=24 h得r≈6.6R。 ①抄写“六个一定”，用红笔圈“轨道平面=赤道平面”。 ②用计算器验证r≈6.6R，记录“3.08 km/s”。 5分钟 通过推导，理解同步卫星固定原因。
5. 中国航天历程视频 ①播放“东方红1号→嫦娥→天问→天宫”短视频，提问：哪些成就与v1、v2有关？ ②展示钱学森图片，简介“航天之父”贡献。 ①观看视频，记录“1970东方红1号”“2020天问”。 ②口述：嫦娥奔月需v2，天宫绕地需v1。 5分钟 用视频与科学家故事，激发家国情怀。
6. 卫星参数对比 ①展示近地卫星、同步卫星、月球参数表，提问：轨道半径越大，速度越小？ ②总结：v=√(GM/r)，r↑v↓。 ①填写表格：近地v=7.9 km/s，同步v=3.08 km/s，月球v≈1 km/s。 ②口述：r越大，v越小。 5分钟 通过对比，深化“轨道越高速度越小”观念。
7. 例题巩固 ①投影例题1-2，让学生先独立计算再讨论。 ②强调：同步卫星轨道半径>地球半径，线速度<7.9 km/s。 ①独立完成计算，举牌显示答案。 ②记录错误选项解释：如“发射速度>11.2 km/s”。 5分钟 及时诊断误区，强化数值与意义对应。
8. 小结与作业布置 ①用思维导图回顾：v1=7.9 km/s，v2=11.2 km/s，v3=16.7 km/s；同步卫星六个一定。 ②布置作业：完成PPT例题2并写两段话。 ①补充导图空缺，拍照保存。 ②记录作业要求，齐读“第一宇宙速度是最大环绕速度”。 2分钟 形成知识网络，延伸课后思考。
八、作业设计
类型 内容
课堂完成 PPT例题1：判断同步卫星线速度大小并解释理由。
课后拓展 完成PPT例题2（多选）并写两段话：①近地卫星与同步卫星参数差异；②我国航天成就与宇宙速度关系。
九、板书设计与教学反思
板书设计 教学反思
7.4 宇宙航行 1. 第一宇宙速度：v1=7.9 km/s（最小发射，最大环绕） 2. 第二宇宙速度：v2=11.2 km/s（脱离地球） 3. 第三宇宙速度：v3=16.7 km/s（脱离太阳） 4. 同步卫星：六个一定，r≈6.6R，v=3.08 km/s 5. 中国航天：东方红1号→嫦娥→天问→天宫 成功之处：第一宇宙速度推导与计算结合，学生能准确说出“7.9 km/s”；同步卫星“六个一定”用卡片展示，记忆深刻。 不足：个别学生将“发射速度”与“运行速度”混淆，纠正耗时；例题2（D）选项分析略快。 改进：下次用“对比卡片”强化“发射速度≥运行速度”；预留1分钟让学生上台画三种卫星轨道示意图，现场讨论速度大小。

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