2024-2025學(xué)年高中物理 第六章 萬(wàn)有引力與航天 5 宇宙航行說(shuō)課稿 新人教版必修2

2024-2025學(xué)年高中物理第六章萬(wàn)有引力與航天5宇宙航行說(shuō)課稿新人教版必修2一、教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容為人教版必修2高中物理第六章“萬(wàn)有引力與航天”中的第五節(jié)“宇宙航行”。本節(jié)課將詳細(xì)介紹宇宙航行的基本原理、火箭的發(fā)射過(guò)程、衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)及其應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)。

教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)的聯(lián)系：本節(jié)課在講解宇宙航行時(shí)，將涉及萬(wàn)有引力定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等基礎(chǔ)知識(shí)，與學(xué)生在之前章節(jié)所學(xué)的相關(guān)內(nèi)容緊密相連。同時(shí)，通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生將更好地理解衛(wèi)星發(fā)射、軌道計(jì)算等實(shí)際應(yīng)用，從而將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)

1.讓學(xué)生通過(guò)探究宇宙航行的原理，培養(yǎng)科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。

2.通過(guò)分析衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)，提高學(xué)生的空間想象能力和邏輯推理能力。

3.結(jié)合實(shí)際案例，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)，提升解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4.培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的好奇心和探究精神，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)價(jià)值觀。三、教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)

-火箭發(fā)射的基本原理：重點(diǎn)講解火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理、推力與質(zhì)量的比值對(duì)火箭速度的影響。

舉例：通過(guò)動(dòng)畫演示火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程，讓學(xué)生直觀理解火箭是如何產(chǎn)生推力。

-衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)的計(jì)算：強(qiáng)調(diào)衛(wèi)星軌道半徑、速度與周期之間的關(guān)系，以及衛(wèi)星軌道的類型。

舉例：通過(guò)實(shí)際案例，如地球同步軌道衛(wèi)星，說(shuō)明軌道半徑與衛(wèi)星周期之間的關(guān)系。

2.教學(xué)難點(diǎn)

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

難點(diǎn)：學(xué)生可能難以理解不同宇宙速度的物理意義及其計(jì)算公式。

突破方法：通過(guò)公式推導(dǎo)和實(shí)際例子，如衛(wèi)星發(fā)射到近地軌道和逃離地球引力，幫助學(xué)生理解。

-軌道轉(zhuǎn)移過(guò)程：掌握霍曼轉(zhuǎn)移軌道的原理和計(jì)算方法。

難點(diǎn)：學(xué)生可能難以想象和理解軌道轉(zhuǎn)移的物理過(guò)程。

突破方法：利用圖示和模擬軟件，展示不同軌道之間的轉(zhuǎn)移路徑，讓學(xué)生直觀感受軌道變化。四、教學(xué)資源

-軟硬件資源：交互式白板、計(jì)算機(jī)、投影儀

-課程平臺(tái)：學(xué)校教學(xué)管理系統(tǒng)

-信息化資源：物理教學(xué)軟件、宇宙航行模擬軟件

-教學(xué)手段：多媒體課件、動(dòng)畫演示、實(shí)物模型、板書五、教學(xué)過(guò)程

一、導(dǎo)入新課

1.各位同學(xué)，我們之前學(xué)習(xí)了萬(wàn)有引力定律，了解了物體之間的引力是如何作用的。那么，你們有沒(méi)有想過(guò)，我們是如何利用這個(gè)原理，將衛(wèi)星甚至人類送入太空的呢？今天，我們就來(lái)學(xué)習(xí)一下宇宙航行的相關(guān)知識(shí)。

二、火箭發(fā)射原理探究

1.首先，我們來(lái)了解一下火箭發(fā)射的基本原理。火箭發(fā)射依賴于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力，這個(gè)推力是如何產(chǎn)生的呢？請(qǐng)大家回憶一下我們之前學(xué)習(xí)的力的作用，思考一下火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是如何利用力的作用的。

2.同學(xué)們，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)燃燒燃料產(chǎn)生高溫高壓氣體，這些氣體從火箭尾部噴出，產(chǎn)生推力。這個(gè)過(guò)程中，力的作用是相互的，氣體向后噴出，火箭就向前運(yùn)動(dòng)。這就是火箭發(fā)射的基本原理。

3.接下來(lái)，我們通過(guò)一個(gè)動(dòng)畫演示，來(lái)直觀地觀察火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程。

三、宇宙速度講解

1.同學(xué)們，我們?cè)趯W(xué)習(xí)火箭發(fā)射的過(guò)程中，會(huì)遇到一個(gè)重要的概念，那就是宇宙速度。宇宙速度分為第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。那么，這些宇宙速度分別是什么意思呢？

2.第一宇宙速度，又稱環(huán)繞速度，是指物體在地球表面附近做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，所需的最小水平初速度。這個(gè)速度約為7.9公里/秒。當(dāng)物體的速度達(dá)到第一宇宙速度時(shí)，它將圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，不會(huì)落回地面。

3.第二宇宙速度，又稱逃逸速度，是指物體從地球表面出發(fā)，克服地球引力，飛向太空時(shí)所需的最小速度。這個(gè)速度約為11.2公里/秒。當(dāng)物體的速度達(dá)到第二宇宙速度時(shí)，它將脫離地球引力，飛向太空。

4.第三宇宙速度，又稱太陽(yáng)系逃逸速度，是指物體從地球表面出發(fā)，克服太陽(yáng)系引力，飛向其他恒星時(shí)所需的最小速度。這個(gè)速度約為16.7公里/秒。

四、衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)分析

1.同學(xué)們，當(dāng)火箭將衛(wèi)星送入太空后，衛(wèi)星將在地球引力作用下進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)。那么，衛(wèi)星的軌道運(yùn)動(dòng)是如何進(jìn)行的呢？

2.衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)動(dòng)可以看作是圓周運(yùn)動(dòng)。根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)動(dòng)需要滿足一定的條件。這個(gè)條件就是衛(wèi)星的速度與軌道半徑的平方成正比，與地球的質(zhì)量成反比。

3.接下來(lái)，我們通過(guò)一個(gè)模擬軟件，來(lái)觀察衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)大家注意觀察衛(wèi)星的速度、軌道半徑以及周期之間的關(guān)系。

五、軌道轉(zhuǎn)移過(guò)程講解

1.同學(xué)們，當(dāng)衛(wèi)星需要進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移時(shí)，我們會(huì)采用霍曼轉(zhuǎn)移軌道。那么，什么是霍曼轉(zhuǎn)移軌道呢？

2.霍曼轉(zhuǎn)移軌道是一種利用兩個(gè)圓軌道之間的橢圓軌道，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)軌道的方法。這個(gè)過(guò)程需要兩個(gè)沖量，分別作用在衛(wèi)星上，使其從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)軌道。

3.接下來(lái)，我們通過(guò)圖示來(lái)展示霍曼轉(zhuǎn)移軌道的過(guò)程。請(qǐng)大家注意觀察衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移過(guò)程中的軌道變化。

六、課堂小結(jié)與作業(yè)布置

1.各位同學(xué)，通過(guò)今天的學(xué)習(xí)，我們了解了火箭發(fā)射的基本原理、宇宙速度、衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)以及軌道轉(zhuǎn)移過(guò)程。希望大家能夠?qū)⑦@些知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，更好地理解宇宙航行的奧秘。

2.作業(yè)布置：請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合今天所學(xué)內(nèi)容，完成以下作業(yè)：

-解釋火箭發(fā)射的基本原理，并舉例說(shuō)明。

-列出第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的定義及其數(shù)值。

-分析衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，并說(shuō)明衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)動(dòng)速度與軌道半徑的關(guān)系。

-畫圖表示霍曼轉(zhuǎn)移軌道的過(guò)程，并簡(jiǎn)要說(shuō)明其原理。

七、課后延伸

1.同學(xué)們，宇宙航行是一門充滿挑戰(zhàn)和奧秘的學(xué)科。在課后，我鼓勵(lì)大家查閱相關(guān)資料，了解更多關(guān)于宇宙航行的知識(shí)，如我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展歷程、太空探索的最新成果等。

2.如果有興趣的同學(xué)，可以參加學(xué)校的航天科技社團(tuán)，與同學(xué)們一起探討宇宙航行的奧秘，共同為我國(guó)的航天事業(yè)貢獻(xiàn)力量。六、知識(shí)點(diǎn)梳理

1.火箭發(fā)射的基本原理

-火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理：火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)燃燒燃料產(chǎn)生高溫高壓氣體，氣體從火箭尾部噴出，產(chǎn)生推力，使火箭向前運(yùn)動(dòng)。

-推力與質(zhì)量比：火箭的推力與火箭的質(zhì)量比決定了火箭的加速度，進(jìn)而影響火箭的速度。

2.宇宙速度

-第一宇宙速度（環(huán)繞速度）：物體在地球表面附近做圓周運(yùn)動(dòng)所需的最小水平初速度，約為7.9公里/秒。

-第二宇宙速度（逃逸速度）：物體從地球表面出發(fā)，克服地球引力，飛向太空時(shí)所需的最小速度，約為11.2公里/秒。

-第三宇宙速度（太陽(yáng)系逃逸速度）：物體從地球表面出發(fā)，克服太陽(yáng)系引力，飛向其他恒星時(shí)所需的最小速度，約為16.7公里/秒。

3.衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)

-衛(wèi)星軌道：衛(wèi)星在地球引力作用下進(jìn)行的圓周運(yùn)動(dòng)軌跡。

-軌道半徑與速度的關(guān)系：衛(wèi)星的速度與軌道半徑的平方成正比，與地球的質(zhì)量成反比。

-軌道周期：衛(wèi)星完成一周軌道運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間，與軌道半徑和速度有關(guān)。

4.軌道轉(zhuǎn)移過(guò)程

-霍曼轉(zhuǎn)移軌道：利用兩個(gè)圓軌道之間的橢圓軌道，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)軌道的方法。

-軌道轉(zhuǎn)移沖量：在軌道轉(zhuǎn)移過(guò)程中，需要施加兩個(gè)沖量，使衛(wèi)星從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)軌道。

5.宇宙航行的實(shí)際應(yīng)用

-通信衛(wèi)星：利用衛(wèi)星進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的通信連接。

-導(dǎo)航衛(wèi)星：利用衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位導(dǎo)航，如GPS系統(tǒng)。

-科學(xué)觀測(cè)衛(wèi)星：用于觀測(cè)地球、太陽(yáng)和宇宙空間的科學(xué)衛(wèi)星，如哈勃望遠(yuǎn)鏡。

6.航天技術(shù)的發(fā)展

-載人航天：實(shí)現(xiàn)人類進(jìn)入太空的航天技術(shù)，如國(guó)際空間站。

-探測(cè)器與探測(cè)器任務(wù)：發(fā)射探測(cè)器對(duì)太陽(yáng)系中的行星、衛(wèi)星等進(jìn)行探測(cè)和研究。

-商業(yè)航天：商業(yè)航天活動(dòng)的興起，如私營(yíng)企業(yè)發(fā)射衛(wèi)星和載人航天任務(wù)。

7.我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展

-我國(guó)航天歷程：從東方紅一號(hào)衛(wèi)星到嫦娥探月工程，我國(guó)航天事業(yè)取得了舉世矚目的成就。

-我國(guó)航天技術(shù)：我國(guó)在火箭發(fā)射、衛(wèi)星應(yīng)用、載人航天等領(lǐng)域擁有先進(jìn)的技術(shù)實(shí)力。

8.太空環(huán)境與影響

-太空環(huán)境的特點(diǎn)：真空、極端溫度、宇宙輻射等。

-太空環(huán)境對(duì)航天器的影響：航天器表面溫度變化、輻射損傷等。

9.航天安全與救援

-航天安全風(fēng)險(xiǎn)：航天活動(dòng)中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，如火箭發(fā)射失敗、航天器故障等。

-救援措施：建立航天救援體系，確保航天員的安全。

10.航天法規(guī)與倫理

-航天法規(guī)：國(guó)際法和國(guó)內(nèi)法對(duì)航天活動(dòng)的規(guī)范和管理。

-航天倫理：航天活動(dòng)中應(yīng)遵循的倫理原則，如保護(hù)地球環(huán)境、和平利用外太空等。七、內(nèi)容邏輯關(guān)系

1.火箭發(fā)射與宇宙速度

①火箭發(fā)射原理：重點(diǎn)掌握火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，即燃料燃燒產(chǎn)生氣體，氣體噴出產(chǎn)生推力。

②宇宙速度概念：明確第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的定義及其物理意義。

③速度與軌道關(guān)系：理解不同宇宙速度與衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。

2.衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)

①軌道運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：掌握衛(wèi)星在軌道上的圓周運(yùn)動(dòng)特性，包括軌道半徑、速度和周期。

②軌道類型：了解不同類型的衛(wèi)星軌道，如近地軌道、地球同步軌道等。

③軌道計(jì)算：學(xué)會(huì)如何根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律計(jì)算衛(wèi)星軌道的相關(guān)參數(shù)。

3.軌道轉(zhuǎn)移過(guò)程

①霍曼轉(zhuǎn)移軌道：理解霍曼轉(zhuǎn)移軌道的原理，即利用橢圓軌道實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星軌道的轉(zhuǎn)換。

②軌道轉(zhuǎn)移沖量：掌握在軌道轉(zhuǎn)移過(guò)程中施加的沖量及其對(duì)衛(wèi)星軌道的影響。

③實(shí)際應(yīng)用：了解軌道轉(zhuǎn)移在實(shí)際航天任務(wù)中的應(yīng)用，如衛(wèi)星發(fā)射和太空探測(cè)。

4.宇宙航行的實(shí)際應(yīng)用

①通信衛(wèi)星：理解通信衛(wèi)星的工作原理和其在全球通信中的作用。

②導(dǎo)航衛(wèi)星：掌握導(dǎo)航衛(wèi)星如何提供定位和導(dǎo)航服務(wù)，如GPS系統(tǒng)。

③科學(xué)觀測(cè)衛(wèi)星：了解科學(xué)觀測(cè)衛(wèi)星的功能，如對(duì)地球、太陽(yáng)和宇宙空間的觀測(cè)。

5.航天技術(shù)的發(fā)展與我國(guó)航天事業(yè)

①載人航天：介紹載人航天技術(shù)的發(fā)展及其對(duì)人類探索太空的意義。

②探測(cè)器任務(wù)：闡述探測(cè)器在太空探測(cè)中的重要作用