2024-2025學年高中物理 第六章 萬有引力與航天 5 宇宙航行（3）教學設(shè)計 新人教版必修2

2024-2025學年高中物理第六章萬有引力與航天5宇宙航行（3）教學設(shè)計新人教版必修2學校授課教師課時授課班級授課地點教具教學內(nèi)容教材章節(jié)：新人教版必修2第六章萬有引力與航天5宇宙航行（3）

內(nèi)容：本節(jié)課主要圍繞宇宙航行中的第三部分展開，包括宇宙飛船的軌道運動、變軌原理、宇宙探測器的設(shè)計與任務等。通過學習，學生將掌握軌道運動的基本規(guī)律，了解宇宙探測器的原理及其在科學研究中的應用。核心素養(yǎng)目標培養(yǎng)學生科學探究精神，通過宇宙航行案例，提升學生運用物理知識解決實際問題的能力。增強學生的科學思維，學會從物理角度分析宇宙飛船的運動軌跡和能量轉(zhuǎn)換。同時，激發(fā)學生的科學興趣和愛國情懷，認識到物理學在航天科技發(fā)展中的重要作用。學習者分析1.學生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：

學生在進入本節(jié)課之前，已經(jīng)學習了牛頓運動定律、萬有引力定律以及機械能守恒等基礎(chǔ)知識。他們能夠理解物體在重力作用下的運動規(guī)律，以及能量在不同形式之間的轉(zhuǎn)換。

2.學生的學習興趣、能力和學習風格：

高中學生對宇宙和航天科技通常具有濃厚的興趣，他們渴望了解航天器的工作原理和宇宙探索的最新進展。學生的能力方面，部分學生可能在數(shù)學和物理計算方面較為擅長，能夠快速掌握復雜的物理公式和計算方法。學習風格上，學生中既有偏好通過實驗探究物理現(xiàn)象的，也有傾向于通過理論分析來理解物理規(guī)律的。

3.學生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

在學習宇宙航行時，學生可能會遇到以下困難和挑戰(zhàn)：一是對軌道力學和能量轉(zhuǎn)換的理解不夠深入，二是復雜計算可能導致學生產(chǎn)生畏難情緒，三是缺乏實際航天知識的背景，可能難以將理論知識與實際應用聯(lián)系起來。此外，對于宇宙航行中的相對論效應，如時間膨脹等概念，學生可能感到難以理解。教學資源準備1.教材：確保每位學生都有新人教版必修2教材，以便查閱相關(guān)章節(jié)內(nèi)容。

2.輔助材料：準備與宇宙航行相關(guān)的圖片、圖表、航天器發(fā)射視頻等多媒體資源，以增強直觀教學效果。

3.實驗器材：準備軌道模型、萬有引力模擬裝置等，供學生進行實驗操作和觀察。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，安排實驗操作臺，并確保教室環(huán)境安全、整潔。教學過程設(shè)計1.導入新課（5分鐘）

目標：引起學生對宇宙航行的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過程：

開場提問：“你們看過電影《星際穿越》嗎？你們對宇宙航行有什么疑問？”

展示一些關(guān)于航天器的圖片或視頻片段，讓學生初步感受宇宙航行的魅力或特點。

簡短介紹宇宙航行的基本概念和重要性，為接下來的學習打下基礎(chǔ)。

2.宇宙航行基礎(chǔ)知識講解（10分鐘）

目標：讓學生了解宇宙航行的基本概念、組成部分和原理。

過程：

講解宇宙航行的定義，包括其主要組成元素或結(jié)構(gòu)，如火箭、衛(wèi)星、宇宙飛船等。

詳細介紹宇宙航行的組成部分或功能，使用圖表或示意圖幫助學生理解。

3.宇宙航行案例分析（20分鐘）

目標：通過具體案例，讓學生深入了解宇宙航行的特性和重要性。

過程：

選擇幾個典型的宇宙航行案例進行分析，如阿波羅登月計劃、火星探測器任務等。

詳細介紹每個案例的背景、特點和意義，讓學生全面了解宇宙航行的多樣性或復雜性。

引導學生思考這些案例對人類科技發(fā)展和國際合作的貢獻，以及如何應用宇宙航行技術(shù)解決地球上的問題。

小組討論：將學生分成小組，每組討論一個案例的未來發(fā)展或改進方向，并提出創(chuàng)新性的想法或建議。

4.學生小組討論（10分鐘）

目標：培養(yǎng)學生的合作能力和解決問題的能力。

過程：

將學生分成若干小組，每組選擇一個與宇宙航行相關(guān)的主題進行深入討論，如“如何實現(xiàn)星際旅行”。

小組內(nèi)討論該主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。

每組選出一名代表，準備向全班展示討論成果。

5.課堂展示與點評（15分鐘）

目標：鍛煉學生的表達能力，同時加深全班對宇宙航行的認識和理解。

過程：

各組代表依次上臺展示討論成果，包括主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及解決方案。

其他學生和教師對展示內(nèi)容進行提問和點評，促進互動交流。

教師總結(jié)各組的亮點和不足，并提出進一步的建議和改進方向。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強調(diào)宇宙航行的重要性和意義。

過程：

簡要回顧本節(jié)課的學習內(nèi)容，包括宇宙航行的基本概念、組成部分、案例分析等。

強調(diào)宇宙航行在人類探索宇宙、推動科技進步方面的價值和作用，鼓勵學生進一步探索和應用宇宙航行知識。

布置課后作業(yè)：讓學生撰寫一篇關(guān)于宇宙航行的短文或報告，要求結(jié)合所學知識，探討宇宙航行的未來可能性，以鞏固學習效果。學生學習效果學生學習效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.知識掌握程度：

學生通過本節(jié)課的學習，能夠掌握宇宙航行的基本概念、原理和相關(guān)技術(shù)。具體包括：

-理解宇宙航行的定義、發(fā)展歷程及其對人類科技進步的意義。

-掌握宇宙航行中的力學原理，如牛頓運動定律、萬有引力定律、開普勒定律等。

-了解宇宙航行中的能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，以及其在實際應用中的作用。

2.分析問題與解決問題的能力：

通過案例分析，學生能夠?qū)W會運用物理知識分析宇宙航行中的實際問題，并嘗試提出解決方案。具體表現(xiàn)如下：

-學會分析宇宙探測器的設(shè)計與任務，理解其在科學研究中的作用。

-通過小組討論，學生能夠結(jié)合所學知識，對宇宙航行中的難題進行探討，提出創(chuàng)新性想法。

3.合作能力與溝通能力：

在小組討論和課堂展示環(huán)節(jié)，學生的合作能力和溝通能力得到顯著提升。具體包括：

-學會在小組中分工合作，共同完成任務。

-學會傾聽他人意見，尊重他人觀點，提高溝通效果。

-學會清晰、準確地表達自己的觀點，提高語言表達能力。

4.科學探究精神與創(chuàng)新意識：

通過學習宇宙航行，學生的科學探究精神和創(chuàng)新意識得到激發(fā)。具體包括：

-關(guān)注航天科技發(fā)展動態(tài)，培養(yǎng)對科學的熱情和好奇心。

-嘗試從物理角度分析宇宙航行中的現(xiàn)象，提高科學思維水平。

-積極探索宇宙航行中的未知領(lǐng)域，勇于創(chuàng)新，敢于挑戰(zhàn)。

5.愛國情懷與責任感：

通過學習宇宙航行，學生的愛國情懷和責任感得到增強。具體包括：

-認識到我國航天事業(yè)的成就，增強民族自豪感。

-意識到航天科技對國家發(fā)展的重要性，激發(fā)為國家科技事業(yè)做貢獻的決心。

-關(guān)注航天科技在國際競爭中的地位，培養(yǎng)國際視野。

6.課后延伸與拓展：

學生通過課后作業(yè)，能夠?qū)⑺鶎W知識應用到實際生活中，進一步鞏固學習成果。具體包括：

-撰寫關(guān)于宇宙航行的短文或報告，提高寫作能力。

-收集航天科技相關(guān)資料，拓寬知識面。

-關(guān)注航天科技新聞，了解航天領(lǐng)域的最新進展。典型例題講解例題1：一艘宇宙飛船以初速度v0從地球表面發(fā)射，忽略空氣阻力，求飛船達到高度h時的速度v。

解答：

根據(jù)機械能守恒定律，飛船在發(fā)射到高度h的過程中，其動能和勢能之和保持不變。設(shè)地球表面的重力加速度為g，地球半徑為R，飛船質(zhì)量為m，則有：

(1/2)mv0^2+mgh=(1/2)mv^2

化簡得：

v^2=v0^2+2gh

解得：

v=√(v0^2+2gh)

例題2：一艘宇宙飛船在距離地球表面高度為h的地方，以速度v0發(fā)射，求飛船達到第一宇宙速度v1時的距離地球表面的高度。

解答：

第一宇宙速度是指物體在地球表面附近做圓周運動所需的最小速度。設(shè)地球質(zhì)量為M，飛船質(zhì)量為m，地球半徑為R，則有：

GMm/R^2=mv1^2/R

化簡得：

v1=√(GM/R)

在飛船從高度h達到第一宇宙速度v1的過程中，動能和勢能之和保持不變，即：

(1/2)mv0^2+mgh=(1/2)mv1^2

代入v1的表達式，得：

v0^2+2gh=v1^2

化簡得：

h=(v1^2-v0^2)/(2g)

例題3：一顆人造衛(wèi)星在距離地球表面高度為h的軌道上繞地球做勻速圓周運動，已知地球半徑為R，求衛(wèi)星的角速度ω。

解答：

衛(wèi)星在軌道上繞地球做勻速圓周運動時，由萬有引力提供向心力，即：

GMm/(R+h)^2=mω^2(R+h)

化簡得：

ω=√(GM/(R+h)^3)

代入萬有引力常量G和地球質(zhì)量M的值，得：

ω≈2π/√[(R+h)^3/T]

其中T為衛(wèi)星繞地球一周的時間。

例題4：一艘宇宙飛船在地球表面附近發(fā)射，求飛船達到軌道高度h時所需的最小初速度v0。

解答：

飛船在發(fā)射到高度h的過程中，動能和勢能之和保持不變，即：

(1/2)mv0^2=mgh

化簡得：

v0=√(2gh)

代入地球表面重力加速度g和軌道高度h的值，得：

v0≈7.9km/s

例題5：一艘宇宙飛船在地球表面附近發(fā)射，求飛船達到軌道高度h時所需的最小燃料消耗量Q。

解答：

飛船在發(fā)射到高度h的過程中，動能和勢能之和保持不變，即：

Q=mgh

代入地球表面重力加速度g、軌道高度h和飛船質(zhì)量m的值，得：

Q≈7.9hm^3/kg板書設(shè)計①萬有引力與航天

-宇宙航行概述

-軌道力學基礎(chǔ)

-能量轉(zhuǎn)換與守恒

②宇宙航行基礎(chǔ)知識

-宇宙航行的定義與歷史

-航天器的基本類型與功能

-地球軌道與宇宙探測器

③軌道力學計算

-牛頓運動定律在航天中的應用