宇宙航行教學設計

作爲一位優秀的人民教師，通常會被要求編寫教學設計，教學設計把教學各要素看成一個系統，分析教學問題和需求，確立解決的程序綱要，使教學效果最優化。寫教學設計需要注意哪些格式呢？下面是小編收集整理的宇宙航行教學設計，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。

一、設計思想

宇宙航行不但介紹了人造衛星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法。因此，本節課是“萬有引力定律與航天”中的重點內容，是學生進一步學習研究天體物理問題的理論基礎。另外，學生透過對人造衛星、宇宙速度的瞭解，也將潛移默化地產生對航天科學的熱愛，增強民族自信心和自豪感。

學生已學過平拋運動、勻速圓周運動、萬有引力定律等基本理論，具備瞭解決問題的基本工具。

本節重點講述了人造衛星的發射原理，推導了第一宇宙速度，並介紹了第二、第三宇宙速度。人造衛星是萬有引力定律在天文學上應用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現了知識的力量，是學生學習瞭解現代科技知識的一個極好素材。

本節課的難點在於對人造衛星原理的理解，因此教學設計上採用理論探究法，在設計中突出發揮學生的主體作用，課堂中透過設疑→思考→啓發→引導這樣一條主線，激發鼓勵學生的大膽思考、積極參與，讓學生透過自己的分析研究來掌握獲取相關的知識和方法。

二、教學目標

（一）知識和能力目標

1．瞭解人造地球衛星的有關知識和航天發展史。

2．知道三個宇宙速度的含義和數值，會推導第一宇宙速度。

3．理解衛星的線速度、角速度、週期與軌道半徑的關係。

（二）過程與方法目標

1．在學習牛頓對衛星發射的思考過程的同時，培養學生科學探索能力；培養學生在處理實際問題時，如何構建物理模型的能力。

2．透過對衛星執行的線速度、角速度、週期與軌道半徑的關係的討論，培養學生運用知識分析解決實際問題的能力。

（三）情感態度與價值觀目標

1．透過展示人類在宇宙航行領域中的偉大成就，激發學生學習物理的熱情。

2．透過介紹我國在航天方面的成就，激發學生的愛國熱情，增強民族自信心和自豪感。

3．感知人類探索宇宙的夢想，促使學生樹立獻身科學的人生觀和價值觀。

三、教學重點

1．第一宇宙速度的推導。

2．衛星執行的線速度、角速度、週期與軌道半徑的關係。

四、教學難點

衛星的發射速度與執行速度的關係。

五、教學方法

探究、講授、討論。

六、教學準備

多媒體。

七、教學過程

（一）引入新課

透過前面的學習我們知道了，人類透過站在地球上的觀測，認識到了天體做什麼樣的運動，並進一步弄清了天體爲什麼要做這樣的運動。然而人類並不滿足於只站在地球上探索宇宙的奧祕。本節課，我們就來學習人類是如何走出地球，飛向宇宙，進行宇宙航行的。（利用幻燈片，向學生展示一些航天類的圖片，以激發學生的學習興趣。）

（二）推進新課

牛頓的思考

探究：怎樣才能使得一個物體繞着地球做圓周運動？

先讓學生思考、討論，教師可根據學生情況引導學生思考。

我們知道，在地面上將一個物體水平拋出，若拋出時速度越大，則落地點距拋出點的水平距離越大。如果拋出速度很大時，我們還能將地面看作平面嗎？（不能）

早在16世紀道的牛頓就曾思考過這個問題。（播放衛星發射原理動畫，並向學生分析。）

從地球上最高的山峯上將物體水平拋出，速度越大，落地點就越遠。如果拋出的速度足夠大，物體就不在落回地面，它將繞地球運動，成爲一顆人造地球衛星。

宇宙速度

探究：以多大的速度發射這個物體，物體就剛好不落回地面，成爲一顆繞地球表面做勻速圓周運動的衛星呢？

1．第一宇宙速度

物體最終繞地球表面做勻速圓周運動，引力爲其做圓周運動提供向心力。

代入數據得v=7.9/s

這就是物體在地面附近做勻速圓周運動的速度，叫做第一宇宙速度。

如果發射速度大於第一宇宙速度，結果會怎樣呢？

2．第二宇宙速度

當拋出物體的'速度繼續增大，地球引力將不足以爲其做圓周運動提供向心力，物體將會脫離地球引力，離開地球。這個速度爲v=11．2/s。我們把v=11.2/s叫做第二宇宙速度。如果發射速度大於第一宇宙速度，而小於第二宇宙速度，它繞地球執行的軌跡就不是圓，而是橢圓。

3．第三宇宙速度

物體脫離地球引力的束縛後，還會受到太陽引力的束縛。若拋出的速度足夠大，物體還將脫離太陽引力的束縛，飛向太陽系之外的宇宙空間。這個速度v=16．7v/s。這個速度叫做第三宇宙速度。

衛星執行的線速度、角速度、週期與軌道半徑的關係。

探究：目前爲止，人類發射的人造地球衛星已經有幾千顆了，這些衛星執行的快慢不同，那麼衛星執行的快慢與什麼因素有關呢？

學生可能的答案：質量、軌道半徑……

我們將不同軌道上的衛星繞地球運動都看成是勻速圓周運動。

可得：

結論：線速度、角速度、週期都與衛星的質量無關，僅由軌道半徑決定。

當衛星環繞地球表面執行時，軌道半徑最小爲地球半徑（r=R），此時線速度最大，角速度最大，週期最小。則

=7.9/s

=1.24×10—3rad/s

=84in

即衛星繞地球執行的最大速度爲7.9/s。

人造衛星的發射速度與執行速度

（播放嫦娥一號發射的模擬視頻，讓學生了解衛星發射的全過程，學生也將對發射速度和執行速度有一個瞭解。）

1．發射速度

發射速度是指衛星在地面附近離開發射裝置的初速度，一旦發射後再無能量補充，要發射一顆人造地球衛星，發射速度不能小於第一宇宙速度。

2．執行速度

執行速度指衛星在進入執行軌道後繞地球做圓周運動的線速度。當衛星“貼着”地面飛行時，執行速度等於第一宇宙速度，當衛星的軌道半徑大於地球半徑時，執行速度小於第一宇宙速度。

夢想成真

學生先閱讀，然後教師簡述補充。（藉助於多媒體，一邊向學生展示，一邊介紹，注意情感態度與價值觀目標的實現。）

其實早在六百多年前的明朝，一個名叫萬戶的人就曾有“飛天”的壯舉，但最終未能成功，併爲之付出了生命。萬戶是世界上第一個利用火箭向太空搏擊的英雄。他的努力雖然失敗了，但他藉助火箭推力升空的創想是世界上第一個，因此他被世界公認爲“真正的航天始祖”，爲了紀念這位世界航天始祖，世界科學家將月球上的一座環形火山命名爲“萬戶山”。

19世紀中葉，俄羅斯學者，齊奧爾科夫斯基，提出利用噴氣推進的多級火箭，運載發射衛星。

1957年10月4日，世界上第一顆人造衛星成功在蘇聯發射成功。

1961年4月12日，世界上第一次載人飛行，蘇聯。

1969年7月16日，人類第一次登上月球，美國。

1970年，中國第一顆人造衛星發射成功。

2003年10月15日，中國第一次載人飛行。

2007年，嫦娥一號成功發射。

然而人類對宇宙的探索並不是一帆風順的，無數探索者用自己的汗水和生命鋪設了人類通往宇宙的道路。

1986年1月28日，美國，挑戰者號航天飛機升空後爆炸，七名宇航員遇難。

2003年2月1日，美國，哥倫比亞號航天飛機返航時爆炸，七名宇航員遇難。

（三）課堂小結

儘管人類已經跨入太空，登上月球，但是，相對於宇宙之宏大，地球和月亮不過是茫茫宇宙中的兩粒塵埃；相對於宇宙之久長，人類歷史不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕。宇宙留給人們的思考和疑問深邃而廣闊。宇宙有沒有邊界？有沒有起始和終結？地外文明在哪裏？這些都是留給大家待以解決的問題。