7.4.1 宇宙航行学案-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

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7.4 宇宙航行导学案-2023学年高一物理人教版(2019)必修第二册

7.4宇宙航行—导学案一、第一宇宙速度1、牛顿提出,物体离开地面,恰好做匀速圆周运动,需满足重力提供向心力,有:2v mg m R将R=6400km 代入数据解得v=8km/s由于地球是椭圆,实际计算可得第一宇宙速度约为7.9km/s结论1：第一宇宙速度是卫星发射的最小速度。

2、卫星绕地球做匀速圆周运动时,万有引力提供向心力,有:2GMm r =m 2v r 解得GM r可知当卫星轨道半径越小时,速度越大,将r=R 时,解得v=7.9km/s结论2：第一宇宙速度是卫星的最大环绕速度。

3、第二宇宙速度代表物体脱离地球的束缚,绕太阳做圆周运动的速度;4、第三宇宙速度代表物体脱离地太阳的束缚;二、卫星的发射1、以第一宇宙速度发射的卫星可认为是在绕地球轨道半径最小的圆周运动.2、发射速度大于第一宇宙速度,卫星将绕地球做椭圆轨道.3、高轨道的圆周运动涉及到变轨原理:(1) 卫星从低轨道到高轨道,需点火加速,使得卫星做离心运动,轨道半径增大;(2) 卫星从高轨道到低轨道,需点火减速,使得卫星做向心运动,轨道半径减小. 4、几个物理量的比较,如图:卫星在P 点或Q 点变轨,可知v 1P ＜v 2P , v 2Q ＜v 3Q 。

根据万有引力提供向心力有: 2GMm r =ma,解得a=2GM r ,可知卫星在同一点不同的轨道上加速度相等,如图1轨道和2轨道的P 点.三、特殊的卫星1.近地卫星:轨道半径约为地球半径(1)v 1＝7.9 km/s ；T ＝2πR v 1≈85 min. (2)7.9 km/s 和85 min 分别是人造地球卫星做匀速圆周运动的最大线速度和最小周期.2.同步卫星(1)“同步”的含义就是和地面保持相对静止，所以其周期等于地球自转周期.(2)特点①定周期：所有同步卫星周期均为T ＝24 h.②定轨道：同步卫星轨道必须在地球赤道的正上方，运转方向必须跟地球自转方向一致，即由西向东. ③定高度：由2GMm r ＝m r 224T ,可得同步卫星的轨道半径为r=7R. ④定速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此线速度、角速度大小均不变. ⑤定加速度：由于同步卫星高度确定，则其轨道半径确定，因此向心加速度大小也不变.例题讲解【例1】下列关于三种宇宙速度的说法中正确的是( )A.人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于或等于7.9 km /s 、小于11.2 km/sB.火星探测卫星的发射速度大于16.7 km/sC.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行星的最小发射速度D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度【例2】如图所示，牛顿在思考万有引力定律时就曾设想，把物体从高山上O点以不同的速度v水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远.如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星，则下列说法正确的是()A.以v<7.9 km/s的速度抛出的物体可能落在A点B.以v<7.9 km/s的速度抛出的物体将沿B轨道运动C.以7.9 km/s<v<11.2 km/s的速度抛出的物体可能沿C轨道运动D.以11.2 km/s<v<16.7 km/s的速度抛出的物体可能沿C轨道运动【例3】北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS)，建成后的北斗卫星导航系统包括多颗同步卫星和多颗一般轨道卫星.关于这些卫星，以下说法正确的是()A.同步卫星的轨道半径都相同B.同步卫星的运行轨道必定在同一平面内C.导航系统所有卫星的运行速度一定大于第一宇宙速度D.导航系统所有卫星中，运行轨道半径越大的，周期越小【例4】如图所示，地球赤道上的山丘e、近地卫星p和同步卫星q均在赤道平面上绕地心做匀速圆周运动.设e、p、q的线速度大小分别为v1、v2、v3，向心加速度大小分别为a1、a2、a3，则()A.v1＞v2＞v3B.v1＜v2＜v3C.a1＞a2＞a3D.a1＜a3＜a2基础练习1、2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱成功对接，对接过程如图所示，天和核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ；神舟十二号飞船处于半径为r1的圆轨道Ⅰ，当经过A 点时，通过变轨操作后，沿椭圆轨道Ⅱ运动到B处与核心舱对接，则神舟十二号飞船（）A．沿轨道Ⅰ运行的速度小于天和核心舱沿轨道Ⅲ运行的速度B．在轨道Ⅰ上运动经过A点的加速度小于在轨道Ⅱ上运动经过A点的加速度C．沿轨道Ⅱ从A运动到B的过程中，动能不断增大D．在轨道Ⅰ上运行的周期小于在轨道Ⅱ上运行的周期2、某行星的质量与地球的质量相等，但是它的半径只有地球半径的一半，已知地球的半径为R，地球表面的重力加速度为g,万有引力常量为G，下列说法正确的是（）A．此行星表面的重力加速度为1 4 gB2gRC．地球质量为2 4gR GD．此行星的密度是32gRG π3、2022年11月1日，梦天实验舱与“天宫”空间站在轨完成交会对接，目前已与天和核心舱、问天实验形成新的空间站“T”字基本构型组合体。

7.4+宇宙航行+教学设计2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

课时教学设计课题第四节宇宙航行授课时间：2024年5月21日课型：观察探究课课时：一课时教学目标一、教学目标1．通过阅读课本资料了解牛顿对人造卫星的猜想、外推的思路和思想，能写出第一宇宙速度的推导过程。

2．通过第一宇宙速度的推导总结，能说出人造地球卫星的原理及运行规律。

3．通过阅读教材第三部分，能够介绍世界和我国航天事业的发展历史，感知人类探索宇宙的梦想，激发爱国热情，增强民族自信心和自豪感。

二、核心素养物理观念：能从物理学的视角正确描述和解释人造地球卫星的运行规律，具备清晰的物理观念。

科学思维：能在熟悉的情境中运用物理模型，能对卫星发射原理进行分析和推理。

科学探究：能在对卫星发射原理的基础上做出假设，并制定合理的探究路线，从而分析数据发现规律。

科学态度与责任：卫星的发射原理是人类在万有引力定律基础上科学家们持续不断创造性发展的成果，是人类对宇宙奥秘探索的历程，增强民族自信心和自豪感。

重点难点重点：第一宇宙速度的推导难点：人造地球卫星的原理教学准备1.圆周运动演示器2.教学PPT课件教学思路万有引力定律应用广泛,它与牛顿第二定律、圆周运动的知识相结合，可用来求解天体的质量和密度，分析天体的运动规律.万有引力定律与实际问题、现代科技相联系,可以用来发现新问题.把万有引力定律应用在天文学上的基本方法是:将天体的运动近似看作匀速圆周运动处理,运动天体所需要的向心力来自于天体间的万有引力教学过程活动设计1.课前引导提问 3.研究天体的半径和线速度规律2.观察不同天体不同的半径 4.课堂练习环节一：课前引导提问教师活动：提问1.什么物理量决定天体的绕行速度？2.天体的绕行速度和运动有什么关系？3.你知道哪一些天体？学生活动：让学生回答1.天体的质量和半径决定。

2.天体的绕行速度越大离中心天体越近3.地球，月球，火星，木星，土星，海王星环节二：让学生观察以下图请同学们观察这两张图，然后说出你们的想法环节三：研究天体的半径和线速度规律一、情境引入利用多媒体播放视频：神舟11号飞船的发射视频师：2016年10月17日，神舟11号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心顺利升空，在轨两天后与天宫二号空间实验室成功对接，现在看来这个视频仍然振奋人心。

7.4 宇宙航行教案-2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4.宇宙航行一．练必备知识（一）、宇宙三个速度1.环绕速度默认人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，地球质量为m地，卫星质量为m，地球对它的万有引力提供向心力，即F万=GMmr2＝卫星在轨道上运行的线速度v=√Gm地r。

r=R+h特点：（1）r越大（或高度h越大），周期T越大；线速度v、角速度W和向心加速度a越小；（2）r越小（或高度h越小），周期T越小；线速度v、角速度W和向心加速度a越大；2.第一宇宙速度(1)定义：发射物体离开地面且不返回地面的最小发射速度，可看成物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度，也是环绕地球的运动的最大环绕速度。

此时离地面高度最小。

(2)大小：当r=R时，根据公式v=√GMr=√gR 得：v＝7.9 km/s。

（利用了黄金代换GM=gR2）(3)求其他中心天体的第一宇宙速度，需要求解对应的表面重力加速度g带入即可.（4）若已知某星球的第二宇宙速度V2=kV1，则先求表面出的重力加速度g,再求v1，然后求V2即可。

3.第二宇宙速度（又称逃逸速度）(1)定义：在地面发射飞行器，速度达到11.2km/s，就会克服地球的引力，逃离地球，该速度称为第二宇宙速度。

（2）如果速度大于7.9__km/s，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆而是椭圆。

（3）速度大于11.2km/s时，就会离开地球，成为环绕太阳运动的一颗人造行星。

4.第三宇宙速度（1）定义：发射飞行器速度等于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。

（2）发射速度大于16.7 km/s时，飞行器就会离开太阳，逃到太阳系以外。

（二）卫星绕地球的轨道的三个轨道（或星体绕中心天体的轨道）1、赤道轨道：卫星轨道在赤道平面内，卫星始终在赤道正上方。

2、极地轨道：卫星轨道始终与赤道平面垂直，卫星经过两极上方。

3、倾斜轨道：卫星轨道和赤道轨道有一定夹角。

4、无论是哪个轨道，地球在对应平面的一个焦点上。

（三）、人造地球同步卫星、近地卫星（低轨）和高轨卫星以及地面上随地球旋转的物体相应关系1、人造地球同步卫星特点（又称为静止卫星）备注：周期为T=24h的卫星不一定是同步卫星。

7.4宇宙航行-2023-2024学年高一物理同步精讲教学设计(人教版2019必修第二册)

-提交预习成果：将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处。
教学方法/手段/资源：
-自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。
-信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。
作用与目的：
-帮助学生提前了解本节课的主要内容，为课堂学习做好准备。
-培养学生的自主学习能力和独立思考能力。
已知人造卫星的质量为m，地球半径为R，万有引力常数为G，地球质量为M，请设计一个卫星应用方案，包括卫星轨道类型、应用领域等。
答案：设计一个地球同步轨道的通信卫星，用于电话、电视、互联网等信号的传输。
内容逻辑关系
1.宇宙速度的计算
重点知识点：宇宙速度、第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度、万有引力常数、地球质量、地球半径。
2.课中强化技能
教师活动：
-导入新课：通过故事、案例或视频等方式，引出宇宙航行课题，激发学生的学习兴趣。
-讲解知识点：详细讲解宇宙速度、卫星轨道等知识点，结合实例帮助学生理解。
-组织课堂活动：设计小组讨论、角色扮演、实验等活动，让学生在实践中掌握宇宙航行的基本原理。
-解答疑问：针对学生在学习中产生的疑问，进行及时解答和指导。
1.宇宙速度的概念和计算，包括第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度的定义及其计算方法。
2.卫星轨道的分类和特点，包括地球同步轨道、太阳同步轨道、地球静止轨道等。
3.卫星发射和返回的基本原理，包括卫星发射的必要条件、卫星返回地球的过程等。
4.人造卫星的应用领域，包括通信卫星、导航卫星、地球观测卫星等。
-设计预习问题：围绕“宇宙航行”课题，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考。
-监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。

7.4 宇宙航行课件-2023学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

回地面，这个速度有多大？
一. 宇宙速度
第一宇宙速度
1.推导
简单认为卫星在地球表面附近（R=r）绕地球做匀速圆周
运动：
方法一：飞行器运动所需的向心力是由地球对它的万有引力
提供，即
Mm
v2
G 2 m
R
R
v
GM
R
方法二：黄金代换法
v2
mg m
R
m
v
r

v gR
第一宇宙速度
2.数值
7.9km/s
C. 与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，且从地球表
面看卫星是静止
D. 与地球表面上的赤道线是共面的同心圆，但卫星相对
地球表面是运动的
P7：1
总结—宇宙航行
1.第一宇宙速度：v1
GM
gR 7.9km/s
R
；
是最小的发射速度，也是最大的运行速度；
2.近地卫星：贴地飞行，线速度v=7.9km/s；
启动；2003年10月15日9时，我
国神舟五号宇宙飞船在酒泉卫星
发射中心成功发射，把中国第一
位航天员杨利伟送入太空。
梦想成真
“
嫦
娥
五
号”
任
务
回
顾
2020年12月17日，经过20多天，嫦娥五号探测器在一次任务中，
连续实现我国航天史上首次月面采样、月面起飞、月球轨道交会
对接、带样返回等多个重大突破，成功带回1.7kg月球土壤。
星表面的自由落体加速度是多大？金星的第一宇宙速度
是多大？
答案：金星表面的自由落体加速度是8.9 / 2 ；
金星的第一宇宙速度是7.3/。
总结—宇宙速度

7.4+宇宙航行+教学设计-2024-2025学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

设置情景问题驱动（3分钟）[视频引入] 简述中国航天发展史并观看神舟十六号载人飞船发射视频[设置疑问]飞船如何发射出去并绕地球飞行？观看视频、思考问题，产生本节课问题悬念。

通过观看视频，由生活中的物理现象引起学生的思考，激发学生的学习兴趣。

通过对我国航天事业的介绍，对学生渗透爱国主义教育。

[展示课件动画]在楼顶上先后以不同水平速度抛出小球。

v 0学生观看动画，思教考问题提出问题引起学生思学考，让学生体会猜想外过A B C D推的思维过程程[提出问题]启发诱导在楼顶上用不同的水平初速度抛出合理猜想一个物体，不计空气阻力，它们的落地（35分钟）点相同吗？ [诱发思考] 如果被抛出物体的速度足够大，物体的运动情形又如何呢？ [课件动画展示] 讲解牛顿探索的思路并分析论证精心研究合理推导思考万有引力公式和圆周运动的公学生通过自己推导的过式，动手计算第一程，加深对于万有引力宇宙速度的值。

定律的理解和记忆，培养旧知的迁移能力、分新课导入.[提出问题]要有足够大的速度，才能使抛出的物体成为人造卫星，那么这个速度多大呢?[展示课件]课件展示研究内容和已知条件[指导学生探究]请两名学生上黑板推导。

教师在学生中观察指导答疑，并就黑板上学生的推导过程引导全班同学进行评价，之后课件再现推导过程，帮助全体学生达标。

物体绕地球做匀速圆周运动，向心力由地球对物体的万有引力提供[提出问题]如果不知道地球的质量，但知道地球表面的重力加速度g，如何求宇宙第一速度v ？g R2 = GM计算第一宇宙速度数值v=7.9km/s。

给出第一宇宙速度的定义：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动时的速度。

[提出问题]①将飞行器送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易?为什么?②所需要的发射速度，哪一个更大? 为什么?③在低轨道和高轨道运行的两颗地球卫星哪一个运行速度大?[展示课件]发射速度：被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。

7.4宇宙航行+教学设计+高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

宇宙航行教学目标1.阅读教材第一自然段，通过利用曲线运动知识分析牛顿的猜想的合理性，理解“卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供”。

并据此推导出卫星的线速度、角速度、周期、加速度与轨道半径的关系。

2.通过利用供需关系分析“抛出”物体的运动情况，理解三个宇宙速度的含义，知道以不同速度“抛出”物体后，物体的运动情况。

3.通过用两种方法推导第一宇宙速度，学会对“1”中得出的规律的应用，并知道第一宇宙速度是最大运行速度。

4.通过利用“1”中规律分析同步卫星轨道，知道同步卫星轨道的特点，并进一步熟练对规律的应用。

序号手段目标1 阅读教材第一自然段，利用曲线运动知识分析牛顿的猜想的合理性。

理解“卫星绕地球做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供”。

并据此推导出卫星的线速度、角速度、周期、加速度与轨道半径的关系。

2利用供需关系分析“抛出”物体的运动情况。

理解三个宇宙速度的含义，知道以不同速度“抛出”物体后，物体的运动情况。

3 用两种方法推导第一宇宙速度。

学会对“1”中得出的规律的应用，并知道第一宇宙速度是最大运行速度。

4利用“1”中规律分析同步卫星轨道。

知道同步卫星轨道的特点，并进一步熟练对规律的应用。

导入新课师：本节课我们一起学习一下《宇宙航行》，本节课我们要达成以下学习目标：1.能用两种方法推导第一宇宙速度。

2.能利用相关知识解决人造卫星的相关问题。

（换片）说到宇宙航行，先看看何为宇宙。

（换片）《文子·自然》中提到：往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。

“宇宙”，包含了时间和空间两方面的含义。

（换片，开始自动播放）今天，我们就带着曾经学过的知识，跨越时空，重温一下人类的飞天梦想……（话说完，片放完，换片。

）早在300多年前，牛顿就对人造地球卫星做出了大胆的猜想。

（单击）探究一：宇宙速度（万有引力等于向心力）牛顿的猜想有什么科学依据吗？你能利用学过的知识分析一下这个猜想的合理性吗？现在给大家两分钟时间思考一下这个问题。

7.4 宇宙航行(导学案)--2023-2024学年高一物理同步备课系列(人教版2019必修第二册)

第4节宇宙航行导学案【学习目标】1.知道三个宇宙速度及含义，了解卫星的分类。

2.会推导第一宇宙速度，掌握人造卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系。

【学习重难点】1.理解第一宇宙速度，并且计算不同星球的第一宇宙速度。

（重点）2.掌握人造卫星线速度、角速度、周期等物理量的关系。

（重点难点）【知识回顾】一、万有引力定律1.内容：自然界中任何两个物体都相互，引力的方向在它们的上，引力的大小与物体的质量m 1和m 2的乘积成，与它们之间距离r 的二次方成。

2.表达式：F ＝。

比例系数G 叫作引力常量，适用于任何两个物体。

二、“称量”地球的质量1.思路：地球表面上质量为m 的物体，若不考虑地球自转，物体的重力等于地球对物体的万有引力。

2.关系式：mg ＝ (m 地为地球质量，R 为地球的半径)。

3.结论：m 地＝，只要知道g 、R 、G 的值，就可计算出地球的质量。

三、计算天体的质量1.思路：质量为m 的行星绕太阳做匀速圆周运动时，行星与太阳间的万有引力提供向心力。

2.关系式：(m 太为太阳的质量，r 为行星与太阳的距离)3.结论：m 太＝，只要知道行星绕太阳运动的周期T 和轨道半径r 就可以计算出太阳的质量。

【自主预习】一、宇宙速度 1.环绕速度一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，设地球的质量为m 地，卫星的质量为m ，向心力由地球对它的提供，即G mm 地r 2＝m v 2r ，则卫星在轨道上运行的线速度v ＝。

2.第一宇宙速度(1)定义：物体在地球附近绕地球做运动的速度叫作第一宇宙速度。

(2)大小：v＝7.9 km/s。

3.第二宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果速度大于，又小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆。

当飞行器的速度等于或大于11.2 km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开。

我们把叫作第二宇宙速度。

4.第三宇宙速度在地面附近发射飞行器，如果要使其挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外，必须使它的速度等于或大于16.7 km/s，这个速度叫作第三宇宙速度。

7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

2.教学内容：我在课堂上讲解了宇宙航行的基本概念和原理，并通过案例分析让学生更好地理解。但是，我也发现有些学生对于宇宙航行的实际应用和意义还不是特别清楚。因此，我计划在未来的教学中加入更多的实际案例和应用实例，让学生能够更加直观地理解宇宙航行的应用和意义。
3.教学手段：我使用了多媒体演示和虚拟实验，帮助学生更好地理解和体验宇宙航行的原理和过程。通过学生的反馈，我发现他们对于这种方式的teaching method比较感兴趣，也能够更好地理解和记忆。但是，我也注意到有些学生的网络使用习惯可能不太好，会在课堂上分心。因此，我需要加强对学生的引导和监督，确保他们能够更好地利用网络资源进行学习。
现在，让我们来正式了解一下宇宙航行的基本概念。首先，我们要知道什么是宇宙速度。宇宙速度是指物体在地球表面上，要克服地球引力，进入宇宙空间所需的最小速度。接下来，我们还会学到地球轨道的相关知识。地球轨道是指地球围绕太阳运行的路径，它是一个椭圆形。在地球轨道上，地球的速度和距离太阳的距离都是不断变化的。
3.随堂测试：
-通过随堂测试评估学生对宇宙航行知识的掌握程度，包括基本概念、原理和应用。
-分析学生的答题情况，了解他们在理解和应用宇宙航行知识方面存在的问题。
4.作业完成情况：
-检查学生完成作业的质量，评估他们对宇宙航行知识的理解和应用能力。
-分析学生在作业中提出的问题和困惑，了解他们在学习中遇到的难题。
③地球轨道的特点和变化：最后，分析了地球轨道的特点和变化。通过讲解地球轨道的椭圆形形状和地球速度的变化，使学生了解地球轨道的相关知识。
板书设计：
宇宙航行：
1.宇宙速度
-定义：物体在地球表面上，要克服地球引力，进入宇宙空间所需的最小速度
-计算公式：v = √(GM/r)

7.4 宇宙航行(教案)-2020-2021学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

第七章万有引力与宇宙航行第4节宇宙航行教学设计问题与目标目标与素养1.通过了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做匀速圆周运动时，各物理量之间的关系。

2.通过对三个宇宙速度含义的了解，能推导出第一宇宙速度。

情景与问题1.通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情。

2.通过了解人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。

过程与方法1.通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识分析问题和解决问题的能力。

2.通过对天体运动的认识，能运用万有引力定律及匀速圆周运动的规律解决卫星运动的有关问题。

重点与难点重点第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。

难点1.人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。

2.掌握有关人造卫星的计算及计算过程中的一些代换。

教学准备教师要求多媒体课件、视频资料学生要求课前预习教材中的相关知识，查阅宇宙速度与人造卫星的有关材料。

教学过程一、导入新课教师简单介绍中国近几年的航天发展情况，并多媒体播放相关视频及一些图片资料：如今，人们的通信手段越来越多样，加强了世界的联系。

要保证稳定通畅的通讯，需要同步卫星进行信号的传递。

手机等便携设备的导航定位功能已经非常全面，要实现精确的导航，需要同步卫星发挥极大的作用。

教师提出问题：怎么样才能把物体发射上天空，且不再落回地面?这节课我们共同来学习相关知识二、新课教学（一）300多年前牛顿的设想教师指导学生阅读教材第59页“问题”部分并播放图片：牛顿曾设想，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，则落点一次比一次远。

如不计空气的阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，而是围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。

学生阅读教材，观看图片，思考讨论总结出人造地球卫星运行遵从的规律是：卫星绕地球做匀速圆周运动，地球对卫星的万有引力提供向心力。

教师投影图片，提出问题：如图所示，你认为四条轨道中可以作为卫星轨道的是哪些?学生交流讨论分析回答问题：A、C、D可能，B不可能。

7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

5. 教师评价与反馈：针对学生的表现，我给予积极的评价和反馈。对于学生的积极参与和认真思考，我给予了鼓励和表扬。对于一些难点问题，我提供了详细的解答和解释，帮助学生更好地理解和掌握知识。同时，我也提醒学生在今后的学习中要注意细节，提高自己的数学计算能力。
板书设计
① 第一宇宙速度：物体在地球表面附近绕地球做圆周运动的速度。
- 研究我国航天事业的发展历程，了解我国在宇宙航行领域的成就。
- 探索其他国家航天事业的发展情况，比较各国在宇宙航行领域的优劣势。
- 研究宇宙航行在现代社会中的应用，如卫星通信、导航系统等。
- 关注宇宙航行的最新动态，如火星探测、太空旅游等热门话题。
3. 实践项目：
鼓励学生参与与宇宙航行相关的实践项目。以下是一些建议：
（4）讨论环节：组织学生分组讨论卫星轨道的变化规律，鼓励学生发表自己的观点，培养学生的科学思维和交流能力。
（5）案例研究：介绍我国航天事业的成功案例，如北斗导航系统、嫦娥四号探测器等，让学生了解航天技术的应用和实际意义。
（6）项目导向学习：组织学生进行小组项目，设计一个简单的航天任务，如卫星轨道设计、卫星发射方案等，培养学生的实践能力和团队合作精神。
- 参加学校或社区举办的航天科技竞赛，如卫星设计、航天器模拟等。
- 参与航天科技俱乐部或兴趣小组，与同学们一起讨论和学习航天知识。
- 参观航天科技博物馆或相关设施，了解航天器的实际运行情况。
- 开展航天科技实验或课题研究，如卫星轨道模拟、航天器材料研究等。
希望以上拓展与延伸内容能够帮助学生在课后更好地学习和掌握宇宙航行的知识，并将其应用到实际生活中。祝大家学习进步！
拓展与延伸
1. 拓展阅读材料：
为了让学生更深入地了解宇宙航行的相关知识，我推荐以下拓展阅读材料：

7.4 宇宙航行学案 --2023学年高一物理人教版(2019)必修第二册

2023高一物理第4节宇宙航行一、宇宙航行基础知识回顾1. 轨道参数的规律（1）线速度、角速度、周期、向心加速度与轨道高度的关系；G Mmr 2＝⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧⎭⎪⎪⎬⎪⎪⎫ma →a ＝GM r 2→a ∝1r 2m v 2r →v ＝ GM r →v ∝1r mω2r →ω＝GM r 3→ω∝1r 3m 4π2T 2r →T ＝ 4π2r 3GM→T ∝r 3越高越慢总结：，．2. 三大特殊卫星：轨道圆心是（1）近地卫星：绕地球表面飞行的卫星，理论上存在．① 由22=Mm v G m mg R R=得=GM v gR R =7.9km /s v =，运动平面任意； ② 在所有卫星中，线速度、角速度都，周期，min 2507585min s RT g==≈．（2）同步卫星：和地面相对静止的卫星． ① 条件有3个：轨道平面重合于、转、周期等于24小时．②由2224Mm G mR R Tπ=得32=24h R T GM =，即R=6.6R 地，卫星离地高度5.6R地， 3.08km /s v =；③ 由于轨道非常高，所以发射难度非常大．由于卫星不可能绝对相对地球静止，会有误差，所以国际规定相邻同步卫星之间至少要相隔3度，但随着科技的进步，目前已经存在的同步卫星至少有338颗，其中中国有14颗．（3）极地卫星：又叫极轨卫星，是经过两极上空的卫星．由于地球的自传，此类卫星可以实现对地球的全面覆盖．3. 卫星发射及变轨、对接问题（1）卫星发射及变轨① 人造卫星的发射过程要经过多次变轨方可到达预定轨道，如图所示． ② 为了节省能量，在赤道上顺着地球自转方向发射卫星到圆轨道Ⅰ上． ③ 在A 点点火加速，由于速度变大，万有引力不足以提供向心力，卫星做运动进入椭圆轨道Ⅱ．（卫星在A 点线速度可能大于、也可能小于7.9km/s ） ④ 在B 点（远地点）再次点火加速，进入圆形轨道Ⅱ．（2）变轨分类：依靠自身动力变轨即瞬间变轨、卫星遇到稀薄空气阻力减速导致的降轨．（3）对接：一般是后面的航天器从低轨道加速（做离心运动），追上高轨道的航天器（高轨道线速度小），即：减速（动能增加），加速（动能减小），越高越慢．4. 卫星变轨中的参数比较（1）速度：设卫星在圆轨道Ⅱ和Ⅱ上运行时的速率分别为v 1、v 3，在轨道Ⅱ上过A 点和B 点速率分别为2A v 、2B v ．在A 点加速，则2A v 1v ，在B 点加速，则3v 2B v ，又因v 1＞v 3，故有2A v ＞1v ＞3v ＞2B v ．（2）加速度：因为万有引力提供合力，根据公式2=G==MmF F ma r万合可知，只要距离r 相同，则加速度大小就相等，不论从轨道Ⅱ还是轨道Ⅱ上经过A 点，卫星的加速度都相同，即12A A a a =，同理，23B B a a =．（3）周期：设卫星在Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ轨道上运行周期分别为T 1、T 2、T 3，轨道半径分别为r 1、r 2(半长轴)、r 3，由开普勒第三定律r 3T 2＝k 可知T 1＜T 2＜T 3．5. 三大宇宙速度（1）第一宇宙速度：又叫环绕速度，即卫星绕地表飞行的速度．① 由得v =7.9km /s v =； ② 7.9km /s v =，是最小的发射速度和最大的环绕速度．（2）第二宇宙速度：又叫脱离速度，即卫星脱离地球引力的速度．由212GMmmv mgR R ==得，即11.2km /s v =．（3）第三宇宙速度：又叫逃逸速度，即卫星脱离太阳引力的速度．由212GMmmv R =日，即16.7km /s v v -=地．（4）范围分析① =7.9km /s v 发时，卫星绕地球做匀速圆周运动．② 当7.9km /s 11.2km /s v <<发时，卫星绕地球沿椭圆轨道飞行．③ 当11.2km /s 16.7km /s v <<发时，卫星将脱离地球绕太阳沿椭圆轨道飞行． ④ 当16.7km /s v >发时，卫星将脱离太阳引力，脱离太阳系（5）拓展：黑洞问题：第一宇宙速度超过光速．恒星的演化，恒星、红巨星、中子星、白矮星，塌缩成黑洞．二、天文常识 1. 张角等于遮光角2. 绕地球运行的空间站中水银气压计、天平不可用，没有浮力，弹簧测力计可以用。

7.4 宇宙航行教学设计-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行教学设计教学目的：1.了解人造地球卫星的最初构想，会推导第一宇宙速度。

2.知道同步卫星和其他卫星的区别，会分析人造地球卫星的受力和运动情况并解决涉及卫星运动的简单问题。

3.了解发射速度与环绕速度的区别和联系。

教学重点：区分三个宇宙速度及含义教学过程教师活动学生活动【课前回顾】1、默写（1）地球的质量M公式（2）计算天体的质量公式2、请说出三种其他天体名称3、哈雷彗星的回归时间：上次？下次？4、作业问题解答提问强调重点作业点评默写订正教学过程教师活动学生活动【导入】1、拿一支粉笔水平抛出，粉笔做什么运动？——可以看作平抛运动2、在相同高度使抛出时的速度更大一些，与第一次抛出有什么区别？——水平飞出的距离更远3、是否可以一直运动不掉下来？为什么会这样呢？ ——不可以，因为受到重力作用，粉笔会向下运动。

[问题]牛顿的设想：把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次远；抛出速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。

你知道这个速度究竟有多大吗？【新授】一、宇宙速度（一）第一宇宙速度的推导[思考]：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？（已知Ｇ=6.67×10-11Nm 2/kg 2，地球质m=6×1024kg ，地球半径R=6400km ，地球表面重力加速度g=9.8m/s 2） 1、拱桥法：当支持力为0时，重力提供物体作圆周运动的向心力。

由mg ＝m v2R 得：v ＝gR =7.9km/s第一宇宙速度的大小：v =7.9km/s ，第一宇宙速度是航天器成为卫星的最小发射速度：发射卫星的轨道越高，需要克服万有引力的阻碍作用越多，所以发射速度需要增加。

提问引导思考重点讲解板书P59[问题] 思考回答笔记记录教学过程教师活动学生活动2、物体在地面附近绕地球的运动可视作匀速圆周运动，万有引力提供物体运动所需的向心力，轨道半径r 近似认为等于地球半径R由Gmm地R2＝mv2R，可得v＝Gm地R.第一宇宙速度是卫星的最大环绕速度（二）第二宇宙速度理论研究指出：在地面附近发射飞行器，如果速度大于7.9 km/s、小于11.2 km/s，它绕地球运行的轨迹就不是圆，而是椭圆，且在轨道不同点速度大小一般不同。

宇宙航行+教学设计高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

“一课一研精准教学”记录表年级学科物理分包领导备课时间备课地点理综组主备人备课主题 7.4 宇宙航行一、精准讲解： 1.宇宙速度（1）牛顿设想：把物体从高山上水平抛出，抛出的速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星。

（2）近地卫星的速度：由rv m r mm G 22=地，得r Gm v 地=，用地球半径R 代替卫星到地心的距离r ，可求得v =7.9km/s 。

（3）宇宙速度及其意义宇宙速度数值意义第一宇宙速度 7.9km/s 物体在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动的速度第二宇宙速度 11.2km/s 使飞行器脱离地球引力束缚的最小地面发射速度第三宇宙速度 16.7km/s 使飞行器脱离太阳引力束缚的最小地面发射速度（4）宇宙速度的理解 A. 第一宇宙速度公式：gR RGMv ==1 推导：a.由R v m R Mm G 212= 得s m R GM v /107.9m/s 104.61098.51067.6362411-1⨯=⨯⨯⨯⨯== b.由于物体受到地球的万有引力近似等于该物体在地球表面的重力，即Rv m mg 21=得s m s m gR v /109.7/104.68.9361⨯=⨯⨯==。

意义：a.第一宇宙速度是人造卫星的最小发射速度。

b.第一宇宙速度也是人造卫星绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，对应的运行周期是人造卫星的最小周期min 8550572min ≈==s gRT πB. 第二宇宙速度大小：s km v /2.112=意义：在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱地球引力的束缚，永远离开地球所需的最小发射速度。

第二宇宙速度与第一宇宙速度的关系：122v v =C. 第三宇宙速度大小：s km v /7.163=意义：在地面附近发射飞行器，使之能够挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。

D. “最小发射速度”与“最大环绕速度”（1）最小发射速度：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星要克服地球对它的万有引力。

7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

(2)教学软件：运用物理仿真软件，模拟宇宙速度计算、轨道分类等过程，帮助学生更好地理解抽象的物理概念。
(3)网络资源：引导学生利用网络查找与宇宙航行相关的资料，了解我国航天事业的发展，拓宽知识视野。
教学过程设计
1.导入新课（5分钟）
目标：引起学生对宇宙航行的兴趣，激发其探索欲望。
过程：
开场提问：“你们知道宇宙航行是什么吗？它与我们的生活有什么关系？”
7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册
科目
授课时间节次
--年—月—日（星期——）第—节
指导教师
授课班级、授课课时
授课题目
（包括教材及章节名称）
7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册
教学内容
本节课选自2019版人教版高中物理必修第二册第七章第四节“宇宙航行”。教学内容主要包括：万有引力定律在航天中的应用，宇宙速度的概念及其计算，了解航天器的基本工作原理，掌握人造卫星的轨道分类和运行规律，以及简单分析宇宙航行的物理问题。具体涉及以下几方面：
小组讨论：让学生分组讨论宇宙航行的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。
4.学生小组讨论（10分钟）
目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。
过程：
将学生分成若干小组，每组选择一个与宇宙航行相关的主题进行深入讨论。
小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。
每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。
首先，我发现有些学生对宇宙航行的基本概念和原理掌握得不够牢固。例如，在计算宇宙速度时，有些学生容易混淆第一宇宙速度、第二宇宙速度和逃逸速度的概念，导致计算错误。因此，我计划在未来的教学中，加强基础知识的教学，通过实例分析、公式推导等方式，帮助学生更好地理解和掌握这些基本概念。

7.4 宇宙航行教学设计 -2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

《宇宙航行》教学设计课题宇宙航行课型新课课时 1教材分析本节内容选自人教版高中物理必修二第六章第四节，重点介绍了人造卫星发射原理和人造卫星中一些基本理论，是万有引力定律的应用，同时渗透了力与运动的思想，也是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础。

因此，本节课是本章的重点内容。

另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感。

学情分析学生已学过平抛运动、匀速圆周运动、万有引力定律等基本理论，具备了解决问题的基本工具。

教学目标1.知道三个宇宙速度的含义和数值，会推导第一宇宙速度2.在学习牛顿对卫星发射的思考过程的同时，培养学生科学探索能力和构建物理模型的能力。

3.通过对卫星运行的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系的讨论，培养学生运用知识分析解决实际问题的能力。

4.感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生观和价值观教学重点1.第一宇宙速度的推导.2.人造地球卫星线速度、角速度、周期与半径关系。

教学难点卫星的发射速度与运行速度的关系教学方法以问题引领为导向，采用理论探究和小组讨论相结合的方法教学资源多媒体教学设备教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图创设情境，引入新课播放视频：嫦娥四号成功发射，实现人类月球探测器在月球背面的首次登陆，开启我国对月球探测的新旅程。

展示图片：通信卫星、探测卫星、气象卫星、侦查卫星......过渡语：从嫦娥奔月的神话到嫦娥四号发射成功，如今我们的生活早已经离不开卫星，那么卫星是如何被发射到天空的呢？相信大家通过这节课的学习将有一个全面的了解。

认真观看视频、图片，思考老师提出的问题激发学生兴趣，体现立德树人，为探究卫星发射原理铺垫。

教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图新课教学一、宇宙速度（一）卫星发射原理问题1：怎么样才能把物体发射上天空，且不再落回地面？（可以想一想平抛运动）1.牛顿的设想在高山上水平抛出一个物体，初速度越大，平抛距离越大。

7.4.1 宇宙航行 学案-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行 导学案-2023学年高一物理人教版(2019)必修第二册

7.4+宇宙航行+教学设计2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行 教案-2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4宇宙航行-2023-2024学年高一物理同步精讲教学设计(人教版2019必修第二册)

7.4 宇宙航行 课件-2023学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4+宇宙航行+教学设计-2024-2025学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4宇宙航行+教学设计+高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行(导学案)--2023-2024学年高一物理同步备课系列(人教版2019必修第二册)

7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行(教案)-2020-2021学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行 学案 --2023学年高一物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行 教学设计-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

宇宙航行+教学设计 高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4宇宙航行教学设计-2023-2024学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行 教学设计 -2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4.1 宇宙航行学案-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行导学案-2023学年高一物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行教案-2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

7.4 宇宙航行课件-2023学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行学案 --2023学年高一物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行教学设计-2023年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

宇宙航行+教学设计高一下学期物理人教版(2019)必修第二册

7.4 宇宙航行教学设计 -2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册