高中物理必修（2）第六章第五节《宇宙航行》教学设计   
◎   吉林省通化市通钢一中   宋满鑫
教材分析
人教版高一物理第六章第五节《宇宙航行》重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，介绍了三个宇宙速度的含义。本节内容是万有引力定律在天体运动中的具体运用，是航天科学技术理论基础。引导学生运用科学的思维方法，探究人造卫星的发射原理，进行知识的正向迁移，顺利、流畅地推导第一宇宙速度，有助于培养学生的发散思维、逻辑思维和分析推理的能力。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
通过前面的学习，学生已对平抛运动、曲线运动的特点、万有引力定律已有一定的了解。在此基础上，通过教师按照迁移规律科学地设计问题情境，促进学生探究，获得新知。尽管学生对天体运动的知识储备不足，猜想可能缺乏科学性，表达也许欠妥。但是可以调动学生参与到学习情境中，体验激活思维，大胆猜想，敢于表达，促进学生学习能力的发展和提高。
三维目标
知识与技能
 1、了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。
2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
过程与方法
通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。
情感态度与价值观
1、通过介绍我国在《北斗导航卫星系统》（北斗导航系统曝独门绝技提升导弹精度|北斗|导航|绝技|导弹|精...）、《嫦娥二号环月系统》（嫦娥二号与地球距离突破2000万公里 - 搜狐视频）、《天宫一号与神九对接》（视频:天宫一号与神九手控交会对接精彩集锦 - 搜狐视频）方面的情况，激发学生的爱国热情。
2、感知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。
教学重点
对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。
教学难点
人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
教学方法
讲授法、探究法、发现法、讨论法
学习方法
归纳推理法、小组合作学习法、情景问题法
多媒体教学和导学案
课件（PPT和flash动画自制）、视频（《北斗导航卫星系统》、《嫦娥二号环月系统》、《天宫一号与神九对接》）、导学案
课时
1课时
教学过程
引入新课
1、介绍我国《北斗导航卫星系统》发展状况（德育渗透）。（课件，视频连接）
放映一段录像资料，简单了解北斗卫星的一些资料，引入本节课教学内容。（学生了解我国卫星事业，提高学生的学习兴趣）
2、学生在前几节课的学习中，大家已经了解了人造卫星在绕地球运行的规律，让学生回忆一下卫星运行的动力学方程。（课件）
（1）人造卫星绕地球运行的动力学原因：
人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。
（2）人造卫星的运行线速度、角速度和周期：（让三个学生到黑板前推导基本公式，其他学生在下面推导)
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则   ，    ∴ ，
可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。
提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？
 ，  
可见：高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长
提问：卫星在地球上空绕行时遵循这样的规律，那卫星是如何发射到地球上空的呢？（学生提出自己的想法）
新课讲解
1、牛顿对人造卫星原理的描绘：（牛顿的想法）
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。  （课件，flash动画连接）。
引入：高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度（学生讨论）
2、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为6370km。（学生解答）
分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力： ，        得：
学生总结
结论：如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
⑵意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。
师生共同讨论：
在地面附近，物体的万有引力等于重力，此力天空卫星做圆周运动的向心力，能否从这一角度来推导第一宇宙速度呢？（学生推导）
mg= mv2/r   v=  ≈7.9km/s
提出问题：我们能否发射一颗周期为70min的人造地球卫星呢？（提示：算一算近地卫星其周期是多少？近地卫星由于半径最小，其运行周期最小。）
（2）第二宇宙速度：大小 。（学生理解）
意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
注意：发射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。
（3）第三宇宙速度：大小 。（学生理解）
意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
注意：发射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。
3、人造卫星的发射速度与运行速度（学生讨论）
（1）发射速度：
发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
（2）运行速度：
运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
4、梦想成真  中国探索太空的成就
观看视频《嫦娥二号环月系统》和《天宫一号与神九对接》（德育渗透激励学生学好物理知识，奉献科学事业）
最后送给学生一副对联（上联：北斗嫦娥天宫一号 下联：勤学善思立志航天 横批：宇宙航行）
四、课堂小结
让学生概括总结本节的内容。
五、作业：导学案中体现
【板书设计】
一、卫星运行的动力学方程：Fn＝F引
            GMm/r2 =ma=mv2/r =mω2r
二、宇宙速度：
    1.第一宇宙速度 V1=7.9km/s   (环绕速度)
       推导过程
       此速度是卫星发射的最小速度,也是卫星运行的最大环绕速度
    2. 第二宇宙速度 V2=11.2km/s   (脱离速度)
    3. 第三宇宙速度 V3=16.7km/s   (逃逸速度)
三、梦想成真   中国探索太空的成就

课后反思
1.本节课复习阶段，教师课堂用语稍微多了些，应该让学生来回答会更好些，这样能体现学生是学习的主体。
2.《北斗导航卫星系统》、《嫦娥二号环月系统》、《天宫一号与神九对接》三段视频引入调动了学生求知欲和对航天事业的热爱。
3、课堂上注意培养学生动脑能力和小组合作学习能力。