2024-2025学年新教材高中物理 第七章 4 宇宙航行（1）教案 新人教版必修2

2024-2025学年新教材高中物理第七章4宇宙航行（1）教案新人教版必修2课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、教材分析本节课为人教版物理必修2第七章第四节“宇宙航行（1）”，教材从实际的天体运动实例出发，引导学生理解宇宙航行中的基本概念，如宇宙速度、轨道力学等。通过本节课的学习，学生应掌握天体运动的基本原理，能够运用相关知识分析宇宙航行问题。

本节课内容与现实生活紧密相连，有利于激发学生学习兴趣，培养其科学素养。在教学过程中，要注重让学生通过观察、思考、讨论等方式，主动探索宇宙航行的奥秘，提高其分析问题、解决问题的能力。同时，教学过程中要注重知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的全面发展，充分体现物理课程的综合性。二、核心素养目标分析本节课旨在培养学生的物理核心素养，主要包括科学探究、科学解释、科学思维和科学态度四个方面。

1.科学探究：通过观察宇宙航行的实际案例，培养学生运用物理知识进行观察、提出问题的能力，引导学生通过小组合作、讨论交流等方式，探索宇宙航行的基本原理，提高学生进行科学探究的能力。

2.科学解释：使学生掌握宇宙速度、轨道力学等基本概念，能够运用这些概念解释宇宙航行中的实际问题，培养学生运用物理知识进行科学解释的能力。

3.科学思维：通过分析宇宙航行的实际案例，培养学生运用物理知识进行逻辑推理、归纳总结的能力，引导学生运用物理学方法思考问题，提高学生的科学思维能力。

4.科学态度：培养学生对宇宙航行、对科学的热爱和好奇心，引导学生关注科学技术的发展，培养学生的科学态度。同时，通过小组合作、讨论交流等方式，培养学生团结协作、尊重事实、勇于探究的科学精神。三、教学难点与重点1.教学重点：

（1）宇宙速度的概念及计算：地球表面发射卫星所需的最小发射速度，以及地球同步轨道上的运行速度。

（2）轨道力学的基本原理：卫星在轨道上的受力分析，万有引力提供向心力，掌握牛顿第二定律在卫星轨道上的应用。

（3）宇宙航行的基本方法：地球卫星轨道的确定，地球卫星轨道的转移。

（4）卫星信号的传播与接收：卫星信号的传播原理，卫星通信的基本设备及工作原理。

2.教学难点：

（1）宇宙速度的推导与理解：学生难以理解为什么地球表面发射卫星需要达到一定的速度，以及不同轨道上的运行速度差异。

（2）轨道力学的应用：学生难以掌握万有引力提供向心力的概念，以及如何运用牛顿第二定律分析卫星轨道。

（3）宇宙航行的实际操作：学生难以理解地球卫星轨道的确定方法，以及地球卫星轨道的转移过程。

（4）卫星信号的传播与接收：学生难以理解卫星信号传播的原理，以及卫星通信设备的工作机制。

针对以上教学重点与难点，教师应采取以下教学方法：

1.运用直观教具、动画演示等教学辅助工具，帮助学生形象地理解宇宙速度、轨道力学等概念。

2.通过实际案例分析，引导学生运用物理知识解决宇宙航行问题，提高学生的实际操作能力。

3.分组讨论、课堂提问等方式，激发学生的思考，突破学生对宇宙航行难点的理解。

4.利用实验、模拟等教学方法，让学生亲身体验卫星信号的传播与接收过程，加深学生对相关知识的理解。

5.注重知识体系的建立，引导学生进行系统学习，提高学生的物理核心素养。四、教学资源1.软硬件资源：多媒体投影仪、计算机、网络、物理实验室、模型卫星、轨道演示仪。

2.课程平台：学校教学管理系统、物理课程资源库、在线学习平台。

3.信息化资源：宇宙航行教学软件、卫星轨道模拟软件、宇宙探索纪录片、相关学术论文。

4.教学手段：讲义、PPT演示、小组讨论、实验演示、问题引导、案例分析、互动提问。五、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：“你们知道什么是宇宙航行吗？它与我们的生活有什么关系？”

展示一些关于宇宙航行的图片或视频片段，让学生初步感受宇宙航行的魅力或特点。

简短介绍宇宙航行的基本概念和重要性，为接下来的学习打下基础。

2.宇宙航行基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解宇宙航行的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解宇宙航行的定义，包括其主要组成元素或结构。

详细介绍宇宙航行的组成部分或功能，使用图表或示意图帮助学生理解。

3.宇宙航行案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解宇宙航行的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的宇宙航行案例进行分析。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解宇宙航行的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用宇宙航行的知识解决实际问题。

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。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对宇宙航行的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调宇宙航行的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括宇宙航行的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调宇宙航行在现实生活或学习中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用宇宙航行的知识。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于宇宙航行的短文或报告，以巩固学习效果。六、学生学习效果1.理解并掌握宇宙速度、轨道力学等基本概念，能够运用这些概念解释宇宙航行中的实际问题。

2.能够运用物理知识进行科学探究，观察、提出问题，并通过小组合作、讨论交流等方式，探索宇宙航行的基本原理。

3.掌握天体运动的基本原理，能够运用相关知识分析宇宙航行问题，提高分析问题、解决问题的能力。

4.培养对宇宙航行、对科学的热爱和好奇心，关注科学技术的发展，培养科学态度和科学精神。

5.提高团队合作能力、观察思考能力、科学解释能力和物理核心素养。

6.能够撰写一篇关于宇宙航行的短文或报告，巩固学习效果，提高写作能力。

7.能够将所学知识与实际生活相联系，应用宇宙航行的知识解决实际问题，提高知识应用能力。

8.培养创新思维和创造力，提出关于宇宙航行的创新性想法或建议，为未来的科学技术发展做出贡献。七、板书设计①宇宙速度的概念及计算公式

②轨道力学的基本原理和公式

③宇宙航行的基本方法和步骤

2.板书设计艺术性和趣味性：

①使用图示、图表、模型等直观教具，以生动形象的方式展示宇宙速度、轨道力学等概念，激发学生的学习兴趣。

②设计宇宙航行相关的游戏或互动环节，让学生在轻松愉快的氛围中学习宇宙航行的知识，提高学生的参与度和积极性。

③将宇宙航行的知识点以故事形式呈现，引导学生跟随故事情节，逐步掌握宇宙航行的基本概念和方法。

3.板书设计简洁明了：

①使用清晰的字体、颜色和线条，使板书内容一目了然，便于学生理解和记忆。

②合理安排板书布局，突出重点内容，避免冗余信息，提高板书的清晰度和易读性。

③在板书中使用关键词、关键句，简洁明了地表达宇宙航行的核心概念和方法。八、教学反思与改进1.设计反思活动：

在教学结束后，我将组织学生进行课堂反馈调查，了解他们对宇宙航行知识的理解程度，以及他们在课堂上的参与度和兴趣水平。同时，我还会与同事进行教学交流，分享我的教学经验和学生的反馈，以获得他们的意见和建议。此外，我也会定期回顾和评估自己的教学视频，以观察和分析我的教学方法和学生的学习效果。

2.制定改进措施并计划在未来的教学中实施：

根据学生的反馈和同事的建议，我将对教学内容和教学方法进行调整和改进。例如，如果学生对宇宙速度和轨道力学的理解不够深入，我可能会增加更多的实际案例和互动环节，以帮助学生更好地理解和应用这些概念。如果学生在课堂上的参与度不高，我可能会尝试更多的合作学习和讨论活动，以激发他们的学习兴趣和主动性。同时，我也会注重培养学生的物理核心素养，提高他们的科学探究和科学解释能力。重点题型整理1.计算宇宙速度

题目：已知地球表面重力加速度为9.8m/s²，卫星的质量为m，地球质量为M，万有引力常数G。求地球表面发射卫星所需的最小发射速度（第一宇宙速度）。

答案：

根据万有引力定律，卫星在地球表面附近受到的万有引力为：

F=G*M*m/R²

其中，R为地球半径。

卫星在地球表面附近绕地球做圆周运动时，所需的向心力由万有引力提供，即：

F=m*v²/R

其中，v为卫星在地球表面附近绕地球运动的速度。

由于卫星在地球表面附近受到的万有引力等于其所需向心力，可以得到：

G*M*m/R²=m*v²/R

解得：

v=√(G*M/R)

代入地球表面重力加速度和地球质量的数值，得到第一宇宙速度为：

v=√(G*M/R)=√(G*M/(R*9.8))=√(G*M/(R*9.8))=√(39.46*M/M)=√(39.46)≈11.2km/s

2.分析轨道力学

题目：已知卫星在轨道上的质量为m，轨道半径为r，万有引力常数G。求卫星在轨道上运行的向心力。

答案：

卫星在轨道上受到的万有引力为：

F=G*M*m/r²

其中，M为地球质量。

卫星在轨道上运行的向心力由万有引力提供，即：

F=m*v²/r

其中，v为卫星在轨道上的运行速度。

由于卫星在轨道上受到的万有引力等于其所需向心力，可以得到：

G*M*m/r²=m*v²/r

解得：

v=√(G*M/r)

代入地球质量的数值，得到卫星在轨道上运行的向心力为：

F=m*v²/r=m*(G*M/r)²/r=m*G*M/r³=G*M²/r³

3.计算地球同步轨道上的运行速度

题目：已知地球同步轨道的半径为Re，万有引力常数G。求地球同步轨道上的运行速度。

答案：

地球同步轨道上的卫星绕地球做圆周运动时，所需的向心力由万有引力提供，即：

F=m*v²/Re

其中，m为卫星质量，v为卫星在地球同步轨道上的运行速度。

卫星在地球同步轨道上受到的万有引力为：

F=G*M*m/Re²

其中，M为地球质量。

由于卫星在地球同步轨道上受到的万有引力等于其所需向心力，可以得到：

G*M*m/Re²=m*v²/Re

解得：

v=√(G*M/Re)

代入地球质量的数值，得到地球同步轨道上的运行速度为：

v=√(G*M/Re)=√(G*M/(Re*10^6))≈3.07km/s

4.分析卫星信号的传播与接收

题目：已知卫星通信的基本设备包括卫星、地面站、发射天线、接收天线等。请分析卫星信号的传播原理和卫星通信的工作流程。

答案：

卫星信号的传播原理：

卫星信号通过电磁波的形式在空间中传播，电磁波以光速传播，不受地球曲率的影响，可以覆盖广阔的区域。

卫星通信的工作流程：

（1）发送信号：地面站通过发射天线将信号发送给卫星。

（2）信号传输：卫星接收到地面站的信号后，将其放大并重新定向，通过空间波传播到另一个地面