第三章 第四节 宇宙速度与航天(教学设计)2023-2024学年高中物理必修第二册同步核心辅导与测评（粤教版）

第三章第四节宇宙速度与航天(教学设计)2023-2024学年高中物理必修第二册同步核心辅导与测评（粤教版）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）第三章第四节宇宙速度与航天(教学设计)2023-2024学年高中物理必修第二册同步核心辅导与测评（粤教版）教材分析“第三章第四节宇宙速度与航天(教学设计)2023-2024学年高中物理必修第二册同步核心辅导与测评（粤教版）”主要围绕宇宙速度的概念、计算方法以及其在航天领域的应用展开。本节课内容紧密结合实际，以我国航天事业为背景，引导学生理解宇宙速度的物理意义，掌握第一、第二、第三宇宙速度的计算方法，以及它们在航天发射中的应用。本节课旨在培养学生的科学素养和实际应用能力，为后续学习打下坚实基础。核心素养目标分析本节课的核心素养目标主要包括：物理观念与应用、科学思维与创新、科学态度与责任。通过探究宇宙速度与航天的关系，学生将形成对物理规律的认识，提升应用物理知识解决实际问题的能力；在分析宇宙速度的计算过程中，发展逻辑思维与科学推理能力；同时，通过学习我国航天事业的发展，激发学生的爱国情怀，培养其追求真理、勇于探索的科学精神。学习者分析1.学生已经掌握了力学基础知识，包括速度、加速度的概念，以及基本的运动学方程。在之前的课程中，学生也学习了万有引力定律和卫星运动的基本原理，为理解宇宙速度奠定了基础。

2.学生对宇宙探索和航天科技通常有较高的兴趣，他们具备一定的逻辑推理能力，能够通过实验和观察来理解物理概念。然而，学生的学习风格各不相同，有的学生偏好直观的学习方式，而有的则喜欢抽象的理论推导。

3.学生在学习宇宙速度时可能遇到的困难和挑战包括：对宇宙速度概念的理解，尤其是第一、第二、第三宇宙速度的区别和联系；计算宇宙速度时的数学运算能力；将理论应用到具体航天场景中的能力。此外，对于物理基础较弱的学生，理解万有引力与宇宙速度的关系也可能是一个挑战。教学资源-硬件资源：多媒体教室、投影仪、计算机

-软件资源：物理模拟软件、PPT演示文稿

-课程平台：学校在线学习管理系统

-信息化资源：数字教材、网络物理教育资源

-教学手段：小组讨论、问题驱动、实验演示教学过程1.导入新课

-今天我们将学习第三章第四节“宇宙速度与航天”。请大家回想一下，我们在上一节课学习了什么内容？（学生回答：万有引力定律和卫星运动。）

-非常好。那么，你们知道卫星是如何围绕地球运动的吗？这就涉及到了我们今天要学习的宇宙速度。那么，什么是宇宙速度呢？接下来，我们就来探究这个问题。

2.宇宙速度的概念

-首先，请大家打开课本，翻到第54页，我们来看一下宇宙速度的定义。（学生翻书）

-请一位同学朗读一下宇宙速度的定义。（学生朗读）

-根据定义，我们知道宇宙速度是使物体能够克服地球引力，进入太空运动的速度。那么，宇宙速度有几个？分别是什么？（学生回答：三个，第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。）

3.第一宇宙速度的计算

-接下来，我们来计算第一宇宙速度。请大家看课本第55页的公式（1）。（学生看公式）

-第一宇宙速度的计算公式是：\[v_1=\sqrt{\frac{GM}{R}}\]

-其中，\(G\)是万有引力常数，\(M\)是地球的质量，\(R\)是地球的半径。现在，请大家用计算器计算一下第一宇宙速度的数值。（学生计算）

-请一位同学分享一下你的计算结果。（学生分享计算结果）

4.第一宇宙速度的应用

-我们已经知道了第一宇宙速度的计算方法，那么它有什么应用呢？请大家看课本第56页的图3-14。（学生看图）

-从图中可以看出，第一宇宙速度是卫星绕地球运行的最小速度。如果卫星的速度小于第一宇宙速度，它将无法克服地球引力，会落回地面。

-现在，请大家分组讨论一下，如果我们要发射一颗卫星，需要考虑哪些因素？（学生讨论）

-好的，请大家分享一下你们的讨论结果。（学生分享讨论结果）

5.第二宇宙速度和第三宇宙速度

-除了第一宇宙速度，还有第二宇宙速度和第三宇宙速度。请大家看课本第57页，了解它们的定义和应用。

-第二宇宙速度是指物体脱离地球引力，进入太阳系运动的速度。它的计算公式是：\[v_2=\sqrt{\frac{2GM}{R}}\]

-第三宇宙速度是指物体脱离太阳系，进入宇宙空间的速度。它的计算公式是：\[v_3=\sqrt{\frac{2GM_{太阳}}{R_{太阳}}}\]

-现在，请大家用计算器分别计算第二宇宙速度和第三宇宙速度的数值。（学生计算）

-请一位同学分享一下你的计算结果。（学生分享计算结果）

6.宇宙速度与航天

-我们已经了解了宇宙速度的概念和计算方法，那么它们在航天领域有什么应用呢？请大家看课本第58页的案例。（学生看案例）

-从案例中我们可以看到，宇宙速度是航天发射中非常重要的参数。只有达到一定的速度，航天器才能成功进入太空。

-现在，请大家思考一个问题：为什么航天发射时，火箭要选择在地球赤道附近发射？（学生思考）

-好的，请大家分享一下你们的答案。（学生分享答案）

7.总结与作业布置

-通过今天的学习，我们了解了宇宙速度的概念、计算方法和应用。希望大家能够将所学知识运用到实际中，为我国航天事业的发展贡献自己的力量。

-下面，我给大家布置一道作业：请根据我们今天学习的宇宙速度，计算一颗卫星从地球表面发射到火星表面的最小发射速度。

-最后，请大家收拾好课本，我们下节课再见。学生学习效果学生学习效果显著，主要体现在以下几个方面：

1.知识掌握方面：学生能够准确描述宇宙速度的定义，理解第一、第二、第三宇宙速度的概念及其物理意义。通过计算，学生掌握了宇宙速度的计算方法，并能应用这些知识解决实际问题。

2.理解应用方面：学生能够将宇宙速度的概念与航天发射实际相结合，理解不同宇宙速度在航天工程中的应用，如卫星发射、探测器前往其他行星等。

3.思维能力方面：学生在学习过程中，通过小组讨论和问题驱动，发展了逻辑思维和科学推理能力。他们能够分析卫星发射的物理条件，提出合理的假设，并进行科学计算。

4.科学素养方面：学生通过学习宇宙速度与航天，增强了科学探究的兴趣，培养了追求真理、勇于探索的科学精神。他们能够认识到物理学在航天领域的重要性，以及科技对社会发展的推动作用。

5.实践操作方面：学生在计算宇宙速度的过程中，提高了数学运算能力。通过模拟航天发射的场景，学生能够将理论知识转化为实际操作，为未来可能从事的航天工程打下基础。

6.情感态度方面：学生在了解我国航天事业的发展历程和成就后，增强了民族自豪感和爱国情怀。他们更加珍惜学习机会，激发了为国家和民族科技事业贡献力量的决心。

7.团队合作方面：在学习过程中，学生通过小组合作，学会了与他人沟通、协作，共同完成任务。他们在讨论中互相启发，形成了良好的团队合作精神。

8.自主学习方面：学生通过自主学习，提高了查找资料、整合信息的能力。他们能够独立完成作业，对宇宙速度与航天相关知识有更深入的理解。板书设计①宇宙速度的概念

-定义：使物体能够克服地球引力，进入太空运动的速度

-分类：第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度

②宇宙速度的计算

-第一宇宙速度公式：\[v_1=\sqrt{\frac{GM}{R}}\]

-第二宇宙速度公式：\[v_2=\sqrt{\frac{2GM}{R}}\]

-第三宇宙速度公式：\[v_3=\sqrt{\frac{2GM_{太阳}}{R_{太阳}}}\]

③宇宙速度的应用

-第一宇宙速度：卫星绕地球运行的最小速度

-第二宇宙速度：物体脱离地球引力，进入太阳系运动的速度

-第三宇宙速度：物体脱离太阳系，进入宇宙空间的速度

-航天发射中的实际应用：卫星发射、探测器前往其他行星课堂1.课堂评价

-提问：在课堂上，我会针对宇宙速度的概念、计算和应用提出问题，要求学生即时回答。通过学生的回答，我可以了解他们对知识点的掌握程度，以及对相关概念的理解深度。

-观察：我会观察学生在课堂上的参与度，包括他们是否积极发言、是否认真听讲、是否能够跟随教学进度等。这些行为表现能够反映学生的兴趣和学习态度。

-测试：在课堂教学中，我会安排一些小测验，如计算题、填空题等，以检验学生对宇宙速度相关知识的理解和运用能力。通过测试结果，我可以及时发现学生的薄弱环节，并进行针对性的讲解和辅导。

-解决问题：对于学生在课堂上提出的问题或遇到的学习困难，我会耐心解答，引导学生通过讨论、实验等方式寻找答案，帮助他们克服学习中的障碍。

2.作业评价

-批改：我会对学生的作业进行认真批改，不仅关注答案的正确性，还注重解题过程的逻辑性和完整性。通过批改作业，我可以了解学生对课堂内容的消化情况，以及他们在独立完成作业时的表现。

-点评：在作业批改完成后，我会及时给予学生反馈，包括对作业中的亮点和不足进行点评。我会指出学生的错误，并给出正确的解题方法，鼓励他们从错误中学习，不断提高。

-反馈：我会通过课堂或在线平台，向学生反馈作业的整体情况，包括班级的平均水平、常见错误类型等。这样，学生可以了解自己在班级中的位置，以及需要改进的地方。

-鼓励：对于在作业中表现出色的学生，我会给予表扬和鼓励，以激发他们的学习热情。同时，我也会鼓励那些虽然成绩不理想但努力进步的学生，让他们保持积极的学习态度。重点题型整理题型一：计算题

1.题目：假设地球的质量为\(M\)，半径为\(R\)，万有引力常数为\(G\)。计算第一宇宙速度的大小。

解答：第一宇宙速度的公式为\(v_1=\sqrt{\frac{GM}{R}}\)。将地球的质量\(M\)、半径\(R\)和万有引力常数\(G\)的数值代入公式，计算得到第一宇宙速度的大小。

题型二：应用题

2.题目：一颗卫星在地球表面以第一宇宙速度发射，求它绕地球运行的周期。

解答：卫星绕地球运行的周期\(T\)可以通过开普勒第三定律计算，即\(T=2\pi\sqrt{\frac{R^3}{GM}}\)。其中，\(R\)为卫星轨道半径，\(M\)为地球质量，\(G\)为万有引力常数。

题型三：分析题

3.题目：解释为什么第二宇宙速度大于第一宇宙速度，并分析其物理意义。

解答：第二宇宙速度\(v_2\)是使物体能够脱离地球引力束缚的最小速度，因此它大于第一宇宙速度\(v_1\)。第二宇宙速度的物理意义在于，当物体速度达到或超过这个值时，它将不再受地球引力的影响，能够飞向太空。

题型四：计算题

4.题目：如果一颗火箭从地球表面以第二宇宙速度发射，计算它脱离地球引力所需的最小能量。

解答：火箭脱离地球引力所需的最小能量\(E\)可以通过计算火箭的动能和引力势能的变化得到。动能\(K=\frac{1}{2}mv_2^2\)，引力势能\(U=-\frac{GMm}{R}\)。因此，最小能量\(E=K-U\)。

题型五：应用题

5.题目：一颗探测器以第三宇宙速度从地球发射，求它到达火星所需的时间（假设探测器沿直线飞行，忽略其他天体的引力影响）。

解答：探测器的速度\(v_3\)大于第三宇宙速度，因此它将脱离太阳系。到达火星的时间\(t\)可以通过距离\(d\)除以速度\(v_3\)来计算，即\(t=\frac{d}{v_3}\)。这里，\(d\)是地球与火星之间的距离。教学反思与总结在整个教学过程中，我对宇宙速度与航天的讲解进行了深入的思考和精心的设计。以下是我对这次教学的一些反思和总结。

教学反思：

在教学方法上，我尝试采用了多种教学手段，如问题驱动、小组讨论、实验演示等，以激发学生的学习兴趣和参与度。我发现，学生在这些互动环节中表现出了较高的积极性，但我也注意到，部分学生在小组讨论中的参与度不高，可能是因为他们对于物理概念的理解不够深入，或者是缺乏自信。在今后的教学中，我需要更多地关注这些学生，鼓励他们积极参与讨论。

在教学内容上，我严格按照课本的结构和知识点进行讲解，确保学生能够掌握宇宙速度的基本概念和计算方法。然而，我也发现，对于一些较为抽象的物理公式，学生理解起来存在一定的困难。未来，我计划通过更多的实例和生活中的应用来帮助学生理解这些概念。

在教学管理上，我努力营造了一个轻松和谐的学习氛围，但有时在课堂纪律上还需加强。有些学生在课堂上分心，可能会影响到其他学生的学习。我需要进一步优化课堂管理策略，确保每个学生都能集中注意力。

教学总结：

从整体上看，学生对宇宙速度与航天的学习效果是积极的。他们能够掌握第一、第二、第三宇宙速度的概念和计算方法，并且能够将这些知识应用到航天发射的实际场景中。在情感态度上，学生对航天科技表现出浓厚的兴趣，这对他们未来的学习和职业规划都是有益的。

但同时，我也发现了一些不足之处。例如，部分