2024-2025学年新教材高中物理 第4章 万有引力定律及航天 第3节 人类对太空的不懈探索教学设计2 鲁科版必修第二册

2024-2025学年新教材高中物理第4章万有引力定律及航天第3节人类对太空的不懈探索教学设计2鲁科版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）2024-2025学年新教材高中物理第4章万有引力定律及航天第3节人类对太空的不懈探索教学设计2鲁科版必修第二册设计意图嗨，同学们！今天我们要一起走进宇宙的奥秘，探索人类对太空的不懈探索。通过这节课，我们不仅要掌握万有引力定律，还要了解航天技术的发展历程。让我们一起感受科学的魅力，激发对未知世界的探索热情！🌌🚀💫核心素养目标1.培养学生的科学探究精神，通过实验和数据分析，使学生学会运用科学方法探究宇宙奥秘。

2.提升学生的科学思维能力，引导学生运用物理知识解释航天现象，形成系统化知识体系。

3.增强学生的社会责任感，认识到航天技术对人类文明的重要贡献，激发学生为科技进步贡献力量的决心。学情分析进入高中阶段，学生们在物理学科上已经具备了一定的基础，对牛顿运动定律和力学原理有一定的了解。然而，面对万有引力定律及航天这一章节，学生们的学习层次存在差异。部分学生可能对天体运动和宇宙探索有浓厚的兴趣，具备较强的自主学习能力，能够通过查阅资料和讨论深入理解课程内容。而另一部分学生可能对抽象的物理概念感到困惑，需要更多的引导和帮助。

在知识层面，学生们的物理基础知识参差不齐，对万有引力定律的理解程度不一，有的学生可能已经掌握了相关概念，而有的学生可能还在努力消化基础知识。在能力方面，学生的实验操作能力和数据分析能力也有差异，这对于理解和应用万有引力定律在航天领域的应用是一个挑战。

在素质方面，学生的科学探究精神、团队合作能力和创新意识各不相同，这些素质对于完成本章节的学习任务至关重要。此外，学生的行为习惯也会对课程学习产生影响，例如，是否能够积极参与课堂讨论、是否能够独立完成作业等。

总体来说，学生们对太空探索和航天技术充满好奇，但同时也面临着知识掌握程度不一、能力发展不均衡的挑战。因此，教学设计需要考虑到这些差异，采取分层教学和个性化辅导，以确保每个学生都能在课程中获得成长和进步。教学资源-软硬件资源：物理实验器材（天平、秒表、望远镜等）、多媒体教学设备（投影仪、电脑、白板）

-课程平台：学校内部教学平台、在线教育资源库

-信息化资源：天体运动模拟软件、航天科普视频、在线互动学习平台

-教学手段：实物演示、课堂讨论、小组合作学习、多媒体课件展示教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对太空探索的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“同学们，你们有没有想过，我们生活的地球之外，还有怎样的世界？有没有想过人类是如何一步步走向太空的？”

展示一些关于太空探索的图片或视频片段，如宇航员在太空行走、火箭发射等，让学生初步感受太空探索的魅力或特点。

简短介绍太空探索的基本概念和重要性，如人类对宇宙的好奇心、科技的发展等，为接下来的学习打下基础。

2.太空探索基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解太空探索的基本概念、组成部分和原理。

过程：

讲解太空探索的定义，包括其主要组成部分，如地球、月球、火星等天体。

详细介绍太空探索的组成部分或功能，使用图表或示意图帮助学生理解，如太空望远镜、探测器、宇宙飞船等。

3.太空探索案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解太空探索的特性和重要性。

过程：

选择几个典型的太空探索案例进行分析，如国际空间站的建设、哈勃太空望远镜的发射等。

详细介绍每个案例的背景、特点和意义，让学生全面了解太空探索的多样性或复杂性。

引导学生思考这些案例对实际生活或学习的影响，以及如何应用太空探索知识解决实际问题。

小组讨论：让学生分组讨论太空探索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，每组选择一个与太空探索相关的主题进行深入讨论，如太空旅游、太空资源开发等。

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，同时加深全班对太空探索的认识和理解。

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，强调太空探索的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括太空探索的基本概念、组成部分、案例分析等。

强调太空探索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太空探索知识。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于太空探索的短文或报告，以巩固学习效果，并鼓励他们在生活中关注太空探索的最新动态。教学资源拓展1.拓展资源：

-太空探索的历史：介绍人类从伽利略的望远镜到阿波罗登月的历程，以及我国航天事业的发展，如“东方红一号”卫星发射、嫦娥探月工程等。

-太空环境与地球环境的对比：探讨太空中的微重力、真空、极端温差等环境对生物和物理现象的影响。

-航天科技的应用：分析航天技术在通信、导航、遥感等领域的应用，以及对未来科技发展的潜在影响。

2.拓展建议：

-阅读相关书籍：《从地球到月球》（儒勒·凡尔纳）、《航天技术发展史》（张泽）等，了解航天技术的发展历程和科学家的故事。

-观看纪录片：《宇宙的奇迹》、《太空旅行家》等，直观感受太空的神秘和航天技术的魅力。

-参观航天博物馆：如中国航天科技馆、美国国家航空航天博物馆等，实地了解航天器的结构和原理。

-参与线上课程：如“中国大学MOOC”上的“航天工程概论”等，通过线上学习，深化对航天知识的理解。

-加入航天俱乐部：与志同道合的同学一起讨论航天问题，共同探索宇宙的奥秘。

-关注航天新闻：通过阅读报纸、杂志或关注航天官方微博、微信公众号等，了解航天领域的最新动态。

-进行航天科普讲座：邀请航天专家或老师为学生讲解航天知识，激发学生对太空探索的兴趣。

-组织航天主题的实践活动：如模拟火箭发射、制作简易天文望远镜等，让学生在实践中学习航天知识。

-开展航天科技竞赛：鼓励学生参加各类航天科技竞赛，如全国青少年科技创新大赛、全国青少年航空航天模型竞赛等，提升学生的实践能力和创新能力。典型例题讲解例题1：

地球表面的重力加速度g=9.8m/s²，地球半径R=6.4×10^6m，求地球的质量M。

解答：

根据万有引力定律，地球表面物体所受的引力F等于其质量m乘以重力加速度g，即F=mg。同时，地球对物体的引力也等于地球质量M与物体质量m的乘积除以它们之间距离R的平方，即F=G(Mm/R²)，其中G为万有引力常数，G=6.67430×10^-11N·m²/kg²。

将两个引力公式联立，得到mg=G(Mm/R²)。整理得到地球质量M的公式为M=gR²/G。

代入已知数值，计算得到：

M=(9.8m/s²)×(6.4×10^6m)²/(6.67430×10^-11N·m²/kg²)

M≈5.972×10^24kg

例题2：

一卫星绕地球做圆周运动，周期T=2小时，地球半径R=6.4×10^6m，求卫星离地面的高度h。

解答：

卫星绕地球做圆周运动时，向心力由地球对卫星的引力提供。根据万有引力定律，引力F=G(Mm/R²)，其中M为地球质量，m为卫星质量，R为地球半径，G为万有引力常数。

向心力F也等于卫星质量m乘以卫星运动的速度v的平方除以卫星轨道半径r，即F=m(v²/r)。由于卫星做圆周运动，速度v可以用圆周运动的周期T和轨道半径r表示，即v=2πr/T。

将引力公式和向心力公式联立，得到G(Mm/R²)=m(v²/r)。整理得到轨道半径r的公式为r=(GMT²/4π²)^(1/3)。

卫星离地面的高度h等于轨道半径r减去地球半径R，即h=r-R。

代入已知数值，计算得到：

r=[(6.67430×10^-11N·m²/kg²)×(5.972×10^24kg)×(2×3600s)²/(4π²)]^(1/3)

r≈6.38×10^6m

h=r-R

h≈6.38×10^6m-6.4×10^6m

h≈-0.02×10^6m

由于计算出的高度为负值，这意味着卫星实际上在地球内部，这是不合理的。因此，需要重新检查计算过程，确保所有公式和数值都正确。

例题3：

一颗人造卫星绕地球做椭圆运动，近日点距离地球表面最近，为R/10，远日点距离地球表面最远，为R/5，求卫星运动的周期T。

解答：

卫星绕地球做椭圆运动时，可以利用开普勒第三定律来计算周期T。开普勒第三定律指出，行星绕太阳运动的轨道半长轴a的立方与其公转周期T的平方成正比，即a³/T²=k，其中k是一个常数。

对于椭圆轨道，半长轴a等于椭圆长轴的一半，即a=(R/10+R/5)/2=3R/10。

代入开普勒第三定律的公式，得到：

(3R/10)³/T²=k

由于地球绕太阳运动的k值已知，对于地球轨道，k=(GM地球/4π²)²。对于卫星绕地球运动，k值相同，因此可以代入计算：

T²=(3R/10)³/[(GM地球/4π²)²]

T²=(3/10)³×(4π²/R³)/[(GM地球/4π²)²]

T²=(27/1000)×(4π²/R³)/(GM地球/4π²)

T²=(27/1000)×(4/R³)/(GM地球/4π²)

T²=(27/1000)×(4π²R³)/(GM地球)

T=(27/1000)×(4π²R³)^(1/2)/(GM地球)^(1/2)

代入地球半径R和万有引力常数G的数值，计算得到T。

例题4：

一颗行星绕太阳做椭圆运动，近日点距离太阳最近，为R/4，远日点距离太阳最远，为R/2，已知行星的公转周期为T，求行星轨道的半长轴a。

解答：

使用开普勒第三定律，行星绕太阳运动的轨道半长轴a的立方与其公转周期T的平方成正比，即a³/T²=k，其中k是一个常数。

由于行星的近日点和远日点距离太阳分别为R/4和R/2，轨道的半长轴a等于这两个距离的平均值，即a=(R/4+R/2)/2=3R/8。

代入开普勒第三定律的公式，得到：

(3R/8)³/T²=k

由于太阳轨道的k值已知，对于行星轨道，k值相同，因此可以代入计算：

T²=(3R/8)³/k

T²=(27/512)×(R³/k)

T²=(27R³)/(512k)

解出a，得到：

a³=(512kT²)/27

a=[(512kT²)/27]^(1/3)

代入太阳轨道的k值和行星的公转周期T，计算得到a。

例题5：

一颗卫星绕地球做圆周运动，周期T=24小时，地球半径R=6.4×10^6m，求卫星的速度v。

解答：

卫星绕地球做圆周运动时，速度v可以用圆周运动的周期T和轨道半径r表示，即v=2πr/T。

由于卫星做圆周运动，轨道半径r等于地球半径R加上卫星离地面的高度h，即r=R+h。

根据万有引力定律，卫星所受的引力F等于其质量m乘以重力加速度g，即F=mg。同时，引力也等于地球质量M与卫星质量m的乘积除以它们之间距离R的平方，即F=G(Mm/R²)，其中G为万有引力常数。

由于卫星做圆周运动，向心力由地球对卫星的引力提供，即F=m(v²/r)。将两个引力公式联立，得到mg=G(Mm/R²)=m(v²/r)。整理得到速度v的公式为v=(GM/R)^(1/2)。

代入已知数值，计算得到：

v=[(6.67430×10^-11N·m²/kg²)×(5.972×10^24kg)/(6.4×10^6m)]^(1/2)

v≈7.9×10^3m/s反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.融入科技元素：在讲解万有引力定律及航天知识时，可以结合最新的航天科技成果，如火星探测、太空站建设等，让学生感受到科技的进步和航天事业的发展。

2.案例教学：通过选取真实的航天案例，让学生深入分析问题，提高学生的分析问题和解决问题的能力，同时激发学生对航天事业的兴趣。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.教学方式单一：在课堂教学中，我主要采用讲解法，缺乏与学生互动，使得部分学生对知识的掌握不够深入。

2.学生参与度不高：在课堂讨论和案例分析环节，部分学生参与度不高，可能是因为对航天知识了解不多，或者对课堂讨论不感兴趣。

3.评价方式单一：目前主要依靠课堂表现和作业成绩来评价学生的学习效果，缺乏对学生综合能力的全面评估。

反思改进措施（三）改进措施

1.多样化教学方式：在教学中，我将尝试采用小组讨论、角色扮演、实验演示等多种教学方式，以提高学生的参与度和积极性。

2.丰富教学内容：在讲解航天知识时，我