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
1
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。
教师归纳学生见解并总结卫星运动轨道的特点：
2
万有引力提供向心力，所以轨道平面一定会经过地球的中心，卫星围绕地球的中心做
匀速圆周运动。
教师强调，学生记忆：环绕天体做圆周运动的轨道平面的圆心必须是中心天体的球心。
（二）宇宙速度
师：人造卫星的发射速度至少达到多少才能绕地球做稳定的圆周运动?
建立模型：卫星绕地球做匀速圆周运动(物体在地球附近绕地球运动时，太阳的作用可
以忽略)。
基本思路：卫星绕地球做圆周运动的向心力由地球对卫星的万有引力提供。
教师投影题目：已知地球半径 R=6 400km，地球质量M=6.0×1024kg，卫星在地面附近
环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度有多大？
学生思考交流快速计算：
根据
又地面附近C。
可得 。
师：为什么抛出速度小于 7.9km/s 时，物体会落到地面上，而不会做匀速圆周运动呢?
学生分组讨论交流回答：当速度等于7.9km/s 时，地球提供的重力正好等于物体以
7.9km/s 的速度做匀速圆周运动时所需的向心力，物体做匀速圆周运动；当速度小于
7.9km/s 时，地球提供的重力将大于物体做匀速圆周运动时所需的向心力，所以物体做向心
运动，落向地面。教师继续设疑：如果抛出速度大于7.9km/s 呢？
学生讨论回答：这时地球提供的重力将小于物体做圆周运动所需的向心力，物体将做
离心运动，远离地球，不能再做匀速圆周运动。
教师总结：当抛出速度 v满足7.9km/s＜v＜11.2km/s 时，物体将围绕地球做椭圆轨道
的运动；当抛出速度 v满足11.2km/s≤v＜16.7km/s 时，物体将脱离地球的引力，永远离开
地球进而进入太阳的引力范围，围绕太阳运动；当抛出速度 v满足v≥16.7km/s 时，物体将
脱离太阳的引力，永远离开太阳系。
教师投影，并引导学生共同梳理知识点：
3
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