教科版2019 高中物理必修第二册 第三章 课件+教案

太空探索（选学）

【教学目标】

1．了解世界航天发展史以及我国航天事业取得的成就。

2．认识到人类探索太空的艰辛。

3．了解天文知识在科学研究和生产技术中的广泛应用，展望未来。

4．通过对本节课的学习和讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。

【教学重点】

了解世界航天发展史以及我国航天事业取得的成就。

【教学难点】

通过对本节课的学习和讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，展望未来。

【教学过程】

一、谈话导入

遨游太空是人类古已有之的梦想，但直到上个世纪中期，人类才迈出了走向太空的第一步。其间饱含着人类多少汗水和智慧呢？今天我们来学习下“太空探索”。

二、新知学习

（一）世界航天发展史

教师课件展示图文材料：

1895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基发表的题为《天地幻想和全球引力效应》的论文中关于制造人造地球卫星的设想，开启了现代人类探索太空的伟大征程。

1957年10月4日，世界第一颗人造地球卫星高速穿过大气层进入太空，绕地球旋转了1400周，它的成功发射，是人类迈向太空的第一步，这就是苏联发射的“人造地球卫星”1号。该卫星呈球形，外直径为58厘米，质量为83千克，发射于苏联的拜科努尔发射场。

从地球有了第一颗人造卫星至今，各国的空间技术都有了突飞猛进的发展。50年代末到60年代初，人造卫星的发射主要用于探测地球空间环境和进行各种卫星技术试验。60年代中，人造卫星进入了应用阶段。70年代起，各种新型专用卫星的性能不断提高，诸多卫星已为人类作出了重要贡献。

1961年4月12日，苏联成功地发射了第一艘载人宇宙飞船“东方1号”，尤里•加加林成功地完成了划时代的宇宙飞行任务，从而实现了人类遨游太空的梦想，开创了世界载人航天的新纪元，揭开了人类进入太空的序幕。

此后又相继发射了“上升”号、“联盟”号飞船；与此同时，美国于1962年2月发射了“水星”号飞船，之后又发射了“双子星座”号飞船和“阿波罗”号登月载人飞船。

随着航天技术的发展，载人飞船的性能将得以不断改进和完善，使用功能增多、返回着陆落点控制精度可提高到百米级范围，飞船座舱可重复使用等。

1966年3月17日，双子星座8号的宇航员进行了首次太空对接。之后不久，由于飞船损伤系统突然失灵，宇航员们不得不进行紧急着陆处理。

宇航员阿姆斯特朗和斯考特在计划为期3天的飞行使命中的第5圈飞行时，操纵其双子星座封舱与阿根纳号宇宙飞船对接成功。半小时后，双子星号密封舱开始旋转并失去控制。接着，宇宙飞船上12只小型助推火箭中的一只原因不明地起火。宇航员随即将其飞行器与阿根纳号分离，并成功地在太平洋上溅落。

1969年7月16日，美国发射“阿波罗11号”载人飞船，第一次把人送上月球。航天员阿姆斯特朗将左脚踏到月球表面，成为世界上第一个踏上月球的人。

中国在1970年发射了人造地球卫星，成为全世界第五个发射人造地球卫星的国家。

1975年苏美关系在二战后第一次开始变暖。苏联“联盟”号与美国的“阿波罗”号飞船在轨道上实现对接，这在世界上引起了轰动。关于这次试验性飞行有许多鲜为人知的故事。

1975年7月15日，联盟19号飞船和阿波罗18号飞船相继上天。大约两天后，两艘飞船经过一系列的变轨行动，在德国上空会合对接。经过45个小时的共同飞行，两艘飞船双双安全返回地球。

这次被誉为“轨道上的握手”的飞行，是载人航天史上的第一次国际合作，在技术上为航天员救援提供了新的手段，并为未来的太空计划，提供了早期样板。但更重要的是为改善美苏关系乃至东西方关系作出了重要贡献。其意义远远超出了航天技术发展的本身。

1981年4月12日当地时间上午7点（北京时间20点），美国航天飞机“哥伦比亚”号在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射上天。在科学技术发展上，这都是一件引起全世界注目的大事。自1957年苏联第一颗人造卫星上天以来，世界宇航科学已经有了很大发展，目前空中不停运转的各种人造卫星不计其数。然而，它们只能自行坠毁无法维修，更不能返回地球重新使用。“哥伦比亚”号航天飞机的设计，正是为了解决这个问题。它可以像火箭一样地飞，像人造卫星一样地在太空轨道上运行，又可以像滑翔机一样地按时按地降落，然后还可以再次使用。18米长的机舱，能装运36吨重的货物。将可以用作在太空中进行工作的科学实验室，为人类开辟新的知识源泉，甚至还能成为一个空中工厂，生产一些在地面上难以生产的高标准产品。还可以成为太空修理站，载人和装备去建立新的卫星，维修或撤回旧的卫星。有人把航天飞机称作“太空卡车”。

第一架载人在太空穿梭并能返回地面反复使用的航天飞机“哥伦比亚”号，以每小时17500英里的速度围绕地球转了36圈经历54个半小时，于4月14日下午按计划飞返位于加利福尼亚州的爱德华空军基地。

1984年2月7日，美国“挑战者”号航天飞机的两名宇航员麦坎德利斯和斯图尔特先后实现在太空行走。这两名宇航员和航天飞机以每小时17400英里（每小时28000千米）的速度飞驰，但是在太空中并没有这种速度感觉。喷气背包试验是要表明宇航员能够在不系安全带的情况下回收和修理飞行中的卫星。这两人已在太空中修理了一项科学实验装置、一架照相机和松了的绝热层。

1990年4月24日，由美国航天飞机送上太空轨道的“哈勃”望远镜，长13.3米，直径4.3米，重11.6吨，造价近30亿美元，“哈勃”以2.8万千米的时速沿太空轨道运行，默默地窥探着太空的秘密。

“哈勃”望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星照相机可拍摄上百个恒星的照片，其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上，1.6万千米以外的一只萤火虫都难逃它的“法眼”。它创造了一个个太空观测奇迹，包括发现黑洞存在的证据，探测到恒星和星系的早期形成过程，观测到迄今为止人类已发现的最遥远、距离地球130亿光年的古老星系。

今天，人类探索太空的足迹已延伸到太阳系的边缘。

在人类探索太空的过程中，也有不少勇士付出了生命的代价。他们为科学进步献出了生命，他们的精神激励着人们继续对太空进行探索。

教师课件展示案例：

①1986年1月28日挑战者号的失事，当时机上七名宇航员全部罹难。

②美国当地时间2005年2月1日，载有七名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机在结束了为期16天的太空任务之后，返回地球，但在着陆前发生意外，航天飞机解体坠毁，7名宇航员罹难。

（二）我国航天事业取得的成就

中华民族探索太空的步伐也从未停止。明朝初年，一位名叫陶成道的万户官，就曾尝试利用火箭实现人们的飞天梦想，陶成道设想利用火箭的推力起飞，但不幸火箭爆炸，他为此献出了生命。

教师课件展示“我国航天事业取得的成就”

我国航天事业起步于二十世纪五六十年代。1956年10月8日，我国第一个火箭导弹研制机构——国防部第五研究院成立，钱学森任院长。1958年4月，开始兴建我国第一个运载火箭发射场。

1964年7月19日，我国第一枚内载小白鼠的生物火箭在安徽广德发射成功，我国的空间科学探测迈出了第一步。

1968年4月1日，我国航天医学工程研究所成立，开始选训宇航员和进行载人航天医学工程研究。

1970年4月24日，随着第一颗人造地球卫星“东方红”1号在酒泉发射成功，我国成为世界上第五个发射卫星的国家。1975年11月26日，首颗返回式卫星发射成功，3天后顺利返回，我国成为世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。

1979年，“远望”1号航天测量船建成并投入使用，我国成为世界上第四个拥有远洋航天测量船的国家。目前我国已形成先进的陆海基航天测控网，由北京航天指挥控制中心、西安卫星测控中心、陆地测控站、4艘“远望”号远洋航天测量船以及连接它们的通信网组成，技术达到了世界先进水平。

1985年，我国正式宣布将“长征”系列运载火箭投入国际商业发射市场。1990年4月7日，“长征三号”运载火箭成功发射美国研制的“亚洲一号”卫星。

1990年7月16日，“长征”2号捆绑式火箭首次在西昌发射成功，其低轨道运载能力达9.2吨，为发射载人航天器打下了基础。

1992年，我国载人飞船正式列入国家计划进行研制，这项工程后来被定名为“神舟”号飞船载人航天工程。“神舟”号飞船载人航天工程由“神舟”号载人飞船系统、“长征”运载火箭系统、酒泉卫星发射中心飞船发射场系统、飞船测控与通信系统、航天员系统、科学研究和技术试验系统等组成，是我国在20世纪末期至21世纪初期规模最庞大、技术最复杂的航天工程。

2002年12月，“神舟”四号无人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。这是中国载人航天工程的第四次飞行试验，第一次是在1999年11月，第二次在2001年1月，第三次在2002年3月。第四次在2002年12月。

2003年10月15日9时整，我国自行研制的“神舟”五号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。9时9分50秒，“神舟”五号准确进入预定轨道。这是中国首次进行载人航天飞行。乘坐“神舟”五号载人飞船执行任务的航天员是38岁的杨利伟。他是我国自己培养的第一代航天员。在太空中围绕地球飞行14圈，经过21小时23分、60万公里的安全飞行后，他于16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆返回。

2003年12月30日凌晨3时6分18秒，“长征”二号丙/SM型运载火箭在西昌卫星发射中心，成功地将中国与欧洲空间局合作项目“地球空间双星探测计划”中的第一颗卫星——“探测一号”赤道星送上太空。这是中国第一次发射高轨道卫星。这次发射成功标志着中国高水平的空间物理与环境探测进入实质性发展阶段。

2004年北京时间4月18日23时59分，我国在西昌卫星发射中心用“长征”二号丙运载火箭，成功地将“试验卫星一号”和搭载的“纳星一号”科学实验小卫星送入太空，这标志着我国小卫星研制技术取得了重要突破。

2004年7月25日15时05分，“探测二号”卫星成功地从太原卫星发射中心发射升空，30分钟后准确进入预定轨道。至此，我国科学家于1997年提出的“地球空间双星探测计划”得以真正实现。这一计划与欧洲空间局“星簇计划”组成的联合观测项目，将在人类历史上首次对地球空间进行六点立体探测。

2004年8月11日，国防科学工业委员会副主任、国家航天局局长孙来燕说，中国计划2005年发射“神舟”六号飞船，航天员将在太空中操作仪器，开展空间科学实验，但目前还没有确定搭乘航天员的人数。

在中国的神话故事里，嫦娥长居月球，登陆月球是中国人的美丽梦想，中国的登月工程因此得名。“嫦娥一号”是我国首颗绕月探测卫星，于2007年10月24日成功发射升空，而“嫦娥三号”则携带“玉兔号”月球车顺利登陆月球，中国人的登月梦想正一步步变成现实。

2008年9月25日21时10分，载有三位中国航天员的神舟七号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。9月27日16时41分00秒，航天员翟志刚首度实施空间出舱活动，中国也随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。

2011年9月29日21时16分3秒，中国首个目标飞行器和空间实验室“天宫1”号在酒泉卫星发射中心成功发射。“天宫1”号的发射标志着中国已经拥有建立初步空间站，即短期无人照料的空间站的能力。

2016年8月16日1时40分，酒泉卫星发射中心用“长征2”号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子”号发射升空。

与此同时，中国在深空探索领域的技术也在迅速提升。2013年12月2日1时30分，中国在西昌卫星发射中心成功将“嫦娥3”号探测器送入轨道。2013年12月15日4时35分，“嫦娥3”号着陆器与其搭载的巡视器分离，“玉兔”号巡视器顺利驶抵月球表面。2016年7月31日晚，“玉兔”号月球车超额完成任务，停止工作，着陆器状态良好。“玉兔”号预期服役3个月，但它一共在月球上工作了972天，超长服役2年多。2016年9月15日22时04分09秒，天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射成功。

教师启发：思索人类探索太空的过程，我国的航天事业任重道远，你将如何面对新一代的挑战呢？

（三）展望未来

随着社会的进步，人类已经掌握了越来越丰富的航天技术。虽然还没有完善的理论支撑我们进行更远的太空探索以及星际航行，但是正如齐奥尔科夫斯基所说，敢于探索征服太阳系的人类已经在向更远的星际进发。

2016年1月11日，中国政府正式批复首次火星探测任务，我国的火星探测工程正式立项，并将在2020年左右发射一颗火星探测卫星，在以“为人类社会的持续发展服务”的总目标下，将探讨火星的长期改造与今后建立人类第二个栖息地的可能性。