《宇宙航行》教学设计

《宇宙航行》教学设计（共9篇）

《宇宙航行》教学设计 篇1

《宇宙航行》教学设计

一、教材分析

“宇宙航行”是人教版普通高中《物理》教材·必修2—第六章“万有引力与航天”的第五节内容，介绍了万有引力的实践性成就，万有引力理论使人类实现“飞天”梦想。本节课是一节知识应用与扩展的课程，所以设计时注意加大知识含量，引起学生兴趣。同时注意方法的培养，让学生养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯，避免套公式的不良习惯。围绕第一宇宙速度的讨论，让学生形成较正确的卫星运动图景。

二、学情分析

在日常生活，学生对宇宙航行有粗浅的了解，且对这块内容有一定的学习兴趣。而在前面的学习中，学生对匀速圆周运动的规律和万有引力定律基本掌握，为这节课的顺利开展做了铺垫。但学生的画图能力，理论推导能力不强，需要教师在课堂上加以引导。

三、教学目标 知识与技能：

1、知道三个宇宙速度的含义和数值。

2、能区分发射速度和运行速度。

3、了解人造卫星的轨道特征。过程与方法：

1、联系曲线运动的拱桥，推导第一宇宙速度。

2、会分析人造卫星的受力和运动情况，掌握人造卫星的运动规律（线速度，角速度，周期和轨道半径的关系）。情感态度与价值观：

1、养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯，避免套公式的不良习惯。

2、围绕第一宇宙速度和人造卫星的运动规律的讨论，让学生形成较正确的卫星运动图景。

四、教学重难点

重点：

1、联系曲线运动中拱桥的例子，结合万有引力定律和匀速圆周运动的规律，推导第一宇宙速度。

2、用万有引力是天体运动的向心力这一基本思路，掌握人造卫星的运动规律（线速度，角速度，周期和轨道半径的关系）

难点：

1、联系曲线运动中拱桥的例子，结合万有引力定律和匀速圆周运动的规律，推导第一宇宙速度。

五、教学过程(一)引入新课

播放将近2min《地心引力》电影片段，提出宇宙航行的话题，激发学生的学习兴趣。教师：同学们，咱们先来欣赏一段视频（播放视频）。

知道这是哪部电影吗？ 没错，《地心引力》！现在有很多和宇宙航行有关的电影，那么这节课咱们就一起来学习和研究一下关于宇宙航行的知识。（3min）

（二）人造卫星的发射原理 用两种方法推导第一宇宙速度，简单介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度，区别发射速度和运行速度。

1、联系曲线运动的拱桥，推导第一宇宙速度

教师：自古以来，人类就有飞天的梦想，那么地面上的物体抛出后，怎样才能不落回地球？早在300多年前，牛顿就在思考这个问题。根据平抛运动的规律，高度一定，物体抛出的速度v越大，落地点越远，那么他猜想：当速度增大到一定程度，物体就不再落回地面。教师：那至少以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球运动不落回地球，成为一颗人造卫星？

（学生思考讨论；预设：若学生直接回答7.9km/s，则提问如何计算？）

提示：解决问题的本质是转化，就是把新的问题与我们曾经学过的模型相对比，找到他们的联系，再解决问题。这个问题与我们学过的哪个问题有相似性呢？

联系在曲线运动中，一辆汽车过拱桥的安全速度（最大速度）的计算，可将地球看成一个巨大的拱桥，那么地球的半径就是拱桥的半径。

这个问题转化成：质量为m的汽车通过一个半径为R的拱桥，求拱桥对它的支持力恰好为0时，汽车的速度v？

教师：和学生一起推导（重力全部提供向心力，说明v与物体自身质量无关）。

6v2 vgR9.86.410m/smgmR 7.9km/s

说明这就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，也是让物体抛出后不落回地球的最小速度，叫做第一宇宙速度。

教师提问：若已知地球的质量M，半径R，第一宇宙速度又该如何计算？（提示：近地面万有引力近似等于重力，注重公式推导过程，由于课堂时间有限，最后数据可直接告诉学生，请某位同学起立回答）可以问学生这样计算的结果是否与前面的一样？为什么？

GMmR2mv2Rv

GMR6.6710115.8910246.4106m/s7.9103m/s7.9km/s（12min）

2、简单介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度

教师：（演示动画）当物体以7.9km/s在近地面被抛出，它将绕地球做匀速运动圆周运动，那如果在地面附近发射速度大于7.9km/s呢？物体还能做匀速圆周运动吗？为什么？（提示所需要的向心力大于万有引力，物体做离心运动）。进而简单介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度。

（预设：若此时学生追问第二宇宙速度和第三宇宙速度如何计算，以及椭圆轨道的问题，则提示：目前以我们所学知识还无法计算，或者可以和同学们一起课后再交流）（3mim）第二宇宙速度是人造行星绕太阳的发射速度，与太阳有关，也与物体在地球出发有关，情况复杂。有兴趣的同学可以在学了大学物理之后进行进一步的探究。

3、区别发射速度和运行速度 教师：直接讲解

发射速度：是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度。①宇宙速度均指发射速度

②第一宇宙速度是在地面发射人造卫星的最小速度

运行速度：是指发射物进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的速度。（2min）

（三）人造卫星的轨道（亮点：学生活动）教师：在我们地球上空环绕着很多人造卫星，它们在预设的轨道上执行着各自的任务。（展示人造卫星图片），给出地球和地轴，请一个学生（容易出错，物理基础相对薄弱）上台在一体机上画多个人造卫星轨道（其他同学在我事先发的纸上画），提问：人造卫星有这么多轨道，这些轨道有什么共同的特征？（轨道圆心是地心，并提问为什么？）（8min）

（四）人造卫星的运动规律

教师：在不同轨道上，围绕地球做匀速圆周运动的人造卫星的向心加速度、线速度、角速度及周期是多少呢？（和学生一起推导，一起讨论随轨道半径增大，向心加速度减小，线速度减小，角速度减小，周期增大。点明第一宇宙速度是人造卫星环绕地球运行的最大速度。）（10min）

根据时间酌情安排2个选择题，并进行简单小结，预告下节课讲地球同步卫星。（2min）

六、板书设计

《宇宙航行》教学设计 篇2

一、教学目标

知识与技能:理解人造卫星发射原理, 推导第一宇宙速度, 了解第二、第三宇宙速度, 简单了解航天发展史。

过程与方法:在学习天体物理学中掌握科学的思维方法, 培养学生分析推理能力和合理表达的能力。

情感、态度与价值观:了解人类及中华民族探索宇宙的历史, 激发学习科学、热爱科学的激情, 增强学生民族自信心和自豪感。

二、教学重点、难点

重点:卫星绕地球运动所需向心力、第一宇宙速度的推导、运行速率与轨道半径之间的关系。

难点:运行速率与轨道半径之间的关系。

三、媒体设计

1. 素材选择

视频剪辑片段:神舟系列宇宙飞船发射、运行、返回及神七宇航员太空行走的画面。

两个动画: (1) 牛顿草图动态模拟 (将原教材中静态的牛顿草图通过技术处理成动画, 各轨迹对应的运动可独立控制并分别与不同抛出速度相对应) ; (2) 宇宙速度动态图景 (同样是将原先教材上静态的三个宇宙速度对比图通过技术处理动态化, 设计时添加速度改变按钮, 拖曳按钮可动态改变速度大小。当速度达到三个宇宙速度临界点时, 轨迹发生分别对应的改变) 。

若干张图片:分世界航天史及中国航天史两部分, 以时间为序排列。

2. 使用媒体的目的

利用实验及多媒体技术优势, 让学生形成感性认知, 以问题为中心, 在观察与体验中思考, 自觉地由浅入深、由感性到理性分层探索, 再通过师生的讨论、分析、概括及应用, 实现由感性认识上升为理性认识。

四、教学流程

1. 创设情境激发情感

播放“神舟系列宇宙飞船发射、运行、返回及神七宇航员太空行走画面”的视频剪辑。播放的同时, 向学生介绍有关宇宙飞船发射、运行、返回等过程中的一些常识。

师:自古以来, 飞天一直是全人类的梦想。人类为此做出了不懈的追求和巨大的牺牲。我国古代的万户就是其中一个。他曾经用4 7枚火箭捆绑在坐椅上, 尝试飞天, 最后点火时因火箭爆炸不幸献出了生命。一次次的失败并没有阻止人类探索太空的进程。人类第一颗人造卫星终于在1 9 5 7年1 0月4日从前苏联升空。我国也于1 9 7 0年发射了第一颗人造卫星。从神舟五号首次实现飞天梦, 到神舟六号多人上天, 再到神舟七号太空行走, 圆了中国人盼望已久的飞天梦。这是每一个中国人的骄傲和自豪! (将视频音量调小, 教师的讲解与课件播放同步。)

师:人类是怎样将卫星和飞船发射出去, 并送入太空的呢?

学生开始交流。

教师出示课题:宇宙航行。

2. 观察思考合作探究

第一阶段:诱导观察。

实验演示:在讲台上先后以不同水平速度 (一次比一次大) 击出小球。

教师设疑:观察和比较几次不同的演示, 你能发现什么?

师生小结: (1) 物体由于地球引力的作用均落回地面。 (2) 物体的初速度越大, 飞得越远。

第二阶段:放飞思维, 大胆猜想。

动画诱思:操作动画将演示情境由地面动态转变为高山。并提出问题:如果地面变成了高山, 情况会怎么样呢?

教师激趣:牛顿曾经说过, “没有大胆的猜测就不可能做出伟大的发现”, 你对此有怎样的猜想?

学生分组讨论、交流。

教师陈述牛顿的假设:从高山上用不同的水平速度抛出物体, 速度一次比一次大, 落地点也就一次比一次离山脚远。如果没有空气阻力, 当速度足够大时, 物体就永远不会落到地面上来, 它将围绕地球旋转, 成为一颗永远绕地球运动的人造地球卫星。 (同步演示图1牛顿草图动态模拟课件, 使学生在头脑中对整个演变过程形成初步的概念和印象。)

教师进行科学点拨:在已有事实的基础上合理外推、合理假设, 这是认识未知事物的科学方法。

第三阶段:合作探究, 演绎推理。

教师设疑:为什么物理学大师牛顿关于卫星的设想提出后很长时间都未能实现? (学生经过思考后可想到跟发射的速度大小有关系。)

教师追问:如何求卫星绕地球做圆周运动所需要的速度大小?

师生合作探究人造地球卫星绕地球运行的动力学原因——万有引力提供人造卫星围绕地球做圆周运动所需要的向心力。此结论是今后研究天体问题的基本思路。

学生板演推导过程, 教师巡视指导答疑, 帮助全体学生达成学习目标。师生共同合作, 代入数据, 计算出第一宇宙速度值v1=7.9 k m/s, 并说明历史上牛顿关于卫星的设想未能实现的原因。

根据公式, 讨论v与r的关系 (, r越大, v越小, 即卫星越高, 环绕速度越小) 。

师:卫星越高, 环绕速度越小, 那发射是否就越容易呢? (从能量角度, 辨析发射速度与运行速度的关系。)

学生通过阅读了解当卫星的发射速度大于第一宇宙速度时的三种可能, 并由教师引导得出第二、第三宇宙速度。

动画演示卫星运动图景 (图2) :通过动画动态展示卫星的发射速度在达到第一宇宙速度时及在此后不断增大过程中, 卫星运动轨迹由围绕地球运动的圆周到椭圆, 再到偏心率逐渐变小的椭圆, 直至挣脱地球引力围绕太阳运动及最后飞出太阳系的整个变化过程, 帮助学生形成正确的卫星运动图景。

3. 梦想成真联系实际

教师用图片展示世界航天史和中国航天史。在播放过程中, 可要求学生关注我国在航空、航天领域所取得的巨大成绩, 同时也应实事求是地指出:目前, 我国与航天大国美国、俄罗斯之间仍存在较大的差距, 从而进一步激发学生学习科学、热爱科学的激情。

4. 情感激励课外探究

结束语:浩瀚的宇宙就像一座丰富的宝藏, 吸引着人类的目光, 激励我们去探索其博大和神秘。目前, 开发太空资源, 开创空间产业, 实现太空居住, 已逐渐成为航天活动的主旋律。你想了解更多的航天知识吗?想在航天方面发挥自己的能力吗?请阅读相关书目, 也可上网收集有关航天科学知识。我相信大家只要努力学习, 一定能实现你的理想。

课外探究参考题: (1) 人造卫星的种类和资料; (2) 同步卫星的含义及特点。

5.

练习反馈拓展延伸 (略)

五、教学反思

宇宙航行的先锋 篇3

为了探索和实验航空航天飞行器，美国从二战期间就开始了“X”系列试验飞行器的研制。“X”是英文字母“Experimental”的缩写，意为试验的、探索的。1947年10月，世界上第一架火箭动力试验机X-1第一次实现超声速。到2009年，X系列试验飞行器型号已达X-51。

1986年，“挑战者”号航天飞机升空爆炸后，当时的里根总统宣布研发下一代航天飞机——“东方特快”，因为技术困难和资金太庞大终止研发。“哥伦比亚”号失事之前不久，乔治·布什总统决定研发新一代航天飞机，计划在10年内开发出空天飞机。这种空天飞机可以垂直起飞，进入轨道，然后在普通的机场降落。唯一需要就是在下一次飞行之前给它加足燃料。它可以在大气层和宇宙空间之间自如的飞行，而且可以经受再入大气层时的高温。从技术上来说，这些要求已经远远超出了世界上最好的航天工程师的设计能力。另外，垂直起飞，水平降落还是航天飞机的技术，并没有多大的技术进步。

功夫不负有心人。三十多年来，美国空军、国家宇航局花费几百亿美元，研究“X”系列空天飞机。美国洛克希德·马丁公司的X-33、美国轨道科学公司的X-34、波音公司的X-37，诺斯罗普·格鲁曼公司的X-47等都是佼佼者。国家宇航局秘密研制的X-43空天飞机，曾创造接近10马赫的飞行速度。

“X”系列飞机创造了一系列的第一，为空天飞机的研制积累了经验。X-15高超声速飞机达到了108千米的亚轨道高度；X-20载人轰炸机创造了超过5马赫的高超声速飞行；2004年11月16日.X-43A的第三次飞行，在35千米的高空速度达到9.7马赫，创飞行器时速的最高纪录。2010年4月，美国X-37B空天飞机进行试验飞行，创造了多项新纪录。

美国宇航局德莱顿飞行研究中心位于加利福尼亚州爱德华空军基地。它不但研究“X”系列高超声速研究飞机、“罗伽洛”机翼、导弹等众多新型飞行器，还制造了月球登陆舱等空间飞行器。如果航天飞机在爱德华空军基地降落，德莱顿飞行研究中心的一项任务就是将航天飞机运载到肯尼迪航天中心。德莱顿飞行研究中心对世界航空技术、空间飞行技术做出巨大贡献。“X-43”系列超声速飞行实验机也是德莱顿飞行研究中心的骄傲。

德国“桑格尔”号

1962年开始，桑格尔率领研究早期的欧洲空间运输系统.戴姆勒奔驰宇航公司也参与研究。1985年10月18日，西德总理梅塞·施密特重新提出“桑格尔”空天飞机研究计划。1988年12月，氢动力冲压发动机首次运行。1995年，高超声速研究论证。这项研究得出的结论是：“桑格尔”空天飞机分为两个部分和两个阶段飞升。

目前的“桑格尔”空天飞机，实际应该称为“桑格尔-2”。“桑格尔-2”空天飞机是国际合作的典范。德国研究与技术部（BMFT）资助“桑格尔”高超声速推进技术的研究。德国戴姆勒奔驰宇航公司、宇航局基础设施部、不来梅公司负责建造“桑格尔”空天飞机。德

国空中客车公司、宝马公司、利勃海尔公司，曼恩技术与OHB系统公司提供技术支援。德国亚琛大学、不伦瑞克大学、德累斯顿大学、汉诺威大学、慕尼黑大学和斯图加特大学也参加“桑格尔”飞机的研究。国际参与者，包括富豪发动机公司，萨博的斯堪尼亚康比特公司、瑞典的萨博航天公司、挪威的赖于福斯公司、CFD公司和意大利的阿莱尼亚宇航公司，这些公司都参与了超声速技术的研究。富豪发动机公司主攻高超音速空气动力学，而萨博斯堪尼亚康比特公司和萨博空间技术公司提供飞机发动机的设计。

为了“桑格尔-2”空天飞机.德国开发成本估计为180亿～240亿美元。样机预计耗资约30亿美元。奥地利、比利时、荷兰、加拿大和俄罗斯等国，日本三菱重工等都积极参与和赞助“桑格尔”研发。

德国“桑格尔”空天飞机的目的为将飞行员和有效载荷送入空间。“桑格尔”空天飞机是可重复使用的载人或无“桑格尔”号空天飞机（想像图）。人航天器，能承载一名或两名飞行员和3吨有效载荷；如果要搭载更多的乘客，可减少有效载荷。在无人配置的情况下，“桑格尔”可以最多装载15吨有效载荷。

“桑格尔-2”空天飞机是一架二级起飞的空天飞机，由一架“桑格尔”运载机和“桑格尔”空天飞机组成。1985年的设计方案为总重量366吨，机长101米，机宽14米；推力4500千牛，后来参数又多次变化。

运载机机长84.50米，机宽14米，翼展41.40米，总重量254吨，空重156吨，推力1500千牛，燃烧时间6565秒，推进剂为空气/液氢，主发动机6台，最高速度6.6马赫，高度37千米，航程3100千米范围内，最多可将7吨有效载荷送入近地轨道。

空天飞机机长27.60米，机宽5.50米，翼展15.60米.总质量112吨，空重32.6吨，主发动机1台，推力1280千牛，推进剂为液氧/液氢，燃烧时间298秒，低地球轨道运载能力6吨。

“桑格尔2”空天飞机总体起飞重量435吨。一级起飞的运载机起飞重量320吨；“桑格尔-2”空天飞机二级起飞重量115吨。“桑格尔”空天飞机性能：运载机一级起飞推力2353 2千牛；空天飞机二级起飞推力1400千牛。“桑格尔2”空天飞机能在标准的飞机跑道起飞降落。一级起飞时，“桑格尔”运载机利用涡轮喷气发动机起飞，在10千米高空速度达到1马赫速；在19.5千米的高空速度达到3.5马赫；然后冲压式发动机推进系统启动，加速到4.4马赫同时高度增加到24.5千米。最后，冲压发动机以6.6马赫全面加速，飞机到达高度30千米。二级起飞时，“桑格尔2”空天飞机的液氧/液氢火箭发动机点燃，直达近地轨道，可将2.6～6吨的有效载荷送入太空。

“桑格尔”运载机和二级起飞的“桑格尔”空天飞机，都可重复使用，返回地球时，在常规跑道上降落。德国空天飞机专家很乐观：1990年代后期，“桑格尔”将形成为1.1万千米航程，36名乘客的欧洲超声速交通工具，但事与愿违。2012年后，德国的无人“桑格尔-2”空天飞机的试验机才有可能升空，试验超声速技术。

英国“攀登者”号

英国斯托尔公司的“布里斯托尔”空天飞机，又称为“攀登者”亚轨道空天飞机。英国斯托尔公司利用现有的技术，专门设计最低成本和风险的飞机，从而吸引私营部门投资太空旅游。英国航空航天公司、Dowty航空公司、邓洛普航空公司、皮尔金顿公司和里卡多航天航空公司参加了“斯托尔”空天飞机的研发。

“攀登者”空天飞机长12.9米.宽7.6米。飞机最大重量为5500千克，空机重量为2400千克.最大飞行高度100千米。它采用2台推力500千克的喷气发动机，2台推力2500千克的火箭发动机，火箭推进剂为过氧化氢和煤油，与液氧相比，过氧化氢是最佳氧化剂，比使用液态氧在技术上更简单。“攀登者”火箭发动机是英国20世纪70年代初开发的技术，它只有强劲的动力，没有喷射的火焰和震耳欲聋的爆炸声。

实际上，“攀登者”就是一架装有火箭发动机的超声速轻型飞机。它可以搭载一名飞行员和一名乘客，乘客在飞行时需要捆绑在座位上。“攀登者”从普通机场起飞后，使用涡轮喷气发动机，以亚声速爬升到8千米的高度。这时，“攀登者”启动火箭发动机，开始一个陡峭垂直的爬升，然后以约3马赫的最高速度，攀登到100千米的高度。

这时，乘客将看到地球的轮廓，看到太空变成黑色，即使在白天享受的也是太空的黑暗。随后，“攀登者”进入了一个大幅度的俯冲，乘客可以体验2分钟的失重状态。在接近地面时，飞机停止俯冲，盘旋回到30分钟前他们起飞的机场。

1984年，英国航空航天公司提出欧洲空天飞机——“霍托尔”号。它被设计成可重复使用的单级进入轨道、水平起飞和水平着陆的航天器。“霍托尔”号使用罗·罗公司的“RB545”混合发动机。“霍托尔”的目标是装载6.34吨～7.25吨的有效载荷进入近地轨道。发射重量为22.65吨，飞行成本每千克为4～5万元美元。

1989年，撒切尔夫人政府削减公共开支，太空飞机技术也不是很成熟，英国国防部的绝密计划“霍托尔”空天飞机停止研发。

1990年代初，“霍托尔”空天飞机项目的一些人员创办了一家新公司——英国反应发动机公司，继续进行设计工作。一种新的更先进的空天飞机——“摩天塔”号空天飞机诞生了。

“摩天塔”空天飞机，又称为“云霄塔”，由英国BAE系统公司、欧洲航空航天与防务公司和法国泰莱斯公司等合作研制。

英国反应发动机公司不再将“霍托尔”号的“RB454”发动机设计进“摩天塔”号空天飞机，而采用了被列为最高机密的新发动机。新的发动机设计将使用液态氢和空气，直到“摩天塔”达到5.5马赫，然后再切换为最终上升到轨道的液态氧机发动机。

“摩天塔”空天飞机的萨柏瑞发动机系统由一台喷气发动机和一台火箭发动机组成。萨柏瑞发动机使用液氧和液氢的混合燃料。当这两种气体聚集在一起，产生大量的热量和动力，温度达到1000℃。为了保持冷却，发动机使用热交换器预冷。

“摩天塔”号空天飞机采用由碳纤维与陶瓷保护的“大气外壳”工艺，提高热防护功能。飞机在出入大气层飞行时，机头的温度可达2760℃，机翼前部达1930℃，机身下也可达1260℃。这要求空天飞机必须有一个高强度、耐高温、抗摩擦、抗过载负荷的机身，并具有人工智能的控制系统等。“云霄塔”空天飞机具备空天飞机所有的优越性能。

科研人员为“摩天塔”号设计了一个12.3米×4.6米的有效载荷舱，可以装入一个标准航空运输集装箱，并可自由组合，具有通用性。“摩天塔”号空天飞机能把12吨的有效载荷送入近地轨道.或将9.5吨的有效载荷送上“国际”空间站。“摩天塔”号只有2天的航程，而不是像航天飞机那样有几个星期的太空停留时间。

空间站的运输和太空旅行的美好前景实在太诱人了。不少航天器制造商都希望在太空上分一杯羹。“摩天塔”空天飞机是一种可重复使用的太空飞机，比航天飞机和宇宙飞船有更多的优势、可选择性和价格低廉。它能够在普通机场跑道起飞和降落，使用电力推进系统，让运载火箭、航天飞机和宇宙飞船望尘莫及。

“摩天塔”号空天飞机能多次重复升降，大大降低飞行成本。一般2～3吨的卫星，国际商业发射的价格为1.5亿美元：“摩天塔”号发射卫星仅需1000万美元。最终，成本可能会下降至太空乘客的太空旅游的费用只是10万元。

“摩天塔”空天飞机的飞行高度、速度、灵活性和飞行距离十分先进。英国的空天飞机专家称赞说：我分不清“摩天塔”空天飞机是一枚带翅膀的火箭，还是一架火箭一样的飞机。

英国反应发动机公司设想：到2025年，将建设一座“摩天塔”号空间站，开辟太空旅游。如果“摩天塔”号空天飞机赢得X大奖，第一笔1000万美元的款项就将乘客送入太空。“摩天塔”号空天飞机至今没有赢得X大奖.也没有飞上太空。1992年，“摩天塔”号空天飞机总研制成本估计为100亿美元。

印度“艾瓦塔”号

1990年代，印度推出了一个“超级飞机”计划，但要120亿美元的研制费用而夭折。2001年，在美国盐湖城举行的“全球动力推进大会”上，印度设计的新型空天飞机模型首次露面。这种空天飞机称为“先进跨大气层吸气式研究飞行器”，简称“艾瓦塔”，梵文之意为“复活”。印度的空天飞机寓意为“超级飞机”计划重获新生。

“艾瓦塔”体积小于俄米格25战斗机，采用氢作燃料，可将500千克～1000千克重的卫星送入低轨道。“艾瓦塔”主要以涡轮冲压喷气发动机为动力，爬升至巡航高度后改用超声速燃烧冲压喷气发动机。待巡航速度达到7马赫时，再利用火箭发动机加速飞行进入轨道。重返地球时，“艾瓦塔”进入大气层后，利用自身动力系统降落。

“艾瓦塔”空天飞机的设计寿命为100次，起飞重量100吨。“艾瓦塔”可执行民用航天任务，也可作为高空超声速飞机执行监听、监视、侦察甚至空间作战等军事任务。

日本“先锋”号

杨绍兰《宇宙航行》教学设计 篇4

设计者： 杨绍兰

一、【教学内容分析】

“宇宙航行”是人教版高中《物理》教材·必修2—第六章“万有引力与航天”的第五节。主要介绍了万有引力定律的实践成就，即航天事业的发展及成果。教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的方法。因此，本节课是本章的一个重点内容，也是学生进一步学习、研究天体物理问题的基础。

人造卫星是万有引力定律在航天科技上应用的一个实例，是学生学习、了解现代科技知识的一个极好素材。通过对人造卫星原理、宇宙速度等宇宙航行知识的学习，学生不仅可以对万有引力定律有更深入的认识，对人类进行宇宙航行有一个更更全面的了解，还有助于帮助学生巩固前面所学的运动学和动力学知识，同时，也可以培养学生对航天科学的热爱，增强民族自豪感和自信心。

二、【教学对象分析】

从知识层面来看，在学习本节课之前，学生已经学过了平抛运动、匀速圆周运动等运动学和动力学知识，具备解决宇宙航行问题的知识基础。另外，通过本章前四节课的学习，学生对万有引力定律的内容及其在天文学上的应用也有了初步的认识，对天文学和宇宙航行也有一定的兴趣和，但对人造地球卫星的原理尚不清楚，对人类航天事业也需要进一步的了解。

从学生的思维规律来看，高一学生好奇心强，对未知事物有强烈的好奇心和兴趣，的思维方式，尚处在由初中的形象思维、向高中的抽象思维过渡的阶段，容易接受表象的知识，但对知识体系的条理性掌握、对易混淆知识的辨别能力还有所欠缺。所以需要教师在教学过程中的巧妙引导和指点。

三、【教学目标及重难点】

（1）教学目标

知识与技能

1.知道三个宇宙速度的数值及意义，并会推导第一宇宙速度。2.理解人造卫星的原理，了解卫星的运行规律。过程与方法

1.了解人造卫星由设想变为现实的过程，体会猜想、外推的科学方法，培养学生的科学思维。2.通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，以及对卫星运动规律的研究，培养学生分析、推导、归纳及表达能力。

3.认识卫星运动的实质，能对已有知识进行组织和归类，并学会构建知识体系，形成对知识的整体感。情感态度与价值观

1.了解人类探索太空的过程，感知人类探索宇宙的梦想及巨大成就，感受科技发展对人类进步的巨大促进作用，激发学生学习物理的热情，促使学生树立献身科学的人生观和价值观。

2.通过对我国航天事业发展史的了解，激发学生的民族自豪感，渗透爱国主义教育。（2）教学重、难点

1.重点：第一宇宙速度的推导；对人造地球卫星原理的理解，掌握研究天体运动的基本思路与方法。2.难点：对人造卫星运行规律的了解；卫星的运行速度和卫星发射速度的区别。

四、【设计理念及电教说明】

（1）设计理念

传统的教学观将知识当成定论，把学习看成是知识由外到内的输入，同时低估了学习者的认知能力、知识经验和差异性，并在教学中表现出简单化的倾向。美国教育家G.玻利亚指出，不要把你的全部秘诀一古脑地倒给学生，而要让他们先猜想一番，引导他们独立地思考，找出尽可能多的东西，然后再讲给他们听。在这种教育思想的启发下，为了能够很好地将学生的思维发展与知识建构有机结合起来，我将本节课设计如下：

以问题启发式教学和建构主义理论为指导，先用媒体创设问题情境，并通过精心设计的启发性问题，让从学生的已有的认知结构出发，启发学生的思考，引导学生对问题进行讨论交流、分析推导、归纳总结以及迁移应用，充分发挥学生的主体性，使学生始终处于积极思考、探索学习的活动中，最终完成对宇宙航行相关知识的建构，体现强调学习的建构性、关注学生的学习潜能和知识的内部生成的现代教学观。（2）电教设计说明

运用现代教育技术扩展可视性、实现对现实的形象模拟，利用图片、动画与视频等多媒体形式，给学生提供物理事实，创设物理情境；并且充分运用动画的解析功能，帮助学生转化模型、形成表象、认识重要的概念和规律，从而突出重点、突破难点。

本着力求体现引导认知性、体现逻辑性和现实模拟的真实性的原则，本电教设计精心挑选了以下多媒体素材：图片十多张（增强学生对物理学科的亲切感，诱发学习动机）；Flash课件2个（牛顿关于人造卫星的猜想；三种宇宙速度；帮助学生理解、加深学生印象）；视频3段（神七出仓、宇航员在月球的视频、“嫦娥一号”发射过程：激发学生热情和兴趣，实现对现实的形象模拟，让学生体验科学的整体感）。

五、【教学策略及教法设计】

本节课是一节知识应用与扩展的课程，学生对航天科技也很感兴趣，所以本设计在教材知识的基础上，根据学生情况，对卫星的运行规律做了适当的知识拓展，让学生形成人造卫星运动的正确图景。同时，还十分注意学习方法的培养，让学生真正理解卫星运行的动力学实质，掌握研究天体运动的基本思路和方法，避免生搬硬套公式的不良习惯。

本教学设计以问题启发式教学和建构主义思想为指导，采用以问题为中心的课堂教学模式，通过问题串的形式，围绕以下几个中心问题展开教学：

1.为什么月亮不会落到地面上? 若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？（人造卫星的原理）2.到底以多大的速度将物体抛出，它才成为绕地球运动的卫星?（第一宇宙速度的大小与推导）3.如果发射卫星的速度大于第一宇宙速度，结果会怎样?（第二、第三宇宙速度及意义）

4.卫星在不同高度的轨道上绕地球运行时的快慢怎样呢？卫星运行速度与发射速度是一回事吗？(卫星的运行规律）

在每个环节，先用媒体创设真实的问题情境，让学生形成感性认知，然后通过设计能对学生智慧构成挑战的启发性问题，激发学生的好奇心和求知欲，并以问题为中心，让学生在观察与体验中积极思考，自主地由浅入深，由感性到理性地进行分层探索，再通过师生的讨论、分析、概括及应用，使学生的认识最终实现由感性认识上升为理性认识的二次飞跃。

《宇宙航行》教学设计 篇5

宇 宙 航 行

教学设计的出发点：本章如同一部荡气回肠的交响乐，沿着科学的足迹展示人类对宇宙的认识过程。其间，人类的精英依次登场，伟大的发现引导人类文明的进程，精妙绝伦的思想折射出人类智惠的光芒。本章到了这一节，已经是基本上接近尾声，从科学知识的角度讲，本节课只要求学生知道人造地球卫星的发射原理及三个宇宙速度就可以了，但纵观全章，本节课是对学生进行科学精神熏陶的极佳时机，通过浩瀚宇宙美仑美奂的图片激发学生对宇宙的向往、热爱，通过世界各国尤其是中国的航天成就，激发学生的学习热情，为学生将来投身航天事业播下种子。所以，我认为应当把思想教育和情感培养作为本节课的的主要目标。这也是我所体会的“新课改”精神。

教学目标：

⒈通过实例了解人类探索太空的历程，希望能激发学生的情感，引起学生的兴趣；通过对我国航天事业发展的了解进行爱国主义教育。⒉了解发射人造地球卫星的基本原理及三个宇宙速度，包括第一宇宙速度的推导及三个宇宙速度的含义。

⒊了解人造卫星的三种轨道及同步卫星的特点。

☆标记教师导引

★标记学生活动

教学重点：

⒈激发学生热爱宇航事业的热情。⒉三个宇宙速度特别是第一宇宙速度；

教学过程设计

本课由三个大部分组成：引入、教学主体、结尾

引入部分和结尾部分有相似之处，都是使用雄浑、激昂、坚定，又有点悲凉的背景音乐为衬托，在引入部分展示飞天图画、人类第一颗人造地球卫星、加加林、阿波罗11号登月及美国的航天飞机发射，重点展示中国的神舟号发射、嫦娥一号和太空行走。使学生为祖国的强大而自豪。结尾在音乐较凝重、雄浑的部分展示从地球到太阳系，再到银河系及浩瀚的星空，表达人类探索宇宙的坚定决心和百折不挠勇气，在轻缓部分则通过模拟动画和照片展示广袤宇宙无穷的魅力，在适当的地方给出引导性的语言。

教学主体包括四个部分：首先,由引入部分提出一个问题：“刚才的音乐一定给你留下了深刻的印象，你从刚才的音乐中感受到什么？”，通过这一问，希望学生能理解引入部分的含义，然后共同了解人类探索宇宙的几个里程碑。第二部分，先假设一个科学案例，一个人被自己平抛出去的球砸中，以此引入新课。引导学生展开讨论并介绍牛顿的人造地球卫星设想。第三部分是本节课的教学重点，三个宇宙速度。第四部分介绍卫星的三种轨道及同步卫星。一．历史的丰碑

★音乐：如果没有“你从刚才的音乐中感受到什么？”这一问，学生可能会把引入部分当作美国宇宙探险类的大片来看了，就没有细腻地体会其中的含义。希望学生能说出：雄浑、有力、坚决、不屈不挠、悲壮、祖国、强大、自豪等等字眼。

☆历史的丰碑：通过大量的、有选择性的、里程碑式的宇航事件，用生动的图片、视频介绍人类探索的宇宙的过程，特别就中国的宇航事业发展重点介绍。人类在探索未知世界时的勇气和牺牲是共同的。以此讴歌全人类在宇航事业中的努力、牺牲；以此对学生进行爱国主义教育，为祖国的强大而自豪。希望能在学生的心灵中播下点种子。

二．一个科学案例

☆理想化实验：一个人站在水平地面上将一个小球平抛，初速度越大，水平位移越大。由于地球表面是圆弧形的，在较大的范围内已经不能看作平面了，但落点越来越远，最终可以绕地球一圈，又回到出发点，并接着重复运动，不再落地了（配插图、动画）。★ 引导学生讨论：你能解释这种现象吗？学生根据前面学过的知识应该能够认识到，只要物体在地球表面附近达到一定速度，地球对物体的引力恰好提供所需要的向心力，这种情形是完全可以实现的。至于条件，学生可能会谈到速度的大小问题、发射的方向问题、在赤道上方等等。

☆ 当谜底揭开之后再介绍牛顿当年关于人造地球卫星的设想。在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，牛顿设想，抛出速度很大时，物体就不会落回地面。（此为简单介绍，不必占用太多时间）三．三个宇宙速度

⒈第一宇宙速度、含义及推导（这是重点）

☆ 通过大屏幕引导学生，由于在上一章中，学生已经进行了相关计算，所以，这里的数值运算并不会占用太多时间。也就是说，第一宇宙速度的数值还是比较容易到手的。

★ 但要通过引导学生讨论如何获得第一宇宙速度，进而为学生理解发射速度奠定基础。学生可能会想到许多方法，如：用手仍出去、用弹弓发射出去、用大炮打出去等等，通过实际数据向学生说明不可行。

☆向学生介绍19世纪中叶的俄罗斯学者齐奥尔科夫斯及三级火箭，其中的辅助视频为中国的嫦娥一号发射模拟动画。★可引导学生进一步探讨：将来，你有没有更好的方法把飞行器送向太空？（在这里可以引导学生展开思想的翅膀尽情的设计、遐想，也许就打动了学生心里的某些东西呢）（如将来也许能设计建造成功电磁轨道发射装置，把飞行器一次就能送上太空，也许发明了反重力装置，没有惊天动地的发射也能在无声无息之中飞向太空，也可以介绍美国曾试验在飞机上进行高空发射等等）⒉第二宇宙速度、含义 ☆

介绍

⒊第三宇宙速度、含义 ☆

介绍 ⒋小结

★ 通过小结使学生在头脑中进一步掌握宇宙速度的含义、数值 ⒌讨论

★ 通过讨论使学生理解第一宇宙速度既是最小的发射速度，也是最大的轨道速度，同时理解掌握粗略计算第一宇宙速度的简单方法。四．介绍人造地球卫星的三种轨道

通过动画进行展示、介绍，同时重点介绍一下地球同步卫星。

导引词即问题链或思维链：

⒈我们今天讨论一个充满幻想、充满诗意、充满智慧，而又充满艰辛、勇敢、无所畏惧的课题：宇宙航行。（一节课的导入）

⒉刚才短片中的音乐一定给你留下的深刻的印象，你从中感受到什么？（引导学生回答）

我把我的体会与同学们交流：坚定、自豪、勇敢、悲壮、不屈、祖国、强大等等

⒊刚才的短片中一定有你熟悉的画面（导入下面的讨论或介绍）（飞天、加加林等由学生识别就可以了，重点介绍万户、杨利伟、嫦娥一号、太空行走）

人类在宇宙探险中取得成就的同时，也伴随这巨大的牺牲（介绍挑战者号等）

⒋天上的星星在召唤，人类在宇宙探险中前赴后继、勇往直前，但一个重要问题首先摆在我们面前：我们如何飞出地球？ 这要从一个大家熟悉的问题入手（过渡到科学案例即平抛问题）⒌高度一定，初速度越大，落点越远。若人将小球用足够大的速度抛出„„水平抛出的物体怎么会从后面飞回来呢？（引导学生讨论）⒍我们通常在小范围内往往看到地面上平的，但请别忘了，地球是一个球体，地面是一个球面。随着落点越来越远，抛出去的物体开始绕地球转动，当速度足够大时，物体恰好能绕地球绕一圈。此时，若物体不受阻挡，会怎样运动？（引导学生讨论）

同学们今天的想法居然与牛顿当年的想法是一样的，这是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中的卫星原理图

⒎下面我们重点讨论刚才提出的问题，物体为什么不落回地面而围绕地球做匀速圆周运动？其关键因素是什么？ ⒏那么，物体需要多大速度才不会掉下来呢？

⒐通过以上分析和计算，我们知道物体绕地球转动而不掉下来的关键因素是速度，这个速度达是7.9㎞／ｓ。那么，如何使物体的速度达到7.9㎞／ｓ呢？

⒑利用三级火箭飞出地球是目前普遍采用的、有效的方法，但这种方法已经用了几十年了、危险性大、代价高，有没有更好的方法呢？大家可以设计、设想„„

请各个研究性学习小组把它作为一个课题研究一下。

⒒如果把卫星送到近地轨道时，速度比7.9㎞／ｓ大一点呢，卫星会怎样运动？至于轨道为什么是椭圆，将来可由数学证明，实际上我们看到就是椭圆，同样遵循开普勒运动定律。（介绍近地点、远地点、速度变化等等）如果比7.9㎞／ｓ大一点、再大一点，卫星的远地点离地球会更？那再大、再大呢？会不会出现，当速度足够大，远地点离地球太远，以至于可以认为地球对卫星的引力为零，这时，卫星 再也不会回来了。这个速度经计算是11.2㎞／ｓ,叫第二宇宙速度。若再大呢？

⒓刚才我们讨论了三个宇宙速度，知道如何把卫星送上天了。那么，卫星在天上沿那些轨道运行呢？ ⒔这些轨道的圆心都在哪里？ ⒕最后请大家欣赏我制作的一个短片

宇宙之旅教学设计 篇6

教学目标：

1．了解宇宙飞船的主要结构。

2．学习和利用各种废弃物制作宇宙飞船；或者用绘画的方式表现宇宙飞船。3．培养学生对科学的探究精神。教学重点：

1．培养学生养成收集有关宇宙飞船的信息与资料的习惯。2．利用各种废弃物制作各种宇宙飞船。3．用绘画的方式表现宇宙飞船。教学难点：

了解和掌握飞船的主要结构。

教学用具：“神舟五号”载人飞船上天的影片，PPT课件，自制宇宙飞船的教具模型等。课前准备：

1．引导学生多途径搜集相关载人飞船与宇航员的知识。2．同时并准备一些废弃材料(塑料瓶、纸盒、彩纸等)。教学过程：

一.结合实际，激情导入：

1.同学们好：大家还记得吗？2003年10月的时候，我国成功发射了“神舟五号”载人飞船，神五飞天，圆了中国人民的千年飞天梦。真让人振奋啊！好，现在让我们一起回到那激动人心的时刻吧。

2..观看视频（看到精彩处有掌声）

3.师：当看到火箭载着飞船腾空升起，尾端拖着长长的火焰时，你想到了什么？有什么感受呢？

生1：我很高兴，我们实现了千年的飞天梦。中国离太空越来越近了。

生2：我感到非常高兴！我想随着科技的进步，会有更多的中国人进入太空。，我想将来也当一名太空人。（掌声）

生3：我非常激动！这说明中国的航天事业又向世界迈了一大步。我希望中国的航天事业发展得越来越快，越来越好。

6.师：是啊，作为中国人，我感到无比自豪与骄傲。同学们，我们要向体育明星们学习，学习他们顽强拼搏的精神。同时，我们也要向航天英雄们学习，从小树立远大的理想，长大了成为一名能站在科技前沿，为国争光的人。二．研讨学习，突破难点

1.师：现在，我们就来学习第八课《宇宙之旅》。在课前，我让大家搜集有关宇宙飞船的资料和图片，请同学们拿出来放在小组内交流，然后每组选派代表汇报。2.学生讨论交流，代表发言。（略）出示太空图片

3.师：同学们了解得真多呀！看来，你们在课前下了很大的功夫。现在我们重点来看一下宇宙飞船的结构和航天的装备。什么叫宇宙飞船呢？（可以载人的安全返回的一次使用的飞船）为什么要发射这样的宇宙飞船呢？（探索宇宙的奥妙，可以把资料运送到空间站，开发航天医学生物呀）4.老师想考考大家图中的宇宙飞船是怎样组成的？（播放课件看组成）

5.师：（出示教具）我这里有一个自制的火箭运载的宇宙飞船模型，请同学们欣赏欣赏，然后说说我是用什么材料怎么制作出来的。6.学生观察、讨论、交流，然后发言。

7.（研读课本）现在请同学们研读课本第15页的内容，这里收集的是一些学生作品，请仔细观察，然后说说他们是用什么材料怎么制作完成的。

8.学生发言。(略)9.提示:根据以前做手工的经验，你在制作的过程中会碰到什么样的问题？你是怎么解决的? 10.研讨解决的方法：生1：我以前做手工的时候，在做好的模型上粘贴彩纸，彩纸粘不好，有邹纹，不平整。我现在还没有找到解决的办法。

师：谁有好办法，帮帮他?生2：我有一个好办法，可以把彩纸弄成一条一条的有规律的褶皱，反而更好看。

师：有道理，还有别的办法吗？生3：我想如果用胶布，不用胶水可能会好一些。

师:也可以，不过我知道他说的是在凹凸不平的表面上贴彩纸，会出现这个问题。我告诉你一个好办法。就是把彩纸剪开一道口，然后将剪开的地方重叠起来，可能会好一点，试试吧。师：你真是个会动脑筋的人。好，还有什么问题吗？„„没有啊！那么做手工的时候，还有什么需要注意的吗？

生5：我想提醒大家的是，使用剪刀和强力胶时要小心，不要弄伤了手。纸屑碎片也不要随手乱扔。

师：提醒得好。你们待会儿可要注意呀。三.创作表现，体验成功

1.师：其实我们还可以用绘画的方式表现宇宙飞船。绘画组的同学，你们可以围绕以下几个主题展开联想。如:《我的飞天梦》、《宇宙飞船，我爱你》、《宇宙之旅》、《飞向太空》等等。手工组的同学，你们要合理分工，互相合作，共同制作出一艘有创意的又符合宇宙飞船的造型特点的手工作品来我们来看一看其他同学的作品。好，现在开始吧。2.学生制作，教师巡视辅导。（播放参考图片）四.展评作品，分享快乐

1.每组选派优秀作品，送到讲台前展示。

2.学生代表介绍作品的创意和制作方法。并展开自评、互评、老师点评。手工组: 生1：这是我们组大家共同完成的作品。我们用到了礼物包装盒、饮料瓶、硬纸板、还有旧玩具小船。先在小船里装上沙子，将礼物包装盒固定在上面。然后将饮料瓶放在上面重叠起来，用宽胶带固定住，再做一个圆锥形的顶，最后贴上彩纸装饰一下就完成了。

师：真是太棒了！小船当运输工具，运载火箭。材料选择得既合理又恰当。制作又精巧，创意很新颖。大家掌声鼓励。

生：这是我们组的作品。我们用两个扁平的大药品包装盒，粘接在一起做平板，旁边用两个牙膏盒和两个小药品盒子做两翼。平板上粘上一个大酒壶当作飞船。生：老师，我觉得平板底下如果加上四只轮子会更好。师：真的，太好了。如果有轮子会更好的。绘画组：

生1：这是我和我的好朋友共同完成的一幅画。它的名字叫做《神舟8号的生日聚会》。（下面一阵感叹声）神舟8号宇宙飞船升入了太空，它的好朋友都来参加它的生日聚会。这是一些各种各样的星球和飞船。这是太空人。我们画的时候，觉得这个地方太空了，就画了一个这样形状的星球。你们说，我们画得好吗？（掌声）

师：掌声就说明了一切。你们的想象力真是太丰富了。太让老师惊叹了。宇宙飞船也有生日聚会呀。太妙了！真棒！

生2：我们这幅画叫《遨游太空》。这个底稿是我起草的，颜色是我和我的同学一起涂上去的。因为今年是鼠年，所以我就画了一只老鼠形状的宇宙飞船，我希望它能带着我遨游太空。这是银河系，这是月球，这是不明飞行物UFO，还有一些小星星。师：多么美好的愿望啊！希望你遨游太空的愿望早日实现。

生3：这是我和我的好伙伴一起画的一幅画。它的名字叫做《宇宙之旅》。这是我们自己设想的一艘宇宙飞船，它带着我们飞向太空。我和我的好伙伴走出了飞船，这是我自己，这是我的好伙伴，我们一起在太空行走。师：你想当太空人吗？（该学生笑笑，然后点了点头）那现在开始，永不放弃地努力学习吧！五.总结课堂，拓展延伸

某水下航行器舱段联接结构的设计 篇7

某水下航行器采用了模块化的设计技术, 将耐压壳体按功能划分为各个独立的模块单元, 如探测识别舱、电池能源舱、导航定位舱、综合控制舱和动力推进舱等。水下航行器工作环境的复杂性和水下无人值守等的特点, 决定了水下航行器除满足功能要求和性能指标外, 还要具有较高的可靠性。耐压壳体主要用来提供水下航行器功能设备的密闭安装空间和航行所需要的正浮力, 各个模块间的联接必须要有足够的抗拉和抗弯强度以承受深水压力和涌流冲击, 此外还要有可靠的密封以满足水下航行器大深度、长航程的需要。因此, 如何选择模块之间的联接形式是保证水下航行器可靠工作的关键。

1 几种联接方案

1) 方案1:螺栓联接。螺栓联接是采用径向螺栓或轴向螺栓将两个独立的模块联接在一起。如图1所示, 在模块1的外壁上加工一系列径向或轴向孔, 在模块2的对应位置加工一系列径向或轴向螺纹孔, 螺栓穿过模块1与模块2的螺纹孔形成螺纹副, 从而将两段固联成一个整体。其联接处的密封采用O型橡胶圈来实现。

2) 方案2:螺纹联接。螺纹联接是在模块1和模块2的端部分别加工大小一致的内外螺纹, 由内、外螺纹的旋合将两段壳体联接在一起。

3) 方案3:楔环联接。楔环联接是在模块1和模块2的端部分别加工内环槽和外环槽, 内外环槽相互套合形成矩形截面的环形空腔。再将与环形空腔同尺寸的矩形环以一定的螺旋角从中间剖开, 形成两条楔形的左、右楔环, 从外壳体开槽处相向插入环形空腔中, 使其紧密贴合, 将两段壳体紧密联接在一起。

2 方案分析和选定

2.1 方案分析

足够的强度和可靠的密封是保证模块成组联接的关键因素。此外, 成本、模块化程度、拆装方便性以及对水下航行器总体性能的影响也是选择方案时不可忽视的因素。成本决定了一种方案的普及性和推广性。模块化程度主要由模块间联接的一致性来体现, 可保证模块单元组合的可靠性和水下航行器功能的稳定性。拆装的方便性直接影响到水下航行器的维修性能。此外, 联接方式尽可能避免对总体造成不利影响, 如联接部位有突起, 会破坏水下航行器的流线型外形, 从而会增大水流阻力及功耗, 这样有可能导致电池的能量不足以提供水下航行器全航程所需的能源。

1) 成本。螺栓联接形式是由螺栓穿过模块1与模块2的螺纹孔形成螺纹副, 从而将两段固联成一个整体。由于采用直接在模块上攻丝, 在与之联接的另一个模块上加工出比螺栓公称直径稍大的光孔, 对制造工艺没有特殊要求, 因而制造成本较低。螺纹联接形式采用两个模块的内、外螺纹的旋合形成螺纹副进行联接, 因而对不同模块的螺纹加工的同轴度要求较高。该壳体采用薄壳加筋、并在两端焊接联接法兰的结构形式, 要保证螺纹的同轴度精度, 就要采用时效处理、高温回火等复杂的制造工艺来消除焊接残余应力对尺寸变形的影响, 制造成本较高。楔环联接要求楔环具有良好的径向挠性和较高的强度, 对原材料要求较高。同时, 由于楔环是通过选配挂轮, 采用加工螺旋线的方法来进行成对加工, 这就要求设备必须有与楔环螺纹升角对应的直角边高度相对应的螺距, 对设备要求也较高。楔环对原材料和设备的特殊要求而直接导致制造成本过高。

2) 模块化程度。螺栓联接和楔环联接不需要相联接的两个模块作相对旋转运动, 很容易实现每个模块方向的一致性, 模块化程度较高。螺纹联接要求两个模块作相对的旋转运动, 这种运动很难或几乎不可能达到当两个模块端面贴紧时, 每个模块的方向均保持一致性, 因而模块化程度较低。

3) 拆装方便性。螺栓联接拆装时, 无需专用设备来保障, 采用通用扳手即可, 但对称紧固若干螺栓耗时较多。螺纹联接和楔环联接需要先用专用保障设备对水下航行器水下载体加固, 再用专用工具进行拆装。

4) 对总体的影响。水下航行器为保证模块间的联接强度, 一般采用多个螺栓进行联接。螺栓径向联接相对轴向联接而言, 由于壳体外表面多处存在孔穴和间隙, 会造成壳体外的流体阻力和噪声增加, 对总体影响较大。而螺栓轴向联接是用螺栓将两段壳体端面紧密贴在一起后, 再安装整流盖板, 使壳体外表面光滑, 这对总体影响较小。螺纹联接虽然外表面光顺, 但很难或几乎不可能保证每个模块方向的一致性。当电池能源舱模块偏置安装时, 占水下航行器绝大部分重量的电池能源舱模块会对水下航行器产生较大的横滚力矩, 进而影响到水下航行器的运动控制。此外, 导航定位舱模块的偏置安装也会对惯导的定位精度产生较大的影响。楔环联接的壳体外表面光顺, 结构紧凑, 联接附加质量轻, 几乎对总体不造成任何不利影响。

2.2 方案选定

该水下航行器耐压壳体上开有多个操作孔来进行电气调试和数据上传、下载工作, 并在端面上安装有水密接插件对电池进行充电, 因而模块舱段要经常拆装的可能性不大。同时考虑到原材料的采购成本和工艺制造成本直接影响到水下航行器应用的普及性和大众化程度。分析以上3种方案, 模块间的联接形式最后选定螺栓轴向联接的方式来实现。

3 方案实施

一种方案选定后, 接下来就要对其方案进行详细设计工作。采用螺栓联接方案的主要设计工作是螺栓规格、数量的确定和联接法兰的设计。经理论计算和仿真分析, 至少要24个M16的螺栓将两个模块进行联接才能保证其联接处的抗压和抗弯强度。鉴于法兰用5A06防锈铝材料制造, 采用在法兰上内嵌钢丝螺套来提高螺栓联接的强度和刚度, 并在与之相联的法兰上加工有螺栓过孔。考虑到螺栓数量较多, 为保证每个螺栓均能与螺孔对准装配, 孔与螺栓之间设计有较大的间隙, 并用定位销来保证重复装配的一致性。两段壳体采用O型橡胶圈进行密封, 为保证密封的可靠性, 采用了径向密封与角向密封相结合的形式。加工有螺栓过孔的法兰结构如图2所示。在法兰上加工有8个均布的凹槽以便于安装螺栓, 并加工有标准的径向密封圈沟槽。两段进行联接装配时, 先将两个O型橡胶圈分别在法兰上的沟槽内和端面上装好并抹上适量的润滑脂;再将螺栓从凹槽内依次放入并穿过端面上预制的螺栓过孔, 将螺栓对称旋紧;然后用合适的填块如浮力材料将凹槽填满;最后安装整流盖板, 使壳体外表面光滑。此外, 为便于分段, 在法兰上加工有起盖螺孔。

4 结语

《浩瀚宇宙》教学设计 篇8

科学探究

1、能用查阅资料的方法来认识浩瀚的宇宙。

2、培养、发展学生的空间想象力。

情感、态度与价值观

意识到人类对太空的认识随技术的进步而深化和拓展。

科学知识

1、知道太阳系、银河系及宇宙的关系。

2、了解人类对宇宙的探索历史，知道一些重要的探测宇宙的工具。

教学准备

有关银河系、河外星系、探测宇宙的工具等各种影像资料。

一、教学导入

板书课题，提出问题：为什么用浩瀚来形容宇宙？（很大）让我们一同去了解到现今人们所认识的宇宙吧！

二、阅读讲解银河系

1、学生读图文。

2、分析：银河系的形状；太阳系与银河系的关系；

我们还要让学生知道构成银河系的每一颗恒星就是一个“太阳”，而且其中有很多比我们所说的太阳还要大。用比喻让学生理解银河系的大小。

3、认识天文学中使用的距离单位：光年。

组织学生计算：光在真空中的速度大约为30万千米每秒，照这样计算，1光年大约为30万×60秒×60分×24小时×365天＝94608亿千米。

三、阅读讲解河外星系

1、指导学生认识大麦哲伦星云与仙女大星系，明白它们是和银河系一样大小的恒星系，是距离银河系最近的两个河外星系，大麦哲伦星云只在南半球才能看得到。

2、阅读了解银河系外还有无数的河外星系，每一个河外星系都是由上千亿颗恒星构成的。

3、认识总星系：是现在人类已观测到的宇宙部分。即总星系是银河系和河星系的总称；总星系只是宇宙的一部分，让学生理解课前提到的问题：为什么用浩瀚来形容宇宙？

四、绘制天体系统层次示意图

1、说一说自己知道的天体系统有哪些，它们的关系怎样？

2、画出表示已知天体层次关系的示意图

3、学生展示、解说自己画的示意图，并听取同学的意见，展开评价。

五、阅读漫漫探索路

1、学生阅读图文，了解相关探究过程。

8、《探索宇宙》教学设计 篇9

教学目标 过程与方法

能够收集人类探索太空的资料

能够收集有关了解并搜集人类的航天灾难故事。知识与技能

了解人类对宇宙的探索历史 知道一些重要的探测宇宙的工具 了解人类历史上发生的主要航天灾难。

了解我国的航天史，知道中国正在进行的航天事业——嫦娥计划。情感、态度与价值观

体会到人类探索太空的自豪感。

体会到科学家和宇航员在宇宙探索中前赴后继的献身精神。从中国宇航事业的发展中体会到一种民族的自豪感和民族的尊严。教学准备：

课前学生收集有关宇宙和探索宇宙的资料。教学过程：

一、图片导入，激发兴趣，引出课题

利用多媒体出示图片谈话：在我们生活着的地球之外，是一个广阔无边、无始无终的世界，被称为“宇宙”。宇宙里的许多奥秘在等着我们去探索，今天我们就来了解一些宇宙的知识，进行“探索宇宙”的活动。(板书课题)

【设计意图】“良好的开端是成功的一半”，课始以几幅星空的图片导入，旨在引出主题，激发学生探究的欲望。

二、了解人类观测太空的历史和观测工具的发展

1、学生交流有关望远镜的资料。

2、教师补充介绍：展示图片。

【设计意图】通过展示一些望远镜的图片，来介绍望远镜的发明和发展，使学生感受到科技的不断进步和学习科学家不懈努力的科学精神。另外，还补充介绍了一些新型望远镜及其观测到的图片，旨在拓展学生的视野，也激发了学生的兴趣。

三、了解运载火箭

1、图片：火箭发展的历史

2、图片：我国火箭发展史

3、动画：火箭的工作原理

【设计意图】通过展示一些火箭的图片，帮助学生了解火箭的发明和发展史以及我国火箭的发展，增强了学生的爱国感情。通过动画，将火箭脱离地球引力的原理，直观形象地展示出来，能帮助学生加深理解。

四、了解各种航天器

1、交流课前收集的有关航天器的资料

2、教师补充介绍，展示图片：

卫星

行星探测器

国际空间站

航天飞机

宇宙飞船

太空探测器

【设计意图】通过展示各种航天器的图片，来介绍航天器的发明和发展，让学生明白航天器的特点和功能，认识到航天器的必要性和价值所在。

五、了解探索太空的英雄

1、学生交流认识的航天英雄

2、图片：

第一位进入太空的宇航员

第一位登上月球的宇航员

我国的宇航员

3、图片、视频：哥伦比亚号航天飞机失事及牺牲的航天员 【设计意图】借助图片、视频向学生传递航天事业的艰辛和风险，更向学生传递着一种信念，一种生命不息，探究不止的信念。

六、拓展延伸

1、视频：嫦娥计划——嫦娥一号