广东省揭阳市高中物理 第六章 万有引力与航天（课件+教案）（打包12套）新人教版必修2.zip

16.2 太阳与行星间的引力教学目标1、知识与技能（1）理解太阳与行星间引力的存在；（2）能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式；2、过程与方法（1）通过推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在物理学中的重要性；（2）体会推导过程中的数量关系。3、情感、态度与价值观：感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘。重点难点教学重、难点1．行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源、方向、表达式2．运用牛顿运动定律解决动力学问题教具准备多媒体课时安排1教学过程与教学内容教学方法、教学手段与学法、学情一、导入新课教师活动：1.上一节从运动学的角度描述了行星运动的规律：提问开普勒三定律的内容。2．开普勒在 1609 和 1619 年发表了行星运动的三个定律，解决了描述行星运动的问题，但好奇的人们，面向天穹，深情地叩问：是什么力量支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？二、进行新课1．从动力学的角度来看，行星为什么会做这样的运动？（1）设置情境：教师活动：用线拉小球作为道具,进一步体验曲线运动的受力要求同学回答：线的拉力提供向心力。（2）提供地球绕太阳运动的情景,假设未知数教师提示：从地上到宇宙，要改变任何物体的运动速度（包括改变速度的知识的回顾有助于新知识的形成，构造新2方向）都需要力，使行星烟圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力应该是来自于太阳的引力。(3) 引导看书：伽俐略、胡克、哈雷等科学家研究太阳对行星引力所做出的贡献2．行星受到的引力究竟跟哪些因素有关？（1）教师布置：结合第一个模型，若已知圆周运动周期为 T， 定量推导拉力的大小。（2）讨论得出：向心力的来源 F 向 =F从运动的角度 rTmF24明确表达式中各物理量的含义：既然是由引力提供向心力，那么引力就与 m、 r、 T 都有关系（3）方法指导：课本 36 页“问题与练习”第一题关键是指导学生认识向心力（大小和方向）表示的两个常用途径，（4）对象过渡：行星在椭圆轨道上运动是否需要力？这个力是什么力提供的？这个力是多大？太阳对行星的引力，大小跟太阳与行星间的距离有什么关系吗？（5）结合学生的回答，联系天体的运行，课本 36 页“问题与练习”第二题，推导得到 2π4=rmKF（6）师生总结：由上式可得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比。即：F∝ 2rm教师提示： 2π4=rKF中比值 k 是一个与行星无关的恒量．那么究竟与太阳有没有关系，什么关系呢？3．太阳受到的引力（1）学生讨论：太阳受行星的引力作用吗? 为什么？猜想这个力与哪些因素有关？（2）教师小结：受到。根据牛顿第三定律两个引力的大小相等 2π4=rmKF的知识体系。通过生动优美的语言、丰富多彩的图片、新3从另外一个角度看也应该跟太阳的质量 M 成正比。教师设疑：这一点怎样从表达式中体现呢？（3）学生讨论：教师小结：开普勒定律中的常数与中心天体有关，所以引力的表达式就进一步的可表示成： F 向 ∝Mm/r 2，比例系数是一个固定的常数。F 引 ＝ 2rMmG三、典型例题１．月球与地球之间的引力规律与太阳和行星之间的引力规律相同。若已知月球的周期为 T，月球的质量为 m，月球离地的高度为 h，地球半径为R，则月球受到地球的引力大小为 F＝_________；地球受月球的引力大小为 F′＝_________引导：1．从哪个角度表示，运动学还是动力学角度2．注意高度、星球半径、轨道半径的区别3．牛顿第三定律的应用答案： )(42hRTm )(42hRT2．地球对太阳的引力为 F，他们之间的距离为 r.如果地球与太阳的距离变为 4r 且仍能绕太阳公转，那么太阳对地球的引力 F′是 F 的几倍？那时地球上的一年（绕太阳公转一周的时间）相当于现在的几年？（设轨道近似为圆形）提示：表达式的正确选用答案： 16)4(2RF得 F 由 232T， T＝1 年，得 T′＝8 年四、课堂小结从天体运动运动的角度结合牛顿第三定律，推导出引力大小的关系。当然推导过程中始终在已有的观测结果和理论引导下进行推测和分析，引奇有趣的动画演示及多次的角色转化，努力营造一个民主、和谐、宽松的教学情境，以唤起学生情感的共鸣，让他们在轻松愉快的氛围中掌握新知。4力表达式中的常量是多少，我们将在下一节中探究. 板书五、板书设计5.2 太阳和行星间的引力问题： 结论：太阳对行星的引力 与行星的质量 m 成正比，与太阳与行星间的距离的二次方成反比，即 F∝m/r 2行星对太阳的引力 与太阳的质量 M 成正比，与行星到太阳的距离 r 的二次方成反比，即 F’∝M/r 2太阳与行星间的引力 太阳与行星间的引力与太阳的质量，行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比，即 F∝Mm/r 2 写成等式：F=GMm/r 2 (1)G 是比例系数，与行星与太阳均无关(2)太阳与行星间的引力规律，也适用于地球和卫星间的引力(3)该引力规律普遍适用于任何有质量的物体。教学反思做位一个物理老师应该积极为学生构造有利于学习的物理情景，多媒体是一个相当有益的工具。在具体形象情境中，感受并认识平抛运动，并能进行实际运算。根据这一要求我做了深入地教材分析及学生分析，教学过程学生表现积极，乐于吸收新知识。16.3 万有引力定律教学目标（1）了解万有引力发现的思路和过程，知道地球上的重物下落与天体运动的统一性；（2）知道万有引力是一种存在于所有物体之间的吸引力，知道万有引力定律的适用范围；（3）会用万有引力定律解决简单的引力计算问题，知道万有引力定律公式中 r 的物理意义，了解引力常量 G 的测定在科学历史上的重大意义；（4）了解万有引力定律发现的意义，体会在科学规律发现过程中猜想与求证的重要性。重点难点教学重点：万有引力推导的过程；万有引力公式的体会及应用；引力常量的有关知识。教学难点：万有引力推导的过程；万有引力公式的体会及应用教具准备电子秤；自制轨道；小球；纸箱；数码相机；三角架；多媒体课时安排1教学过程与教学内容教学方法、教学手段与学法、学情【新课引入】通过上节课的学习我们了解到：行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力是由太阳与行星间的引力提供的，引力大小为 2rMmGF，与两星体质量的乘积成正比，与两星体距离的平方成反比。牛顿接着又思考：月球绕地球做匀速圆周运动的向心力是不是类似地由地球与月球间的引力提供？地球和月球间的引力与太阳和行星的引力会不会是同一性质的力，遵循同一规律 2rmGF呢？正当牛顿在思考这个问题时，苹果偶然落地引起了他的遐想。苹果之所以会落回地面是因为地球对苹果的吸引力，还有即使把苹果放到最高的建筑物或最高的山顶上，苹果的重力也不会明显地减弱，说明地球对苹果的吸引力必定延伸到远得多的地方。那如果把苹果放到月球所在的位置，2它们应该还会受到地球给它的重力。按这样的说法，月球肯定会受到地球给它的重力的，那我先前思考的地球对月球的引力就应该就是月球受到的重力，月球绕地球做圆周运动的向心力就是由月球受到的的重力提供的。于是牛顿作了一个大胆的猜想：地球对苹果的力、地球对月球的力及太阳对行星的力可能是同一种性质的力，它们可能遵循相同的规律。【新课教学】（猜想与验证）由于当时已经能够精确测定地球表面的重力加速度 g=9.8m/s2，也能比较精确地测定月球与地球的距离为 60 倍地球半径，r=3.8*10 8m；月球公转的周期为 27.3 天。所以牛顿就想到了月地检验。如果你是牛顿，你如何利用这些已知量对你的猜想进行验证呢？（分析）如果它们是同一种性质的力，满足同一规律则对于苹果必有 gRMGmg万万22对于地球对月球的引力即向心力 360)(2gmF万，则向心加速度为 3/107.236sgma而根据实验观测数据 T=27.3 天，r=3.8*10 8m，用公式232/107.4srTa【实验结论】：实验表明，地面物体所受地球的引力，月球所受地球的引力，以及太阳与行星间的引力，真的遵循的规律 2rMGF三、万有引力在月地检验后，牛顿作了更大胆的设想：是否任意两个物体之间都存在这样的引力？很可能是一般物体的质量比天体质量小得多，它们之间的引力我们不易觉察罢了。于是牛顿将结论大胆推广到宇宙中的一切物体：自然界中任何两个物体之间都相互吸引，引力大小与 m1m2乘积成正比，与学生思考3r2成反比，即 2rMmGF。尽管这个推广是什么自然的，但仍要接受事实的直接或间接的检验。本章后面的讨论表明，由此得出的结论与事实相符，于是它成为科学史上最伟大的定律之一——万有引力定律。它于 1687 年发表在牛顿的传世之作《自然哲学的数学原理》中。万有引力定律清楚地向人们揭示，复杂运动的后面隐藏着简洁的科学规律，它明确地向人们宣告，天上和地上的物体都遵循着完全相同的科学法则。万有引力定律的发现有着重要的物理意义：它对物理学、天文学的发展具有深远的影响；它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一起来；对科学文化发展起到了积极的推动作用，解放了人们的思想，给人们探索自然的奥秘建立了极大信心，人们有能力理解天地间的各种事物。注意：（1）此公式适用于可视为质点的两物体间的引力的计算。 （1）如果两物体间的距离远远大于物体本身大小，则两物体看作质点; (2)对于均匀球体，可视为质量集中于球心。（2）对于不能视为质点的物体，可以将物体无限分割成无数个点。（3）太阳对地球的吸引力与地球对太阳的吸引力哪个大？例 1、由公式 2rMmGF可知，当两物体距离趋向于 0 时,两物体之间的引力趋于无穷大。这种观点对吗？【解析】：当两物体间距离趋于 0 时，公式 2rMmGF已不适用。例 2、离地面某一高度 h 处的重力加速度是地球表面重力加速度的二分之一，则高度 h 是地球半径的 倍。【解析】：地球表面上物体所受重力约等于地球对物体的引力，则有 2RMmGg，式中 G 为引力常量， M 为地球质量， m 为物体质量， R为轨道半径。4离地面高度为 h 处，2h)(RMmGg由题意知 21，两式相消解得 R)1(例 3、设地球的质量为 M，地球半径为 ，月球绕地球运转的轨道半径为r，试证在地球引力的作用下：（1）地面上物体的重力加速度 2RGg；（2）月球绕地球运转的加速度 2ra。【解析】：（1）利用在地球表面重力等于万有引力，即 2RMmGg，2RGMg（2）利用万有引力提供向心力，即marMG2， 2r答案： 2Rg， 2a例 4、证明太阳系中各行星绕太阳公转周期的平方，与公转轨道半径的三次方的比值是与太阳质量有关的恒量。证明：设太阳质量为 M，某行星质量为 m，行星绕太阳公转周期为 T，半径为 R。轨道近似看作圆，万有引力提供行星公转的向心力 22mG而 T， ∴234G]例 5、地球半径为 R,地面附近的重力加速度为 0g,试求在地面高度为 R处的重力加速度。5【解析】：在地球表面附近，重力近似等于万有引力，即 20RMmGg，∴ 20g当距地面 处时，万有引力提供向心力， gmRMG2，∴24Rg∴ 01g四、引力常量牛顿得出了万有引力定律，但他却无法用这个公式来计算天体间的引力，因为他不知道引力常量 G 的值。直到一百多年后英国物理学家卡文迪许通过实验比较准确地测出了 G 值。根据公式 2rMmF可推出公式单位为 2/kgmN。【单位】： /kgN卡文迪许扭秤实验（1）仪器：卡文迪许扭秤（2）原理：如图 固定两个小球的 T 形架，可以使○ 1 m， '之 间微小的万有引力产生较大的力矩，使石英丝产生一定角度的偏转,这是一次放大。让光线射到平面镜 M 上，在 M 偏转○ 2 角后，反射光线偏转 2角。反射光点在刻度尺上移动的弧长Rs，增大 ，可增大 S，又一次“放大”效应。测出 S，根据石英丝扭转力矩跟扭转角度的 关系算出这时的扭转力○ 3矩，进而求得万有引力 F。mmm′m’ MRθθθθSr6观看动画：扭秤；卡文迪许实验；桌面微小形变【牢记】：通常取 G=6.67*10-11N*m2/kg2卡文迪许测出 G 值的意义：1. 证明了万有引力的存在。2. 使得万有引力定律有了实用价值。例 6、要使两物体间的万有引力减小到原来的 1/4，下列办法不可采用的是（D ）A.使两物体的质量各减小一半，距离不变B.使其中一个物体的质量减小到原来的 1/4，距离不变C.使两物体间的距离增为原来的 2 倍，质量不变D.使两物体间的距离和质量都减为原来的 1/4例 7、半径为 R,质量为 M 的均匀球体,在其内部挖去一个半径为 R/2 的小球,在距离大球圆心为 L 处有一个质量为为 m 的小球,求此两个球体之间的万有引力.【解析】：化不规则为规则——先补后割（或先割后补）,等效处理在没有挖去前，大球对 m 的万有引力为 2LMmGF，该力等效于挖去的直径为 R 的小球对 m 的力和剩余不规则部分对 m 的力这两个力的合力。则设不规则部分对 m 的引力为 x，有 2233)()(4LMGRLMGFx 7【问题】：为什么我们感觉不到旁边同学的引力呢？【解析】：下面我们粗略地来计算一下两个质量为 50kg，相距 0.5m 的人之间的引力 F=GMm/R2=6.67×10-7N【答案】:那么太阳与地球之间的万有引力又是多大？【解析】：已知：太阳的质量为 M=2.0×1030kg，地球质量为m=5.9×1024kg，日地之间的距离为 R=1.5×1011m F=GMm/R2=3.5×1023N五、万有引力与重力：一、理论： 万Fmg：在赤道，向心力最大，重力最小；在两极，无向心力，重力最大；纬度越高，重力越大，g 越大。二、计算中：因为物体自转向心加速度很小，与重力加速度相比可以忽略，即使是在赤道，向心加速度也只有 0.034m/s2，而重力加速度为 9.8m/s2。22rGMgrmg，离地越高，g 越小。【牢记】：实际计算中忽略地球自转影响，近似认为物体受到的重力就是地球对物体的万有引力。[课堂练习]8板书6.3 万有引力定律1、万有引力：宇宙间任何有质量的物体之间的相互作用2、万有引力定律：宇宙间的一切物体都是相互吸引的．两个物体间的引力大小，跟他们之间质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比．，式中所涉其它各量必须取国际单位制．教学反思不足的地方：由于学生时间和获取信息途经的不足，在物理学史方面原本考虑由学生来通过查资料的方式来学习，并在课堂上汇总和交流。但学生学习任务较为紧张，而且学生获取信息能力不足 。再教时应争取获得足够的教学时间，由学生来自主学习和经历物理发现的过程，即由学生自行查资料或是通过网络获得相应知识。保证足够的时间来由学生汇报和相互探讨，从而使学生能更好的体会知识的创生，更好的体会物理研究的方法。并在相互的讨论中互相促进，互相学习。2rMmGF16.4 万有引力理论的成就(1)教学目标（一）知识与技能1、了解万有引力定律在天文学上的重要应用。2、行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量。3、理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。（二）过程与方法1、培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。（三）情感、态度与价值观1、体会万有引力定律在人类认识自然界奥秘中的巨大作用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。重点难点重点：万有引力定律和圆周运动知识在天体运动中的应用难点：用已知条件求中心天体的质量教具准备多媒体课时安排1 课时教学过程与教学内容教学方法、教学手段与学法、学情引入：天体之间的作用力主要是万有引力，万有引力常量一经测出，使万有引力定律有了其实际的意义一、测量天体的质量1、称量地球质量物体 m 在纬度为 θ 的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：m 随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力 。通常情况下，只有赤道和两极的重力才严格指向地心。但因为地球自转的并不快，所以向心力是一个很小的值。在运算要求不是很准确的条件下，我们可以粗略的让万有引力等于重力。即：向心力远小于重力，万有引力大小近似等于重力。 例：设地面附近的重力加速度 g=9.8m/ 2s，地球半径 R =6.4×106m，引导学生认识重力和万有引力的关系2引力常量 21/067.kgmNG，试估算地球的质量。解： 2RMmg24126007.)4(89kg【总结】：已知某一行星表面物体自由下落的加速度及行星的半径，可以计算行星的质量，黄金代换公式----- GgRM2。2、 利用行星估算中心天体的质量例： 为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量 M。已知地球半径 mR6104.，地球质量 kg24106，日地中心距离r5，地球表面处的重力加速度 2/sm，1 年约为s72.3，试估算目前太阳的质量 M（保留一位有效数字，引力常量未知）分析：根据太阳对地球的引力提供地球绕太阳做圆周运动的向心力列出相关方程，再根据地球表面重力等于万有引力列出方程联立求解。解答：设 T 为地球绕太阳运动的周期，则由万有引力定律和动力学知识得 rmrMG224对地球表面物体 /又有 2//RmGg两式联立得 234Tr代入数据得 kgM301【总结】：计算天体质量的思路方法：将天体的运动近似看成匀速圆周运动，其所需的向心力都来自于万有引力，然后结合向心力公式，根据题中所给的出的条件，选择适当的形式进行分析和求解。引导学生思考计算积极应用已学知识解决问题充分调动学生的自主学习性，激发学生对科学的热爱323324GTrM（行星轨道半径 r，公转周期 T）3、计算天体质量1、地球表面，不考虑（忽略）地球自转的影响，物体的重力近似等于重力地球质量： GgR22、建立模型求中心天体质量围绕天体做圆周运动的向心力为中心天体对围绕天体的万有引力，通过围绕天体的运动半径和周期求中心天体的质量。 rTmrrMG222中心天体质量 ： 234G二、发现未知天体人们在长期的观察中发现天王星的实际运动轨道与应用万有引力定律计算出的轨道总存在一定的偏差，所以怀疑在天王星周围还可能存在有行星，然后应用万有引力定律，结合对天王星的观测资料，便计算出了另一颗行星---海王星的轨道，进而在计算的位置观察新的行星。天王星的发现，海王星和冥王星的发现，以及对哈雷彗星回归的语言显示了万有引力定律对研究天体运动的重要意义，同时证明了万有引力定律的正确性。总结方法板书6.4 万有引力理论的成1、称量地球质量2、计算天体的质量：计算太阳的质量4.发现未知天体教学反思在课堂上，学生在问题的引领下自主学习课本内容，按照“称量地球的质量 ”太阳的质量 ”这条思路，总结出求天体质量的两种方法，然后自己解决例题，由具体条件来寻找解决问题的正确方法，在学生体会的基4础上的针对存在的一些问题来进行重点强调讲解，以引起学生的足够重视。16.4 万有引力理论的成就(2)教学目标（一）知识与技能1、在不同情况下万有引力的计算2、会用万有引力定律解决实际问题。3、运用万有引力定律处理天体问题。重点难点重点：万有引力定律和圆周运动知识在天体运动中的应用难点：用万有引力定律解决实际问题教具准备多媒体课时安排1 课时教学过程与教学内容教学方法、教学手段与学法、学情万有引力定律揭示了自然界中物体间普遍存在的一种基本相互作用规律和行星运动的本质原因，并且把地上的运动和天上的运动统一起来。万有引力定律的具体应用有：发现新的天体，测天体质量，计算天体密度，研究天体的运动规律等，同时也是现代空间技术的理论基础。这一部分内容公式变化多，各种关系复杂，是高考的热点，也是学习的难点。在复习过程中，要深刻理解万有引力定律的内容和应用，重点是要弄清以下几个问题。（一）不同公式和问题中的 r含义不同：[例 1] 如图 1 所示，两个靠得很近的恒星称为双星，这两颗星必须各以一定速度绕某一中心转动才不至于因万有引力而吸引在一起，已知双星的质量分别为 1m和 2，相距为 l，万有引力常量为 G，求：（1）双星转动的中心位置；（2）转动周期。 12rO图 1【解析】：提出万有引力定律在运用上的难度，激发学生学习兴趣不同问题的总结加强学生认识2（1）设双星转动的中心位置 O 距离 1m为 r，与两恒星中心的距离 l不同 221)(rlrmF向引解得 l21（2）在求第二问时更应注意距离和半径的区别，对恒星 1m，由2121)(TrmlG得转动周期为 )(213mGl（二）自转周期和公转周期的区别：自转周期是天体绕自身某轴线转动一周的时间，公转周期是卫星绕某一中心做圆周运动一周的时间。这两个周期一般情况下并不相等，如地球自转周期为 24 小时，公转周期为 365 天。但也有特殊情况，如月球的自转周期等于公转周期，所以它总是以相同的一面朝向地球。[例 3] 已知光从太阳射到地球需时间 t，地球同步卫星的高度为 h，地球的公转周期为 T，自转周期为 。地球半径为 R。试推导太阳和地球的质量的表达式。【解析】：设太阳质量为 M1，地球质量为 M2，地球同步卫星质量为 m，则地球绕太阳做圆周运动，设轨道半径为 r，则rTrGM221)(，而 ct（ 为光速）所以 23231(4Gt地球同步卫星绕地球做圆周运动，则 )()(22hRTmhRGM引导学生思考3所以 232)(4TGhRM（三）卫星运行中受力和轨道问题：人造卫星在绕地球运行时，只考虑地球对卫星的万有引力，不考虑其他天体（如太阳、火星等）对它的万有引力。人造卫星绕地球运行时的轨道圆心必须与地心重合，而且卫星在轨道上做圆周运动时地球对卫星的万有引力刚好等于卫星的向心力。[例 7] 可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道（ ）A. 与地球表面上某一纬度（非赤道）是共面同心圆B. 与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C. 与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D. 与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是运动的【解析】：人造地球卫星做圆周运动的向心力是由地球对卫星的万有引力来提供，这个引力的方向是指向地心的，所以卫星运动的圆周的圆心一定要在地心上，因此其圆轨道与地球表面上某一纬度（非赤道）是共面同心圆是不可能的，故 A 选项错误，D 选项正确；由于地球表面的经度是随着地球的自转而运动的，而卫星的运动轨道是固定的，所以 B 选项也是错误的；C 选项描述的是地球同步卫星，轨道半径是确定值，相对地球是静止的，故本题正确的答案是 CD。【点评】：在天体运行中，无论是近地卫星还是同步卫星，做圆周运动的向心力都是由地球对它的万有引力来提供的，这一点必须明确。（四）同步卫星和一般卫星的区别：任何一颗地球卫星的轨道平面都必须通过地心，由万有引力提供向心力，其高度、速度、周期一一对应。地球同步卫星相对于地面静止，和地球自转具有相同的周期，为 24 小时。它只能位于赤道上方 km4106.3处，线速度为 skm/08.3。一般卫星的轨道是任意的，周期、线速度可以比同步卫星的大，也可4比同步卫星的小，线速度最大值为 skmv/9.7，最小周期大约84min（近地卫星） 。[例 4] 同步卫星离地心距离为 r，运行速度为 1，加速度为 1a，地球赤道上的物体随地球自转的向心加速度为 2a，第一宇宙速度为 2v，地球半径为R，则（ ） A. ra21 B. 21rRa C. 21rRv D. rRv21【解析】：同步卫星和赤道上的物体的角速度相等，据 a知Rra21；第一宇宙速度是卫星贴近地面绕行时的速度，即近地卫星的速度，近地卫星和同步卫星都满足 rGMv，所以 rRv21。本题答案为A、D。本例涉及三个物体：同步卫星、近地卫星、地球赤道上的物体。同步卫星与地球赤道上的物体的周期都等于地球自转的周期，而不等于近地卫星的周期；近地卫星与地球赤道上的物体的运动半径都等于地球半径，而不等于同步卫星的运动半径；三者的线速度各不相同。板书1. 万有引力定律的内容和公式宇宙间的一切物体都是相互吸引的，两个物体间的引力的大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比。公式： 21rmGF，其中 G＝6.67×10 －11 N.m2/kg2，叫万有引力常量。适用条件：公式适用于质点间的相互作用。当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，物体可视为质点。均匀球体可视为质点，r是两球心间的距离。教学反思运用万有引力理论来解决实际问题，在解题过程中有多变的特性，所以，能否掌握分析这种类型的问题的主要思想至关重要。本节课通过不同类5型的问题分析，让学生在这个过程中掌握分析这些问题的主要思想，从而应用到实际中解决问题。1宇宙航行教学目标1、知识与技能（1）了解人造卫星的有关知识；（2）知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。2、过程与方法：通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。3、情感、态度与价值观（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）感知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。重点难点教学重点：第一宇宙速度的推导。教学难点：运行速率与轨道半径之间的关。教具准备 挂图、多媒体课件课时安排 1教学过程与教学内容 教学方法、教学手段 与学法、学情（一）引入新课1957 年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的新纪元。我国在 70 年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，99 年发射了“神舟”号试验飞船。这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。（二）进行新课1、牛顿的设想（1）牛顿对人造卫星原理的描绘。设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。（2）人造卫星绕地球运行的动力学原因。人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。（3）人造卫星的运行速度。设地球质量为 M，卫星质量为 m，轨道半径为 r，由于万有引力提供向心力，则22vGr，∴ v，可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？教师只有在教学过程中想方设法地为学生创造一个具体、生动、形象的情境，并通过适当的方式把学生完全带入这个情境，才能使学生在具体的情境的启发下有效地进行学习。23vGMr， 32rTGM可见：高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长。引入：高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度。2、宇宙速度（1）第一宇宙速度推导：问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为 6370km。分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力：22MmVGR得： GMvR又∵ 2mgGR ∴skgr/9.7结论：如果发射速度小于 7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于 7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于 7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。（2）第二宇宙速度：大小 21./vkms。意义：使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。注意：发射速度大于 7.9km/s，而小于 11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于 11.2km/s 时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。（3）第三宇宙速度：大小： 316.7/vkms。意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。注意：发射速度大于 11.2km/s，而小于 16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于 16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。3、人造卫星的发射速度与运行速度（1）发射速度：发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。（2）运行速度：运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径通过生动优美的语言、丰富多彩的图片、新奇有趣的动画演示及多次的角色转化，努力营造一个民主、和谐、宽松的教学情境，以唤起学生情感的共鸣，让他们在轻松愉快的氛围中接受新知。3大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。（3）同步卫星所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高 h 处，并且 h 是一定的。同步卫星也叫通讯卫星。由 )(2)(RTmhRMG得：h= RGMT324 （T 为地球自转周期，M、R 分别为地球的质量，半径） 。代入数值得 h= m7106.。例题分析例题 1：有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比 r1：r 2＝4：1，求：（1）这颗卫星的线速度之比；（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比？解：（1）由22mvGr得 GMr，所以 12:v（2）由 22M得 3，所以 12:8（3）由 T得 12:8（4）由 2mGar得 :16例题 2：地球半径为 6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为 7.9×103m/s，则周期为多大？估算地球的平均密度。解：（1） 50874.inRTsv；（2）由22MmG，得； 3235.410/MkgmGTR思考：能否发射一颗周期为 80min 的人造地球卫星？梦想成真师：探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，那么梦想成真了吗？请同学们阅读教材“梦想成真”部分。生：1957 年 10 月 4 日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。1961 年 4 月 12 日，苏联空军少校加加林进入了“东方一号”载人飞船，火箭点火起飞绕地球飞行一圈，历时 108min，然后重返大气层，安全降落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑。1969 年 7 月 16 日 9 时 32 分， “阿波罗 11 号”成功登临月球，蛾人航天技术迅速发展。1992 年，中国载人航天工程正式启动，2003 年 10 月 15 日 9 时，我国经典例题，百讲不厌。不断强调已形成的条件反射。变被动为主动，提高学习的效果。提高民族自豪感4“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空，飞船绕地球飞行 14 圈后，于 10 月 16 日 6 时 23 分安全降落在内蒙古主着陆场。这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础。伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程” ，开始了宇宙探索的新征程。板书第五节 宇宙航行1、宇宙速度7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度。2、人造地球卫星 )(2)(hRTmhRMG3、同步卫星：定点在赤道上空，周期 T、高度 h、线速度 v 一定。T=24h h=36000km v=3.1km/s4、梦想成真（1）世界的成就（2）中国的成就教学反思做位一个物理老师应该积极为学生构造有利于学习的物理情景，多媒体是一个相当有益的工具。在具体形象情境中，感受并认识宇宙航行，并能进行实际运算。根据这一要求我做了深入地教材分析及学生分析，教学过程学生表现积极，乐于吸收新知识。1宇宙航行教学目标1、知识与技能（1）复习巩固已学知识，运用卫星的绕行速度、角速度、周期与半径 r的关系分析解决问题； （2）运用已学知识，探究地球同步卫星的运行特点和轨道特点；2、过程与方法：通过用万有引力定律计算星体运动，提高解题能力3、情感、态度与价值观（1）习题中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）习题中感知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。重点难点教学重点：第一宇宙速度的类型题知识拓展。教学难点：运行速率，周期，角速度与轨道半径之间的关。教具准备 挂图、多媒体课件课时安排 1教学过程与教学内容 教学方法、教学手段 与学法、学情【预习探究】1.知识点复习：卫星的绕行速度、角速度、周期与半径 r的关系由 rmvGM22， 得 V= ； 故 越大， v越 ；由 rr22， 得 ω= ； 故 r越大， 越 ；由 rTmrGM224，得 T= ； 故 r越大，T 越 ；由 向ar2， 得 向= ； 故 r越大， 向a越 ；2.卫星运行中的受力和轨道问题人造卫星在绕地球运行时，只考虑地球对卫星的万有引力，故卫星在轨道上做圆周运动时地球对卫星的万有引力 卫星的向心力。所经典习题的练习及讲解，进行共性分析、归纳分类，达到鉴别结论的教育目的，同时还能进行理论联系实际的教育。2以人造卫星绕地球运行时的轨道圆心必须与地心 。3.什么叫同步卫星？请通过查阅互联网资料，谈谈你对同步卫星的认识。【合作探究】依据上节课所学有关人造卫星的内容，观看有关地球同步卫星的视频，小组合作探究以下四个问题：1. 请大致描述地球同步卫星绕地球运行时的轨迹？2. 如何理解地球同步卫星中“同步”的含义？地球同步卫星绕地球运行时的周期有何特点？周期是多少？角速度有何特点？3. 结合公式 T= ，请指出地球同步卫星绕地球运行的轨道半径有何特点？4. 设地球质量为 M，半径为 R，自转周期为 T，引力常量为 G，请推导出同步卫星围绕地球做匀速圆周运动时距离地面的高度 h。 （提示：地球对同步卫星的万有引力提供同步卫星作匀速圆周运动的向心力）图35. 已知地球质量约为 6×1024kg，半径约为 6.4×106m,自转周期为 1 天，引力常量 G=6.67×10-11Nm2/kg2,请结合第 4 题的结论，计算出 h 的具体数值。6. 请小组讨论，进一步探究地球同步卫星绕地球运行的线速度、向心加速度有何特点？【课堂小结】1. 相对地面静止的卫星称为地球同步卫星，又称同步通讯卫星。2. 地球同步卫星的周期为地球自转的周期，即 24T小时。3. 地球同步卫星的轨道一定在赤道平面内，高度 h一定，32GMTR。4. 地球同步卫星都位于同一轨道的不同位置上，但它们都具有相同大小的角速度、线速度和向心加速度。【训练案】1.火星有两颗卫星，分别为火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆，已知火卫一的周期为 7 小时 39 分，火卫二的周期为 30 小时 18 分，则两颗卫星（ ）A. 火卫一距火星表面较近B. 火卫二的角速度较大C. 火卫一的运动速度较大D. 火卫二的向心加速度较大2.可以发射一颗这样的人造地球卫星，使其圆轨道（ ）经典例题，百讲不厌。不断强调已形成的条件反射。变被动为主动，提高学习的效果。4A. 与地球表面上某一纬度（非赤道）是共面同心圆B. 与地球表面上某一经度线所决定的圆是共面同心圆C. 与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是静止的D. 与地球表面上的赤道线是共面同心圆，且卫星相对地球表面是运动的3.下列关于地球同步卫星的说法中正确的是（ ）A．为避免地球同步卫星在轨道上相撞，应使它们运行在不同的轨道上B．地球同步卫星定点在地球赤道上空某处，所有地球同步卫星的周期都是24hC．不同国家发射地球同步卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面上D．不同地球同步卫星运行的线速度大小是相同的，加速度的大小也是相同的。4.用 m表示地球同步卫星的质量， h表示它离地面的高度， 0R表示地球的半径， 0g表示地球表面处的重力加速度， 0表示地球自转角速度，则地球同步卫星所受的地球对它的万有引力的大小为（ ）A．等于零 B.等于 20)(hRgmC．等于 3402gRm D.以上结果都不对板书第五节 宇宙航行1、宇宙速度7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度。2、人造地球卫星 )(2)(hRTmhRMG3、同步卫星：定点在赤道上空，周期 T、高度 h、线速度 v 一定。T=24h h=36000km v=3.1km/s5教学反思根据认识规律要让学生能灵活应用物理定律和公式解决实践问题，教师应该先指导学生正确理解基础知识，并通过对基础习题的解答训练，使学生掌握应用物理定律或公式解题的基本方法及运用物理量时单位必须统一的要求，进而使学生形成解答物理习题的基本模式，培养学生牢固掌握解题的规范和程序，为进一步深化做好准备。