1、第六章 万有引力与航天钟卫军 尹增贵6.1 行星的运动教学目标（一）知识与技能1、了解人类对行星运动规律的认识历程。2、了解观察的方法在认识行星运动规律中的作用。3、知道开普勒行星运动定律及科学价值，了解开普勒第三定律 k 值的大小与中心天体有关。3、理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的。（二）过程与方法了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。（三）情感、态度与价值观1、体会科学家实事求是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神。2、体会对描述自然追求简单和谐是科学研究的动力之一。教学重点理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运
2、动教学难点椭圆轨道的特征及对开普勒行星运动定律的理解和应用教学方法探究、讲授，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。教学工具计算机、投影仪等多媒体教学设备教学过程一、引入新课播放宇宙视频师：在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，由这些天体组成的广袤的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。关于天体的运动，历史上有过不同的看法，经成百上千年的探索，科学家们对它已经有了一些初步的了解。本节我们就共同来学习前人所探索到的行星的运动情况。二、新课教学1 “地心说”和“日心说”引导学生阅读教材第一段，请学生代表发言。师：古代人们对天体运动有哪些看法?生：“地心说”和“日心说” 师：“地心说”和
3、“日心说”的基本观点是什么?代表人物是谁？生：“地心说”认为地球是宇宙中心，任何星球都围绕地球旋转，代表人物是托勒密。 “日心说”认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕太阳转动，代表人物是哥白尼。师：地心说最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而可以在一定程度上正确地预测天象，因而在生产实践中也起过一定的作用，曾经是航海、生产和生活实践中采用，在科学史上占有重要地位。师：“地心说”能被古代人们所接受，有什么原因？生：第一符合人们的日常经验，第二人们多信奉宗教神学，认为地球是宇宙中心。师：日心说最早于十六世纪，由
4、波兰天文学家哥白尼提出。哥白尼认为，地球不是宇宙的中心，而是一颗普通行星，太阳才是宇宙的中心。师：尽管日心说比地心说更接近行星运动的真实情况，是否是完美的？生：不是，(1)太阳不是宇宙的中心，实际上，太阳只是太阳系中的一个中心天体；（ 2）沿用了行星在圆形轨道作匀速圆周运动的旧观念，实际上行星轨道是椭圆的，速度的大小也不是恒定的。师：由于地心说解释天体运动非常复杂，而且必须加上许多人为的规定，还存在很多问题。但把地球不作为宇宙的中心，而是一颗普通猩行星，行星运动的描述显得更简单、更科学。哥白尼在天体运行论一书中，对日心说进行了具体的论述和数学论证。认为太阳是静止不动的，地球和其他行星围绕太阳运
5、动。地心说不能解释的天体运动的问题，日心说很简单地作出解释。日心说使科学从神学中解放出来，战胜了地心说，逐渐被人们接受。地心说和日心说的共同点：天体的运动都是匀速圆周运动。师：“地心说”和“日心说”是否是由于选取的参考系不同，得出的不同结论？引导学生思考，教师启发。师：若两个物体做圆周运动，其中一个物体位于圆心，选取任一物体为参考系，另一物体做圆周运动，如图 1；若两个以上的物体做圆周运动，其中一个物体位于圆心，若以 O 为参考系，其他物体做圆周运动，但以 A 为参考系，O 做圆周运动，B 就不再是圆周运动。2开普勒行星运动定律师：古人把天体的运动看得十分神圣，他们认为天体的运动不同于地面物体
6、的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动.开普勒对第谷长期天文观察的结果进行了创造性的研究与思考，开始他想用哥白尼的太阳系模型说明火星的运行轨道，但与第谷的观测结果有 8 分的误差，从而大胆地摒弃了天体作匀速圆周运动的观点，从事实中寻找原因，建立了开普勒定律，对行星的运动作出了更科学、更精确的描述，回答了“天体怎样运动？”的问题。引导学生阅读教材，并从课文中找出相应的答案。学生代表发言。师：绘制椭圆，讲述椭圆的特征一个长轴，一个短轴，两个焦点；椭圆上任意一点到两焦点的距离之和相等。师：开普勒第一定律：生：所有行星分别在大小不同的椭圆轨迹上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的焦点上。师：参照椭
7、圆的特征进行介绍，这一定律确定了行星运动的轨道，因此，又称为轨道定律。师：开普勒第二定律：生：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。师：播放课件，如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上如果时间间隔相等，即 t2t 1=t4t 3，那么面积 A=面积 B开普勒第二定律又叫面积定律。OAB图 1 图 2师：行星在远日点 a 的速率与近日点 b 的速率的大小有何关系？师：行星在远日点 a 的速率最小，在近日点 b 的速率最大。师：开普勒第三定律：生：所有行星的椭圆轨迹的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值都相等。师：开普勒第三定律可表示为 ，由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在
8、近似计算中，可kT23以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动，在这种情况下，若用 R 代表轨道半径，T 代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示： kR23开普勒第三定律又叫周期定律。师：k 的值与什么有关呢？请计算下列星体的 k 值。中心天体 星体 半长轴 (km) 周期(天) k 值(km 3/天 2) k 值大小关系金星 108106 225 24.91018地球 149106 365 24.81018绕太阳运行火星 228106 687 25.11018相等月球 0.3844106 27.322 7.6105绕地球运行地球同步卫星 0.0424106 1 7.6105相等由计算
9、可知， 值与中心天体有关。k3实例探究例 月球环绕地球运动的轨道半径约为地球半径的 60 倍，运行周期约为 27 天。应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面多少高度，人造地球卫星可以随地球一起转动，就像停留在天空中不动一样分析：月球和人造地球卫星都在环绕地球运动，根据开普勒第三定律，它们运行轨道的半径的三次方跟圆周运动周期的二次方的比值都是相等的解：设人造地球卫星运行半径为 R，周期为 T，根据开普勒第三定律有：k= 23TR同理设月球轨道半径为 R/，周期为 T/，也有：k= 23由以上两式可得： =23T地地 RR67.0713332 在赤道平面内离地面高度：H=RR 地 =6.67 R
10、地 R 地 =5.67 R 地 =3.63104km点评：随地球一起转动，相对地面静止，通常称之为同步地球卫星离地面的高度一定，运行周期一定，线速度一定，角速度一定，常用于通信，又称通信卫星。三、课堂小结 略四、作业 略6.2 太阳与行星间的引力教学目标（一）知识与技能1、知道行星饶太阳运动的原因，知道太阳与行星间存在引力作用。2、知道行星饶太阳做匀速圆周运动向心力的来源。3、知道太阳与行星间引力的方向和表达式，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。（二）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、领会将不易测量的物理量转化
11、为易测量物理量的方法。（三）情感、态度与价值观感受太阳与行星间的引力关系，体会探究性学习的过程。教学重点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公式。教学难点太阳与行星间的引力公式的推导。教学方法教师启发、引导，学生自主阅读、探究。教学工具计算机、投影仪等多媒体教学设备教学过程（一）引入新课师：请同学们思考，行星运动遵循哪些规律？生：行星运动遵循开普勒行星运动定律，轨道定律揭示了描述行星运动的运动轨迹；面积定律揭示了行星在椭圆轨道上运动经过不同位置的快慢情况；周期定律：揭示了如果中心天体相同，星体轨道半长轴的三次方与周期的二次方比值相同的规律。师：行星为什么要做这样的运动呢？
12、是什么力量使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人类对行星运动规律原因认识的过程师：简单介绍十七世纪前以及伽利略，开普勒，笛卡儿的观点。17 世纪前：行星理所应当的做这种完美的圆周运动 伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致物体做圆周运动。 开普勒：受到了来自太阳的类似磁力的作用。 笛卡儿：在行星的周围有旋转的物质作用在行星上，使得行星绕太阳运动。 牛顿时代：胡克、哈雷等，认为行星绕地球运动受到太阳对它的引力，甚至证明了行星轨道如果为圆形，引力的大小跟太阳距离的二次方成反比，但无法证明在椭圆轨道下，引力也遵循这个规律。牛顿在前人的基础上，证明了如果太阳和行星的引力与距
13、离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆。我们将重现牛顿发现的过程。由于行星运动的椭圆轨道很接近与圆形轨道，为简化问题，我们把它理想化为一个圆形轨道。2太阳对行星的引力师：如果行星的运动是圆轨道，则行星将作匀速圆周运动。根据匀速圆周运动的规律可知，行星必然要有力充当向心力。牛顿认为这个力就是太阳对行星的引力，既然太阳对行星的引力 F提供行星作匀速圆周运动所需的向心力。请猜想太阳对行星的引力与什么因素有关。生：阅读教材：太阳对行星的引力部分，讨论交流。讨论小结：太阳对行星之间的引力应该与行星到太阳的距离、行星的质量有关。师：太阳对行星之间的引力应该与行星到太阳的距离、行星的质量有什么关系？师生共同进
14、行推导。 （课件播放推导过程）向心力 F= rmv2天文观测到行星周期 T，则 v= r2代入上式得 F= 24师：上式中变量太多，能否减少变量，使上式更明了？生：利用开普勒第三定律。根据开普勒第三定律 代入上式得kTr23 24rmkF上式中 对太阳系中任何行星都相同，因而 F 与 成正比，即 Fk2422rm由此可得：太阳对不同行星的引力与行星的质量成正比，与太阳与行星间的距离的二次方成反比。3行星对太阳的引力师：阅读教材行星对太阳的引力部分，回答行星对太阳的引力与太阳的质量、行星到太阳的距离是什么关系？生：太阳对行星的引力，行星是受力星体，引力与受力星体的质量成正比；而行星对太阳的引力，
15、太阳是受力星体，行星对太阳的引力也应该与太阳的质量成正比。由于太阳吸引行星的力与行星吸引太阳的力是同性质的作用力，且大小相等，是一对作用力与反作用力，也与行星到太阳的距离 r 的二次方成反比。即： 2rMF由此可见：行星对太阳的引力大小与太阳的质量 M 成正比，与行星到太阳的距离 r 的二次方成反比。4太阳与行星间的引力师：综上推导过程，太阳与行星间的引力与太阳质量、行星质量以及两者距离有何关系，能得出什么结论？生：由于 F ， ， ，所以 。得到的结论是：太阳与行星间的引2rm2rF2rm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。师：（课件播放推导过程）设比例系数为 G，写
16、成等式，有 ，式中 G 与行星和太2rMF阳均无关，是一个常数。太阳与行星间的引力的方向沿二者的连线。5实例探究例 火星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动，火星与太阳间的引力提供火星运动的向心力。已知火星运行的轨道半径为 r，运行的周期为 T，引力常量为 G，试写出太阳质量 M 的表达式。解析：火星与太阳间的引力表达式为 ，式中 G 为引力常量，M 为太阳质量，m 为2rmF火星质量， r 为轨道半径。设火星运动的线速度为 v，由 F 提供火星运动的向心力，有vmMG22由线速度和周期的关系 ，Tr得太阳质量 234G三、课堂小结 略四、作业 略6.3 万有引力定律教学目标（一）知识与技能1、了解
17、万有引力定律得出的思路和过程，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。（二）过程与方法1、体会在科学规律发现的过程中猜想与求证的重要性。2、体会演绎思维与归纳思维两种思维方法。（三）情感、态度与价值观1、体会科学研究的长期性，连续性及艰巨性。2、感受科学理论必须受实践的检验。教学重点万有引力定律的内容及表达公式。教学难点1、对万有引力定律的理解。2、把地面
18、上的物体所受重力与其他星球与地球之间存在的引力是同性质的力的证明。教学方法问题引导、自主探究教学工具计算机、投影仪等多媒体教学设备教学过程（一）引入新课师：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 ，其他物体是否适用这个规律呢（比如卫星绕地球运动）？2rMmGF（二）进行新课1月地检验师：为了验证地面上的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，遵守同样的规律，阅读教材月地检验部分，独立查找有关数据，进行一次检验。生：阅读教材，查找有关数据。师：对学生查找的数据进行评价，给出检验所需数据。已知月球绕地球的公转周期为 T=27.3 天，地球半径为
19、6.37106m，轨道半径为地球半径的 60倍，重力加速度 g=9.8m/s2。那么，根据这些数据，如何进行检验？生：思考，讨论，交流。师：假设地面上的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，即维持月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是同一种力，也应遵从“平方反比”的规律。若苹果质量与月球质量相等，月球受到地球的引力应是苹果受到引力的 ，根据牛顿第二定律，月球轨道处的2601向心加速度应是地球表面重力加速度的 （加速度与所设的苹果质量与月球质量无关） ，根据上2601述数据，请计算月球轨道处的向心加速度。生：根据向心加速度公式： 。24Tra37.2sm师：计算月球轨道处的向心加速
20、度 a 与重力加速度 g 的比值。生： 。246017.2ga师：这个比值说明什么问题？生：说明地球和物体间、各天体之间的引力都属于同一种性质力，都遵循同样的“平方反比”规律的假想是正确的。师：牛顿在研究了这许多不同物体间的作用力都遵循上述引力规律后，他把这一规律推广到自然界中任意两个物体间，于 1687 年正式发表了具有划时代意义的万有引力定律。2万有引力定律内容：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。公式：如果用 m1 和 m2 表示两个物体的质量，用 r 表示它们的距离，那么万有引力定律可以用下面的公式来表示 rGF式中
21、质量的单位为 kg，距离的单位为 m，力的单位 N，G 叫引力常量。万有引力定律的适用条件：两个质点间的万有引力的计算。对于质量分布均匀球体间的引力求解也可应用。师：既然自然界中任何两个物体之间都存在引力，为什么我们感觉不到这个引力？计算两个质量为 50kg，相距 0.5m 的两质点之间的引力有多大？若已知引力常量G6.6710 11 Nm2/kg2。生： NF71106.25.067. 师：由计算可知，这个力太小。但它对于质量较大的物体来说，万有引力就不可忽视了。关于万有引力定律的说明：万有引力定律中的距离 r，其含义是两个质点间的距离。但如果是规则形状的均匀物体相距较近，则应把 r 为它们
22、的几何中心的距离。万有引力具有普遍性。万有引力定律建立的意义统一了地面上的物体运动的规律和天体运动的规律，对物理学、天文学的发展具有深远的影响，第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用的规律。3引力常量师：牛顿发现了万有引力定律，却没有给出引力恒量的数值，无法计算天体间的万有引力。要测出引力恒量的数值非常不容易，由于一般物体间的引力非常小，用实验测定极其困难。直到一百多年之后，才由英国的卡文迪许用精巧的扭秤测出。播放课件测定引力恒量的原理卡文迪许解决问题的思路是：将不易观察的微小变化量，利用“光杠杆”原理放大微小物理量的方法，转化为容易观察的显著变化量，再根据显著变化量与微小量的关系，算出微小变
23、化量。测量方法金属丝下面倒挂 T 形架，M 为固定在 T 形架上的平面反射镜，倒 T 形架两端各有一质量为 m的小球，点光源射出的光线经平面镜反射后射到标尺上，当倒 T 形架略扭转一个 角度，反射的光线转过了 2 角，反射光点在标尺上的位置就有了明显的变化这样只要倒 T 形架两端两个物体受到很小的力的作用，就会带动反射镜转动，射到反射镜上的反射光线在标尺上的光点就有明显的移动引力常量 G6.6710 11 Nm2/kg2测定引力常量的意义证明了万有引力的存在，使万有引力定律有了实用价值，开创了测量弱力的新时代。4实例探究例 如图所示，在半径为 R=20cm，质量为 M=168kg 的均匀铜球上
24、，挖去一个球形空穴，空穴的半径为 R2，并且跟铜球相切，在铜球外有一个质量为 m=lkg 的小球，这个小球位于连接铜球的中心跟空穴中心的直线上，并且在靠近空穴一边，两个球心相距d=2m，试求它们之间的吸引力 ?分析：本题直接用万有引力的公式计算挖去球形空穴的铜球和质量为 m 的小球的万有引力是不可能的，但可看成大小两个实心铜球与质量为 m 的小球的万有引力之差，这样就可用等效的方法求出它们之间的吸引力解：设被挖去的部分质量为 M，则，324RM34R所以 8所以 222 8dGmdmGF代入数据得到 F=2.41109 N 三、课堂小结 略四、作业 略7.4 万有引力理论的成就新课标要求（一）
25、知识与技能1、 了解万有引力定律在天文学上的应用2、 会用万有引力定律计算天体的质量和密度3、 掌握综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题的方法（二）过程与方法通过求解太阳.地球的质量，培养学生理论联系实际的运用能力（三）情感、态度与价值观通过介绍用万有引力定律发现未知天体的过程，使学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辨证唯物主义观点教学重点地球质量的计算、太阳等中心天体质量（密度）的计算教学难点将万有引力定律变形，推导由万有引力定律所能表达的物理量教学方法教师启发、引导，学生自主推导由万有引力定律所能表达的物理量并通过数据分析、类比思维、归纳总结建立模型来加深理解。教学工
26、具计算机（能上网） 、投影仪等多媒体教学设备教学过程（一） 引入新课教师活动：请同学们阅读课文，阅读时考虑下列问题用投影片出示 ：1、 地面上的物体所受的重力和它与地球之间的万有引力有什么关系？2、 你知道地球的质量吗？地球的质量是如何测量出来的？3、 太阳的质量又如何测量？它的密度如何测量呢？4、 如何一个未知的天体的质量和密度？5、 如果由万有引力定律计算出某个天体的运行轨道和周期与实际观测的数据不相符，可能是什么原因呢？学生活动：阅读教材，并思考上面的问题。分组计算、讨论，代表发言地球半径 R=6371km,在赤道上，物体受到的万有引力分解为随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力。地球自转
27、周期 T=24h，计算物体受到的万有引力的两个分力的大小比值重力：mg=10m绕地轴运动的向心力： mmRTF 2322 104.671)304(.4 3014.32mFg学生得出结论：向心力远小于重力，万有引力大小近似等于重力。（二）新课教学1、计算地球的质量 将地面附近物体的重力近似看作等于物体与地球之间的万有引力，也就是如果忽略地球自转的影响，地面上质量为 m 的物体受到重力等于它与地球之间的万有引力，即 ，由此2RMmGg得地球的质量表达式为 。已知 g=10m/s2, R=6371km, G=6.6710-11Nm2/kg2,则地球的GgRM2质量约为 kg。24106拓展：还可以求
28、离地面高为 h 的地方的重力加速度在地面附近： 2RMmGg在求离地面高为 h 的地方： 2)(h解得： ghRMGg22)()(2、计算天体的质量计算太阳的质量：将地球绕太阳的运动近似看作匀速圆周运动，向心力由万有引力提供，其牛顿第二定律方程是 ，由此得太阳的质量为 。RTmMG224234GTRM拓展：如果还知道太阳的半径 ，则太阳的密度为0 3023024RV再拓展：若某一行星表面运行的卫星周期为 T，此时 ，行星的密度为0R2GT3.发现未知天体请学生阅读课本“发现未知天体”上网查找相关资料：http:/ 1 某行星的平均密度是 ，靠近行星表面的卫星的周期是 T，试证明 T 2为一个常
29、数。分析：将行星看做一个球体，卫星绕行星做匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。解:设半径为 R，则密度 与质量 M、体积 V 的关系为 34RV对卫星，万有引力提供向心力由 ，得224TmRMG 2234TRG整理得 为一常量。32例 2 地球半径 R6400km，地面的重力加速度 g9.8m/s 2,地核的体积约为整个地球体积的 16%，地核的质量约为地球质量的 34%，试估算地核的平均密度。解：不计地球自转的影响，地球对物体的引力即为物体的重力，即，所以，地球的质量为：2RMmGgGgRM2地球的平均密度为： V43361/0.6.731498mkg 3/105.mkg设地核的质量为 M,
30、体积为 V，平均密度为 ，则8%16VM所以，地核的平均密度为 3/105.87mkg34/2.1k课后作业网上阅读我国航天科技成就 http:/ http:/ _。2海王星是在_年_月_日发现的，发现过程是：发现_的实际运动轨道与_的轨道总有一些偏差，根据观察到的偏差数据和万有引力定律计算出_，并预测可能出现的时刻和位置；在预测的时间去观察预测的位置。海王星与冥王星发现的重要意义在于_。参考答案：1测出这个天体的卫星的轨道半径 R 和周期 T2在书上查找教学建议用我国航天科技成就和世界航天事业发展的例子，激发学生学习本节知识的热情和兴趣参考黄牛课件网，有删改，另外，用到了许多网上资源，对这些
31、作者表示万分感谢7.5 宇宙航行新课标要求（一）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。（二）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（三）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。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系教学方法教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。教学工具有关练习题的投影片、计算机、投影仪等多媒体教学设备教学过程（一） 引入新课卫星发射动画 http:/ rv
32、mM22G =m 2r rG =m 224T教师活动：点评、总结导入：这节课我们再来学习有关宇宙航行的知识。（二）新课教学1、宇宙速度教师活动：请同学们阅读课文第一自然段，同时思考下列问题投影出示：1、在地面抛出的物体为什么要落回地面？2、什么叫人造地球卫星？学生活动：阅读课文，从课文中找出相应的答案。1、在地面上抛出的物体，由于受到地球引力的作用，所以最终都要落回到地面。2、如果在地面上抛出一个物体时的速度足够大，那么它将不再落回地面，而成为一个绕地球运转的卫星，这个物体此时就可认为是一颗人造地球卫星。教师活动：引导学生深入探究1、月球也要受到地球引力的作用，为什么月亮不会落到地面上来？2、
33、物体做平抛运动时，飞行的距离与飞行的水平初速度有何关系?3、若抛出物体的水平初速度足够大，物体将会怎样？学生活动：分组讨论，得出结论。1、由于月球在绕地球沿近似圆周的轨道运转，此时月球受到的地球的引力（即重力） ，用来充当绕地运转的向心力，故而月球并不会落到地面上来。2、由平抛物体的运动规律知：x=v0t h= 21g联立、可得： x=v0即物体飞行的水平距离和初速度 v0 及竖直高度 h 有关，在竖直高度相同的情况下，水平距离的大小只与初速度 v0 有关，水平初速度越大，飞行的越远。3、当平抛的水平初速度足够大时，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕
34、地球运转的卫星。教师活动：总结、点评。课件演示人造卫星发射原理图：平抛物体的速度逐渐增大，飞行距离也跟着增大，当速度足够大时，成为一颗绕地运转的卫星。http:/ rvmM222、向高轨道发射卫星时，火箭须克服地球对它的引力而做更多的功，对火箭的要求更高一些，所以比较困难。3、人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时所必须具有的速度叫第一宇宙速度。人造卫星绕地球做椭圆轨道运动时所具有的最大运转速度叫第二宇宙速度。人造卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙中去时，所必须具有的速度叫第三宇宙速度。教师活动：引导学生深入探究1、卫星绕地球运转的最小半径是多少？2、结合卫星运转的动力学方程，推导
35、第一宇宙速度。学生活动：分组讨论，得出答案。1、卫星运转的最小半径近似等于地球的半径，即在地球表面绕地运转。2、由万有引力定律和牛顿第二定律，得： G =m 2RMmv由于万有引力近似等于物体的重力，得： G =mg 2由、两式得 v= g代入数据得 v=7.9km/s教师活动：总结、点评。课件演示三个宇宙速度2、梦想成真教师活动：引导学生阅读有关内容，让学生了解人类在探索宇宙的奥秘中已经取得的辉煌成就，体会我国在征服宇宙太空的过程中所取得的伟大成就，培养学生的爱国热情和愿为科学献身的精神。视频展示：神州飞船 http:/ http:/ c，光讯号往复经历的时间为 t，地球的半径为 R，月球的
36、半径为 r，月球绕地球转动的周期为 T，试求地球的质量。解析：设地球质量为 M，月球质量为 m，则：G =m r2rM24T所以 M= 而 r= R+r+c234GT2t所以 M= (2R+2r+ct)3223)(GTtC课后作业1、课后完成 P78“问题与练习”中的问题。2、阅读教材 76 页“科学漫步”栏目中的短文黑洞和 77 页“STS”栏目中的短文航天事业改变着人类生活黑洞 http:/ 经典力学的局限性新课标要求（一）知识与技能1、知道牛顿运动定律的适用范围。2、了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用。3、知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化。（二）过程
37、与方法通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。（三）情感、态度与价值观通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识的知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。教学重点牛顿运动定律的适用范围教学难点高速运动的物体，速度和质量之间的关系教学方法教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。教学工具计算机（能上网） 、投影仪等多媒体教学设备教学过程（一）引入新课教师活动：自从 17 世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就，经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛
38、的应用，从而证明了牛顿运动定律的正确性。但是，经典力学也不是万能的，向其它科学一样，它也有一定的适用范围，有自己的局限性。那么经典力学在什么范围内适用呢？有怎样的局限性呢？这节课我们就来了解这方面的知识。（二）新课教学教师活动：请同学们阅读课文，阅读时考虑下列问题用投影片出示 ：1、经典力学取得了哪些辉煌的成就？举例说明。2、经典力学在哪些领域不能适用？能说出为什么吗？举例说明。3、经典力学的适用范围是什么？自己概括一下。4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学？应该怎样认识？5、怎样理解英国剧作家萧伯纳的话“科学总是从正确走向错误”？学生活动：阅读教材，并思考上面的问题。分组讨论，
39、代表发言。点评：让学生通过自主阅读获取信息，培养学生阅读理解能力，同时培养学生良好的自学习惯。教师活动：待学生阅读教材后，倾听学生代表的发言，和其他学生一起点评、补充。点评：可能学生回答的不完整，甚至很幼稚，这都无关紧要。重要的是给学生提供发表见解的机会，同学之间甚至可以争论，在相互讨论中，明辨真理，掌握知识。教师总结：从上面讨论可知，经典力学在微观领域、高速运动的情况下不再适用.那么对这些领域的问题又应如何研究呢？下面给大家简单介绍一些近代物理知识。从经典力学到相对论的发展以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔（长度）s、时间 t 和质量 m 这三个物理量都与物体的运动速度无关.一根尺子
40、静止时这样长，当它运动时还是这样长；一分钟不论处于静止状态还是处于运动状态，其快慢保持不变；一个物体静止时的质量和运动时的质量一样.这就是经典力学的绝对时空观.到了 19 世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难.在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的时空观，于 1905 年发表了题为论运动物体的电动力学的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论.狭义相对论指出：长度、时间和质量都是随物体的运动速度而变化的.长度、时间和质量随速度的变化关系可以用下列方程表达式：l=l0 （通称尺缩效应）21cvt= （钟慢效应）2cvm= （质 速效应）201cv上式中，各式
41、里的 v 都是物体的运动速度，c 是真空中的光速，l 0 和 l 分别为在相对静止和运动系统中沿速度方向测得的物体的长度；t 和 t0 分别为在相对静止和运动的系统中测得的时间； m0和 m 分别为在相对静止和运动系统中测得的物体质量 .但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（vc） ，则上面的一些结果就变为ll 0，tt 0，mm 0，因而对于宏观低速运动的物体，使用牛顿定律来处理问题，还是足够精确的 .继狭义相对论之后，1915 年爱因斯坦又建立了广义相对论，指出空间时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，使人类对于时间、空间和引力现象的认识大大深化了.“狭义相对论
42、”和“广义相对论”统称为相对论.（三）课堂总结、点评教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。（四）实例探究例 1以牛顿运动定律为基础的经典力学，在科学研究和生产技术中有哪些应用?【提示】 经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用.经典力学与天文学相结合建立了天体力学；经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等从地面上各种物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动;从投出篮球到发射导弹、卫星、宇宙飞船，等等，所有这些都服从经典力学规律
