重庆市开县中学高中物理 65.6 宇宙航行 经典力学的局限性学案 新人教版必修2.doc

课题名称6.5宇宙航行6.6经典力学的局限性课时数2课时课型问题解决课课程标准学习目标1、通过实例感受万有引力定律在天文学上的重要应用。2、会用万有引力定律计算天体质量。3、通过学习初步感知经典力学的局限性4、通过航天事业的发展史说明物理学的发展对于自然科学的促进作用。5、通过万有引、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。6、 经历科学家建立相对论和粒子论的思维探索过程，认识科学家思维的意义7、 7、通过航天事业的了解，进行爱国主义教育。8、关心国内外航空航天事业的发展现状与趋势。9、了解科学理论的相对性，通过时间与空间的问题激励学生对未来的探索。重点难点重点：推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度；了解经典力学的局限性。难点：运行速率与半径之间的关系；了解相对论、量子力学与经典力学的关系。学习过程评价任务（内容、问题、试题）学习活动（方式、行为策略）导入新课 1957年10月4日，苏联用三级火箭发射了世界上的第一颗人造地球卫星“旅行者”1号，人类开始迈入航天时代。 人类步入太空得益于物理学中的万有引力定律的贡献，它不仅解决了天上行星的运行问题，也为人们开辟了上天的理论之路。2003年10月15日，“神舟”5号飞船载着中国第一位航天员杨利伟成功升空，标志着我国进入了载人航天时代。2007年10月24日“嫦娥一号卫星”奔月而去。【呈现问题】结合登月航线讨论：为什么飞船能围绕地球旋转？飞船在什么情况下能挣脱地球的束缚？一、宇宙速度背景：牛顿提出一个著名的思想实验：从高山顶水平抛出一个铅球，当抛出速度足够大时，铅球将环绕地球运动，成为一个“小月亮”【呈现问题】【问题1】抛出的石头会落地，为什么卫星、月亮没有落下来？【问题2】卫星、月亮没有落下来必须具备什么条件？【问题3】平抛物体的速度逐渐增大，物体的落点如何变化？【问题4】速度达到一定值后，物体能否落回地面？【问题5】若不能，此速度必须满足什么条件？【问题6】若此速度再增大，又会出现什么现象？【问题7】此抛出的物体速度增大到何种程度才能绕地球做圆周运动？【提炼升华】【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： ， 得：又结论：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。【第二宇宙速度】大小。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。【第三宇宙速度】大小：。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。二、飞出地球三、从低速到高速【呈现问题】【问题1】在经典力学和狭义相对论中，物体的质量有何不同？【问题2】狭义相对论中，物体的质量的表达式是怎样的？【问题3】在经典力学和狭义相对论中，位移和时间的测量在不同参考系中有何区别？四、从宏观到微观【呈现问题】经典力学的适用范围是什么？五、从弱引力到强引力【呈现问题】【问题1】经典力学与行星轨道的矛盾是什么？【问题2】经典力学与行星轨道的矛盾说明了什么？【问题3】归纳牛顿万有引力定律与爱因斯坦引力理论的主要差异。【问题4】经典力学和相对论及量子力学的关系如何？【多媒体展示】播放“神舟”5号发射升空的视频剪辑录像。【多媒体展示】学生观看录像，了解航天器发射升空的过程变化。【小组