新人教版高中物理必修二 第六章 万有引力与航天（全章教案）

新人教版高中物理必修二同步教案第六章万有引力与航天第一节行星的运动【教学目标】知识与技能1、知道地心说和日心说的基本内容。2、知道所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。3、知道所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关。4、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。过程与方法通过托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，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。情感态度与价值观1、澄清对天体运动神秘模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法。2、感悟科学是人类进步不竭的动力。【教学重点】开普勒行星运动定律【教学难点】对开普勒行星运动定律的理解和应用【教学课时】1课时【探究学习】一、人类认识天体运动的历史1、“地心说”的内容及代表人物2、“日心说”的内容及代表人物二、开普勒行星运动定律的内容开普勒第一定律。开普勒第二定律。开普勒第三定律。即KTA23在高中阶段的学习中，多数行星运动的轨道能够按圆来处理。引入新课多媒体演示天体运动的图片浏览。在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，如月亮、地球、太阳、夜空中的星星由这些天体组成的广袤无限的宇宙始终是我们渴望了解、不断探索的领域。人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，历史上有过不同的看法，科学家对此进行了不懈的探索，通过本节内容的学习，将使我们正确地认识行星的运动。新课讲解一、古代对行星运动规律的认识问1古人对天体运动存在哪些看法“地心说”和“日心说”问2什么是“地心说”什么是“日心说”地心说”认为地球是宇宙的中心，是静止不动的，大阳、月亮以及其他行星都绕地球运动，“日心说”则认为太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动“地心说的代表人物托勒密古希腊“地心说符合人们的直接经验，同时也符合势力强大的宗教神学关于地球是宇宙中心的认识，故地心说一度占据了统治地位问3“日心说”战胜了“地心说”，请阅读第人类对行星运动规律的认识，找出“地心说”遭遇的尴尬和“日心说的成功之处地心说所描述的天体的运动不仅复杂而且问题很多，如果把地球从天体运动的中心位置移到一个普通的、绕太阳运动的位置，换一个角度来考虑天体的运动，许多问题都可以解决，行星运动的描述也变得筒单了“日心说”代表人物哥白尼，“日心说”能更完美地解释天体的运动二、开普勒行星运动三定律问1古人认为天体做什么运动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的运动，天体做的是最完美、最和谐的匀速圆周运动问2开普勒认为行星做什么样的运动他是怎样得出这一结论的开普勒认为行星做椭圆运动他发现假设行星傲匀逮圆周运动，计算所得的数据与观测数据不符，只有认为行星做椭圆运动，才能解释这一差别问3开普勒行星运动定律哪几个方面描述了行星绕太阳运动的规律具体表述是什么开普勒行星运动定律从行星运动轨道，行星运动的线速度变化，轨道与周期的关系三个方面揭示了行星运动的规律（多媒体播放行星绕椭圆轨道运动的课件）开普勒第一定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上问4这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道相同吗不同教材做一做可以用一条细绳和两图钉来画椭圆如图71L所示，把白纸镐在木板上，然后按上图钉把细绳的两端系在图钉上，用一枝铅笔紧贴着细绳滑动，使绳始终保持张紧状态铅笔在纸上画出的轨迹就是椭圆，图钉在纸上留下的痕迹叫做椭圆的焦点想一想，椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两个焦点的距离之和有什么关系开普勒第二定律对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积问5如图712所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上行星在远日点的速率与在近日点的速率谁大图711K水3361018K金3351018K地3311018K火3361018因为相等时间内面积相等，所以近日点速率大。开普勒第三定律所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等（如图71L）（投影九大行星轨道图或见教材页图713）问6由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在中学阶段研究中按圆处理，开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢1、多数大行星绕太阳运动轨道半径十分接近圆，太阳处在圆心上。2、对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的角速度（或线速度）不变。3、所有行星的轨道半径的三次方跟它的公转周期的平方的比值都相等若用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比值K是一个与行星无关的恒量。参考资料给出太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供课后验证。问7这一定律发现了所有行星的轨道的半长轴与公转周期之间的定量关系，比值K是一个与行星无关的常量，你能猜想出它可能跟谁有关吗根据开普勒第三定律知所有行星绕太阳运动的半长轴的三次方跟公转周期二次方的比值是一个常数K，可以猜想，这个“K”一定与运动系统的物体有关因为常数K对于所有行星都相同，而各行星是不一样的，故跟行星无关，而在运动系中除了行星就是中心天体太阳，故这一常数“K“一定与中心天体太阳有关说明开普勘定律不仅适用于行星绕大阳运动，也适用于卫星绕着地球转，K是一个与行星质量无关的常量，但不是恒量，在不同的星系中，K值不相同。K与中心天体有关。【课堂训练】例1关于行星的运动以下说法正确的是（）A行星轨道的半长轴越长，自转周期就越长B行星轨道的半长轴越长，公转周期就越长C水星轨道的半长轴最短，公转周期就最长D冥王星离太阳“最远”，公转周期就最长2为什么说曲线运动一定是变速运动分析由开普勒第三定律可知，A越大，T越大，故BD正确，C错误；式中KT23的T是公转周期而非自转周期，故A错。答案BD例2已知木星绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的12倍。则木星绕太阳公转轨道的半长轴为地球公转轨道半长轴的倍。思维入门指导木星和地球均为绕太阳运行的行星，可利用开普勒第三定律直接求解。本题考查开普勒第三定律的应用。解由开普勒第三定律可知KTA23对地球对木星K21323所以1132245/ATA点拨在利用开普勒第三定律解题时，应注意它们的比值中的K是一个与行TA23星运动无关的常量。例3已知地球绕太阳作椭圆运动。在地球远离太阳运动的过程中，其速率越来越小，试判断地球所受向心力如何变化。若此向心力突然消失，则地球运动情况将如何思维入门指导行星的运动为曲线运动，因此本节知识常常和曲线运动知识相综合。解由于地球在远离太阳运动的过程中，其速率减小，据牛顿第二定律有，由开普勒第二定律知，地球在远离太阳运动的过程中角速度（单位时间MVFN内地球与太阳的连线扫过的角度）也减小，故向心力减小。若此向心力突然消失，则地NF球将沿轨道的切线方向做离心运动。点拨地球绕太阳的运动虽然并非匀速圆周运动，但向心力公式仍适用。任一时刻，地球的速度方向均沿椭圆的切线方向。【课堂小结】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。本节学习的是开普勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动。第二节太阳与行星间的引力【教学目标】知识与技能新1、理解太阳与行星间存在引力。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。过程与方法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。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。【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【教学课时】2课时【探究学习】引入新课教师活动开普勒在前人的基础上，经过计算总结出了他的三条定律，请同学们回忆一下，三条定律的内容是什么学生活动思考并回答开普勒开普勒三条定律的内容。第一定律所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。第二定律对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。第三定律所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。即32AKT比值K是一个与行星无关的常量。教师活动开普勒第三定律适用于圆轨道时，是怎样表述的学生活动思考并回答问题。对某一行星来说，它绕太阳作匀速圆周运动，其轨道半径的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。教师活动通过对开普勒定律的学习，知道了行星运动时所遵循的规律，即行星怎样运动那么行星为什么要做这样的运动呢今天我们共同来学习、探讨这一问题。新课讲解教师活动引导学生阅读教材第一、二段，思考下面的问题1、在解释行星绕太阳运动的原因这一问题上，为什么牛顿能够成功，而其他科学家却失败了你认为牛顿成功的关键是什么学生活动阅读课文，分组讨论，从课文中找出相应的答案。学生代表发言。教师活动听取学生代表的见解，点评、总结。过渡这一节和下一节，我们将追寻牛顿的足迹，用自己的手和脑，重新“发现”万有引力定律。1、太阳对行星的引力教师活动引导学生阅读教材，并投影出示以下提纲，让学生在练习本上独立推导1、行星绕太阳作匀速圆周运动，写出行星需要的向心力表达式，并说明式中符号的物理意义。2、行星运动的线速度V与周期T的关系式如何为何要消去V写出要消去V后的向心力表达式。3、如何应用开普勒第三定律消去周期T为何要消去周期T4、写出引力F与距离R的比例式，说明比例式的意义。教师活动投影学生的推导过程，一起点评。2、行星对太阳的引力教师活动行星对太阳的引力与太阳的质量M以及行星到太阳的距离R之间又有何关系请在练习本上用学过的知识推导出来。学生活动在练习本上用牛顿第三定律推导行星对太阳的引力F与太阳的质量M以及行星到太阳的距离R之间的关系。教师活动投影学生的推导过程，一起点评。3、太阳与行星间的引力教师活动综合以上推导过程，推导出太阳与行星间的引力与太阳质量、行星质量、以及两者距离的关系式。看看能够得出什么结论。学生活动在练习本上推导出太阳与行星间的引力表达式。教师活动投影学生的推导过程，一起点评。点评通过学生独立推导，培养学生逻辑推理能力，同时让学生感受探究新知的乐趣。教师活动引导学生就课本“说一说”栏目中的问题进行讨论，一起总结、点评。【课堂训练】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2RMF量，M为火星质量，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RVG22由线速度和周期的关系，TR得太阳质量234GM【课堂小结】1，我们把行星绕太阳的椭圆运动简化为匀速圆周运动；2，我们一致认为行星绕太阳做匀速圆周运动需要向心力，这个向心力是由太阳对行星的引力提供的；3，我们预期太阳对行星的引力与太阳到行星的距离有关，希望通过行星绕太阳做匀速圆周运动需要的向心力求出这个引力，通过两次数学代换得到了太阳对行星的引力与太阳到行星的距离相关的数学表达式；4，通过类比得到了行星对太阳的引力与太阳到行星的距离相关的数学表达式；5，综合概括得到了太阳与行星间引力的数学表达式。【板书设计】一、太阳对行星的引力2RMF物理意义太阳对不同行星的引力，与行星的质量成正比，与行星和太阳间距离的二次方成反比。二、行星对太阳的引力2/RM物理意义不同行星对太阳的引力，与太阳的质量成正比，与行星和太阳间距离的二次方成反比。三、太阳与行星间的引力2RMF物理意义太阳与行星间引力的大小，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。写成等式为2RMG式中是比例系数，与太阳、行星都没有关系。太阳与行星间引力的方向沿着二者的连线。第三节万有引力定律【教学目标】知识与技能在开普勒第三定律的基础上，推导得到万有引力定律，使学生对此规律有初步理解。过程与方法通过牛顿发现万有引力定律的思考过程和卡文迪许扭秤的设计方法，渗透科学发现与科学实验的方法论教育。情感态度与价值观介绍万有引力恒量的测定方法，增加学生对万有引力定律的感性认识。【教学重点】万有引力定律的推导过程，既是本节课的重点，又是学生理解的难点，所以要根据学生反映，调节讲解速度及方法。【教学难点】由于一般物体间的万有引力极小，学生对此缺乏感性认识，又无法进行演示实验，故应加强举例。【教学课时】2课时【探究学习】（一）引入新课上节课我们推导出了太阳与行星间的引力规律，即。知道了行星为什么能2RMMGF够绕太阳运转而不会飞离太阳。那么大家想到过，是什么力使得地面的物体不能离开地球，总要落回地面呢地球吸引物体的力与地球和太阳间的引力是同种性质的力吗还有，月球能够绕地球运转，说明月球与地球之间也一定存在着相互作用力，这个拉住月球使它绕地球运转的力与地球对物体的引力是同一种力吗这节课我们就来深入研究这些问题。（二）进行新课1、月地检验教师活动引导学生阅读教材“月地检验”部分的内容，投影以下数据地面附近的重力加速度G98M/S2，月球绕地球运动的周期为273天，地球半径为R64106M，试利用教材提供的信息，通过计算，证明课本上提出的假设，即地球对月球的力与地球使苹果自由下落的力的是同一种力，都遵守“反平方”的规律。学生活动阅读课文，从课文中找出必要的信息，在练习本上进行定量计算。教师活动投影学生的证明过程，一起点评。设质量为M的物体在月球的轨道上运动的加速度（月球公转的向心加速度）为A，则，R60R，2RT得2460R代入数据解得GA2601389点评引导学生定量计算，用无可辩驳的事实证明猜想的正确性，增强学生的理性认识。2、万有引力定律教师活动引导学生阅读教材，思考问题1、把太阳与行星之间、地球与月球之间、地球与地面物体之间的引力遵从的规律推广到宇宙万物之间，你觉得合适吗发表自己的见解。2、万有引力定律的内容是什么写出表达式。并注明每个符号的单位和物理意义3、你认为万有引力定律的发现有何深远意义学生活动阅读课本，思考问题，学生代表发表见解。教师活动听取学生汇报，点评总结。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。3、引力常量教师活动引导学生阅读教材，思考问题1、测定引力常量有何意义2、引力常量是由哪位物理学家测出的，它的数值是多大3、引力常量的测定有何实际意义学生活动阅读课本，思考问题，学生代表发表见解。教师活动听取学生汇报，点评总结。牛顿在前人的基础上，应用他超凡的数学才能，发现了万有引力定律，却没能给出准确的引力常量，使万有引力定律只有其理论意义，而无更多的实际意义。引力常量G的测出，使万有引力定律具有了实际意义。（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，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。2RMMG离地面高度为H处，2HRG由题意知H21RVMMG2解得RH1即H是地球半径的倍2点拨对此类问题，应明确星球表面上物体受到的重力等于万有引力（忽略星球自转带来的影响），从而进一步认识到G值随高度的增加而减小。教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。附课堂练习1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（）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1/42火星的半径是地球半径的一半，火星的质量约为地球质量的1/9；那么地球表面50KG的物体受到地球的吸引力约是火星表面同质量的物体受到火星吸引力的_倍3关于万有引力定律的正确说法是（）A天体间万有引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离成反比B任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比C万有引力与质量、距离和万有引力恒量都成正比D万有引力定律对质量大的物体适用，对质量小的物体不适用4如图，两球的半径分别为R1和R2，且远小于R，而球质量分布均匀，大小分别是M1和M2，则两球间的万有引力大小为（）AGBG1R21RMCGDG2125两颗行星都绕太阳做匀速圆周运动，它们的质量之比M1M2P，轨道半径之比R1R2Q，则它们的公转周期之比T1T2_，它们受到太阳的引力之比F1F2_6地球表面重力加速度G098M/S2，忽略地球自转的影响，在距离地面高度H10103M的空中重力加速度G与G0的差值多大取地球半径R637106M参考答案1D22253B4D5；P/Q236不计地球自转的影响，物体的重力等于物体所受到地球的万有引力，有MGG，MG0G2HRMM2RM所以09996926201037GGG0G304103M/S2第四节万有引力理论的成就【教学目标】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】1、行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。2、会用已知条件求中心天体的质量。【教学难点】根据已有条件求中心天体的质量。【教学课时】1课时【探究学习】引入新课教师活动上节我们学习了万有引力定律的有关知识，现在请同学们回忆一下，万有引力定律的内容及公式是什么公式中的G又是什么G的测定有何重要意义学生活动思考并回答上述问题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，跟它们的距离的平方成反比。公式FG21RM公式中的G是引力常量，它在大小上等于质量为1KG的两个物体相距1M时所产生的引力大小，经测定其值为6671011NM2/KG2。教师活动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。这节课我们就共同来学习万有引力定律在天文学上的应用。新课讲解一、“科学真实迷人”教师活动引导学生阅读教材“科学真实迷人”部分的内容，思考问题1、推导出地球质量的表达式，说明卡文迪许为什么能把自己的实验说成是“称量地球的重量”2、设地面附近的重力加速度G98M/S2，地球半径R64106M，引力常量G6671011NM2/KG2，试估算地球的质量。学生活动阅读课文，推导出地球质量的表达式，在练习本上进行定量计算。教师活动学生的推导、计算过程，一起点评。KG241262007489GGRM点评引导学生定量计算，增强学生的理性认识。对学生进行热爱科学的教育。二、计算天体的质量教师活动引导学生阅读教材“天体质量的计算”部分的内容，同时考虑下列问题1、应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是什么2、求解天体质量的方程依据是什么学生活动学生阅读课文第一部分，从课文中找出相应的答案1、应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是根据环绕天体的运动情况，求出其向心加速度，然后根据万有引力充当向心力，进而列方程求解2、从前面的学习知道，天体之间存在着相互作用的万有引力，而行星（或卫星）都在绕恒星（或行星）做近似圆周的运动，而物体做圆周运动时合力充当向心力，故对于天体所做的圆周运动的动力学方程只能是万有引力充当向心力，这也是求解中心天体质量时列方程的根源所在教师活动引导学生深入探究请同学们结合课文知识以及前面所学匀速圆周运动的知识，加以讨论、综合，然后思考下列问题。学生代表发言。1天体实际做何运动而我们通常可认为做什么运动2描述匀速圆周运动的物理量有哪些3根据环绕天体的运动情况求解其向心加速度有几种求法4应用天体运动的动力学方程万有引力充当向心力求出的天体质量有几种表达式各是什么各有什么特点5应用此方法能否求出环绕天体的质量学生活动分组讨论，得出答案。学生代表发言。1天体实际运动是沿椭圆轨道运动的，而我们通常情况下可以把它的运动近似处理为圆形轨道，即认为天体在做匀速圆周运动2在研究匀速圆周运动时，为了描述其运动特征，我们引进了线速度V，角速度，周期T三个物理量3根据环绕天体的运动状况，求解向心加速度有三种求法即（1）A心RV2（2）A心2R（3）A心42R/T24应用天体运动的动力学方程万有引力充当向心力，结合圆周运动向心加速度的三种表述方式可得三种形式的方程，即（1）F引GF心MA心M2RMRV2即GVM（2）F引GF心MA心M2R2R即GM2RM（3）F引GF心MA心M2RM24TR即GM4T从上述动力学方程的三种表述中，可得到相应的天体质量的三种表达形式（1）MV2R/G（2）M2R3/G（3）M42R3/GT2上述三种表达式分别对应在已知环绕天体的线速度V，角速度，周期T时求解中心天体质量的方法以上各式中M表示中心天体质量，M表示环绕天体质量，R表示两天体间距离，G表示引力常量5从以上各式的推导过程可知，利用此法只能求出中心天体的质量，而不能求环绕天体的质量，因为环绕天体的质量同时出现在方程的两边，已被约掉。师生互动听取学生代表发言，一起点评。从上面的学习可知，在应用万有引力定律求解天体质量时，只能求解中心天体的质量，而不能求解环绕天体的质量。而在求解中心天体质量的三种表达式中，最常用的是已知周期求质量的方程。因为环绕天体运动的周期比较容易测量。教师活动投影例题把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动，平均半径为151011M，已知引力常量为G6671011NM2/KG2，则可估算出太阳的质量大约是多少千克（结果取一位有效数字）学生活动在练习本上分析计算，写出规范解答分析题干给出了轨道的半径，虽然没有给出地球运转的周期，但日常生活常识告诉我们地球绕太阳一周为365天。故T365243600S315107S由万有引力充当向心力可得GM2RM4R故M3T代入数据解得MKG21030KG271312007654教师活动求解过程，点评。三、发现未知天体教师活动请同学们阅读课文“发现未知天体”部分的内容，考虑以下问题1、应用万有引力定律除可估算天体质量外，还可以在天文学上有何应用2、应用万有引力定律发现了哪些行星学生活动阅读课文，从课文中找出相应的答案1、应用万有引力定律还可以用来发现未知的天体。2、海王星、冥王星就是应用万有引力定律发现的。教师活动引导学生深入探究人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的发表你的看法。学生活动讨论并发表见解。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的轨道，进而在计算的位置观察新的行星。教师点评万有引力定律的发现，为天文学的发展起到了积极的作用，用它可以来计算天体的质量，同时还可以来发现未知天体【课堂训练】很多天体运动都可以近似地看成圆周运动，其向心力由万有引力提供例1已知太阳光从太阳射到地球需时间500S,地球公转轨道可近似看成圆轨道,地球半径为6400KM,试计算太阳质量M与地球质量M之比跟踪练习所有行星绕太阳运转其轨道半径的立方和运转周期的平方的比值即R3/T2K,那么K的大小决定于A只与行星质量有关B只与恒星质量有关C与行星及恒星的质量都有关D与恒星质量及行星的速率有关地球表面物体的重力近似等于物体受到地球的引力例2某物体在地面上受到的重力为160N,将它放置在卫星中,在卫星以A1/2G随火箭向上加速度上升的过程中,当物体与卫星中的支持物的相互挤压力为90N时,求此时卫星距地球表面有多远（地球半径R64103KM,G10M/S2）估算天体的密度例3一艘宇宙飞船飞近某一个不知名的行星,并进入靠近该行星表面的圆形轨道,宇航员进行预定的考察工作,宇航员能不能仅用一只表通过测定时间来测定该行星的密度说明理由及推导过程双星问题例4两个星球组成双星,它们在相互之间的万有引力作用下,绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动,现测得两星中心距离为R,其运动周期为T,求两星的总质量例13105B例2192KM例33/GT2例442R3/GT2【课堂小结】1本节课学习了万有引力定律在天文学上的成就，计算天体质量的方法是（1）GRVMM2（2）GM2RR（3）GM2R24T2很多天体运动都可以近似地看成圆周运动，其向心力由万有引力提供。第五节宇宙航行【教学目标】知识与技能1、了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的关系。2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。过程与方法通过用万有引力定律来推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。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】对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。【教学难点】1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。【教学课时】1课时【探究学习】引入新课1、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。放映一段录像资料，简单了解卫星的一些资料。（提高学生的学习兴趣）2、在上几节的学习中，大家已经了解了人造卫星在绕地球运行的规律，请大家回忆一下卫星运行的动力学方程。（课件投影）（1）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。（2）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，22MVGR，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，3VRR32RTGM可见高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长提问卫星在地球上空绕行时遵循这样的规律，那卫星是如何发射到地球上空的呢新课讲解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。课件投影。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22MMVGRGMVR结论如果发射速度小于79KM/S，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于79KM/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79KM/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。师生共同讨论在地面附近，物体的万有引力等于重力，此力天空卫星做圆周运动的向心力，能否从这一角度来推导第一宇宙速度呢MGMV2/RV79KM/SGR提出问题我们能否发射一颗周期为70MIN的人造地球卫星呢（提示算一算近地卫星其周期是多少近地卫星由于半径最小，其运行周期最大。）（2）第二宇宙速度大小。1/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79KM/S，而小于112KM/S，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于112KM/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。3167/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112KM/S，而小于167KM/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167KM/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，T24H，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。由得H2RTMRMGRGMT324（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。71063【课堂训练】例1、月球的质量约为地球的1/81，半径约为地球半径的1/4，地球上第一宇宙速度约为79KM/S,则月球上第一宇宙速度月为多少例2、人造地球卫星与地面的距离为地球半径的15倍，卫星正以角速度做匀速圆周运动，地面的重力加速度为，、这三个物理量之间的关系是（GRG）ARG52B52C23DRG25例3、在绕地球做匀速圆周运动的航天飞机的外表面上，有一隔热陶瓷片自动脱落，则陶瓷片的运动情况是平抛运动自由落体运动B仍按原轨道做匀速圆周运动C做速圆周运动，逐渐落后于航天飞机D例一KM/S例二例三761AC【课堂小结】人造地球卫星的动力学原因。宇宙速度。发射速度与运行速度。【板书设计】一、卫星运行的动力学方程FNF引GMM/R2MAMV2/RM2R二、宇宙速度1第一宇宙速度V179KM/S环绕速度推导过程此速度是卫星发射的最小速度,也是卫星运行的最大环绕速度2第二宇宙速度V2112KM/S脱离速度3第三宇宙速度V3167KM/S逃逸速度三、梦想成真中国探索太空的成就第六节经典力学的局限性【教学目标】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。过程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。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【教学课时】1课时【探究学习】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。进行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、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，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。学生A经典力学在微观领域和高速运动领域不再适用；在不同参考系中不能适用；在强引力的情况下，经典的引力理论也是不适用的。学生B因为微观粒子（如电子、质子、中子）在运动时不仅具有粒子性，而且还具有波动性，经典力学不能说明这种现象，所以它不再适用，同时在高速运动领域，由于物体运动速度太快，要导致质量发生变化，而经典力学认为质量是不变的，所以经典力学在高速运动领域内也不再适用学生C从上面分析知牛顿运动定律的适用范围是宏观物体，低速运动。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