高中物理必修二《萬有引力與航天》精品教案(全章整理)

1、高中物理必修二?萬有引力與航天?精品教案整理第一節(jié)行星的運動教學目標：一知識與技能1、知道地心說和日心說的根本內容.2、知道所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在橢圓的一個焦點上.3、知道所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉周期的二次方的比值都相等,且這個比值與行星的質量無關,但與太陽的質量有關.4、理解人們對行星運動的熟悉過程是漫長復雜的,真理是來之不易的.二過程與方法通過托勒密、哥白尼、第谷布拉赫、開普勒等幾位科學家對行星運動的不同熟悉,了解人類熟悉事物本質的曲折性并加深對行星運動的理解.三情感、態(tài)度與價值觀1 .澄清對天體運動裨秘、模糊的熟悉,掌握人類熟悉自然規(guī)律的科學方法.2

2、.感悟科學是人類進步不竭的動力.教學重點：理解和掌握開普勒行星運動定律,熟悉行星的運動.學好本節(jié)有利于對宇宙中行星的運動規(guī)律的熟悉,掌握人類熟悉自然規(guī)律的科學方法,并有利于對人造衛(wèi)星的學習.教學難點：對開普勒行星運動定律的理解和應用.教學方法：講授法教學過程：一引入新課宇宙中有無數大小不同,形態(tài)各異的天體,由這些天體組成的神秘的宇宙始終是人們渴望了解的領域,人們熟悉天體運動圍繞“天體怎樣運動和“天體為什么這樣運動兩個根本問題進行了長期的探索研究,提出了很多觀點.通過本節(jié)的學習,我們應了解這些觀點,知道行星如何運動.二新課教學一、行星運動的兩種學說1、地心說地心說的代表人物是亞里士多德和托勒玫.

3、他們從人們的日常經驗太陽從東邊升起,西邊落下提出地心說,認為地球是宇宙的中央,并且靜止不動,所有行星圍繞地球作圓周運動.地心說比擬符合當時人們的經驗和宗教神學的思想,成為神學的信條,被人們信奉了一千多年,但它所描述的天體運動,不僅復雜而且以此為依據所得的歷法與實際差異很大.2、日心說日心說的代表人物是哥白尼,他在?天體運行論?一書中,對日心說進行了具體的論述和數學論證.認為太陽是靜止不動的,地球和其他行星圍繞太陽運動.把地球從天體運動的中央位置移到了一個普通的行星的位置.行星運動的描述顯得更簡單、更科學.日心說使科學從神學中解放出來,戰(zhàn)勝了地心說,逐漸被人們接受.但哥白尼固守天體作勻速圓周運動

4、的傳統(tǒng)思想,追求數的和諧與美,他的天體運動模型缺乏深入的物理思考,實際上是一個數學模型.二、開普勒定律開普勒對第谷長期天文觀察的結果進行了創(chuàng)造性的研究與思考,開始他想用哥白尼的太陽系模型說明火星的運行軌道,但與第谷的觀測結果有8分的誤差,從而大膽地摒棄了天體作勻速圓周運動的觀點,從事實中尋找原那么,建立了開普勒定律,對行星的運動作出了更科學、更精確的描述,答復了“天體怎樣運動的問題.1、開普勒第一定律：所有行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽運動,太陽是在這些橢圓的一個焦點上.參照橢圓的半長軸、焦點進行介紹2、開普勒第二定律：太陽和行星的連線在相等的時間內掃過的面積相等.3、開普勒第三定律：

5、所有行星的橢圓軌跡的半長軸的三次方與公轉周期的平方的比值都相等.即與=k,k是與太陽質量有關的恒量,與行星的質量無關.T2注意：1、行星的橢圓軌道都很接近圓,所以在中學階段分析和處理天體運動時,常把橢圓軌道作為圓軌道來處理,這是突出主要因素,忽略次要因素的理想化方法,是研究物理最常用的方法.2、開普勒定律不僅適用于行星,也適用于衛(wèi)星,但這時k應與行星的質量有關.三、例題分析：例1、海王星的公轉周期約為5.19Xl09s,地球的公轉周期為3.16Xl07s,那么海王星與太陽的平均距離約為地球與太陽的平均距離的多少倍R3解：由開普勒第三定律與=k可得:T2RR2R1R23(5.19109)2(3.

6、16107)2二30例2、某一人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動,其軌道半徑為月球繞地球軌道一,1半徑的1,那么此衛(wèi)星運行的周期大約是：3A.14天之間B.48天之間C.816天之間D.1620天之間解：由開普勒第三定律I2=k可得:T2工=回二叵=,T2怩3V273百而T2=27大,貝工=5.2天答案Bo三課堂小結本節(jié)學習的是開普勒行星運動的三定律,其中第一定律反映了行星運動的軌跡是橢圓,第二定律描述了行星在近日點的速率最小,在遠日點的速率最大,第三定律揭示了軌道半長軸與公轉周期的定量關系.在近似計算中可以認為行星都以太陽為圓心做勻速圓周運動.四布置作業(yè)問題與練習1、2、3、4第二節(jié)太陽與行星間的

7、引力教學目標:一知識與技能1、理解太陽與行星間存在引力.2、能根據開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導出太陽與行星間的引力表達式二過程與方法通過推導太陽與行星間的引力公式,體會邏輯推理在物理學中的重要性.三情感、態(tài)度與價值觀感受太陽與行星間的引力關系,從而體會大自然的奧秘.教學重點：據開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導出太陽與行星間的引力公式教學難點：太陽與行星間的引力公式的推導教學方法：教師啟發(fā)、引導,學生自主閱讀、思考,討論、交流學習成果.教學用具：計算機、投影儀等多媒體教學設備教學過程：一復習提問,引入新課提問：開普勒行星運動三條定律的內容是什么第一定律：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢

8、圓,太陽處在橢圓的一個焦點上.第二定律：對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等時間內掃過相等的面積.第三定律：所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等.即：T2比值k是一個與行星無關的常量.總結：通過對開普勒定律的學習,知道了行星運動時所遵循的規(guī)律,即行星怎樣運動的.那么行星為什么要做這樣的運動呢今天我們共同來學習、探討這一問題.(二)新課教學教師引導學生閱讀教材第一、二段,思考下面的問題：在解釋行星繞太陽運動的原因這一問題上,為什么牛頓能夠成功,而其他科學家卻失敗了你認為牛頓成功的關鍵是什么學生閱讀課文,分組討論,從課文中找出相應的答案,選代表發(fā)言.教師點評、總結并引導

9、學生過渡到新課的教學上來.1、太陽對行星的引力教師引導學生閱讀教材,并投影出示以下提綱,讓學生在練習本上獨立推導：(1)行星繞太陽作勻速圓周運動,寫出行星需要的向心力表達式,并說明式中符號的物理意義.(2)行星運動的線速度v與周期T的關系式如何為何要消去v?寫出要消去v后的向心力表達式.(3)如何應用開普勒第三定律消去周期T?為何要消去周期T?(4)寫出引力F與距離r的比例式,說明比例式的意義.教師活動：投影學生的推導過程,一起點評.2、行星對太陽的引力提出問題：行星對太陽的引力與太陽的質量M以及行星到太陽的距離r之間又有何關系請在練習本上用學過的知識推導出來.學生在練習本上用牛頓第三定律推導

10、行星對太陽的引力F與太陽的質量M以及行星到太陽的距離r之間的關系.教師活動：投影學生的推導過程,一起點評.3、太陽與行星間的引力提出問題：綜合以上推導過程,推導出太陽與行星間的引力與太陽質量、行星質量、以及兩者距離的關系式.看看能夠得出什么結論.學生在練習本上推導出太陽與行星間的引力表達式.教師投影學生的推導過程,師生共同點評4、典例探究例：火星繞太陽的運動可看作勻速圓周運動,火星與太陽間的引力提供火星運動的向心力.火星運行的軌道半徑為r,運行的周期為T,引力常量為G,試寫出太陽質量M的表達式.解析：火星與太陽間的引力表達式為F=G粵,式中G為引力常量,M為r太陽質量,m為火星質量,r為軌道半

11、徑.設火星運動的線速度為v,由F提供火星運動的向心力,有2-MmvG=mrr由線速度和周期的關系得太陽質量MGT2三課堂小結其他同學在筆讓學生自己概括總結本節(jié)的內容,請一個同學到黑板上總結,記本上總結,然后請同學評價黑板上的小結內容,之后教師進行電評四布置作業(yè)1、思考課本“說一說欄目中的問題.1、完成“問題與練習中的題目.第三節(jié)萬有引力定律教學目標：1、了解萬有引力定律得出的思路和過程.2、理解萬有引力定律的含義并會推導.3、知道任何物體間都存在著萬有引力,且遵循相同的規(guī)律.教學重點：1、萬有引力定律的推導.2、萬有引力定律的內容及表達公式.教學難點：1、用數學公式描述萬有引力定律.2、計算萬

12、有引力時物體間距離的含義.教學方法：1、對萬有引力定律的推導一采用分析推理、歸納總結的方法.2、對疑難問題的處理-采用講授法、例證法.教學用具：卡文迪許扭秤模型.教學過程：一引入新課上節(jié)課講述了開普勒定律是描述天體運動的根本規(guī)律,答復了行星怎樣運動的問題,提問行星為什么這樣運動是這節(jié)課要研究的問題.二新課教學一、萬有引力定律的推導首先讓我們回到牛頓的年代,從他的角度進行一下思考吧.當時“日心說已在科學界根本否認了“地心說,如果認為只有地球對物體存在引力,即地球是一個特殊物體,那么勢必會退回“地球是宇宙中央的說法,而認為物體間普遍存在著引力,可這種引力在生活中又難以觀察到,原因是什么呢學生可能會

13、答出：一般物體問,這種引力很小.如不能答出,教師可誘導.所以要研究這種引力,只能從這種引力表現比擬明顯的物體一一天體的問題入手.當時有一個天文學家開普勒通過觀測數據得到了一個規(guī)律：所有行星軌道半徑的3次方與運動周期的2次方之比是一個定值,即開普勒第三定律.用公式寫出為；|=k根據圓周運動向心力關系：F=趣口=專些eq3心,j日.4需4/mk用TJR,k代入,得tF=mR(O2=3-jKR其中m為行星質量,R為行星軌道半徑,即太陽與行星的距離.也就是說,太陽對行星的引力正比于行星的質量而反比于太陽與行星的距離的平方.板茄Fee事RJ而此時牛頓已經得到他的第三定律,即作用力與反作用力大小相等,方向

14、相反.用在這里,就是行星對太陽也有引力.同時,太陽也不是一個特殊物體,它和行星之間的引力也應與太陽的質量雌正比,即；Foe罌用語言表述,就是：太陽與行星之間的引力,與它們質量的乘積成正比,與它們距離的平方成反比.這就是牛頓的萬有引力定律.如果改寫為等式,那么為：F=G當R其中G為一個常數,叫做萬有引力恒量.(視學生情況,可強調與物體重力只是用同一字母表示,并非同一個含義.)應該說明的是,牛頓得出這個規(guī)律,是在與胡克等人的探討中得到的.二、萬有引力定律的理解下面我們對萬有引力定律做進一步的說明：(1)萬有引力存在于任何兩個物體之間.雖然我們推導萬有引力定律是從太陽對行星的引力導出的,但剛剛我們已

15、經分析過,太陽與行星都不是特殊的物體,所以萬有引力存在于任何兩個物體之間.也正由于此,這個引力稱做萬有引力.只不過一般物體的質量與星球相比過于小了,它們之間的萬有引力也非常小,完全可以忽略不計.所以萬有引力定律的表述是：板書：任何兩個物體都是相互吸引的,引力的大小跟兩個物體的質量的乘積成正比,跟它們距離的平方成反匕用公式標知F=G-其中m、m2分別表示兩個物體的質量,r為它們間的距離.(2)萬有引力定律中的距離r,其含義是兩個質點間的距離.兩個物體相距很遠,那么物體一般可以視為質點.但如果是規(guī)那么形狀的均勻物體相距較近,那么應把r理解為它們的重心的距離.例如物體是兩個球體,r就是兩個球心間的距

16、離.(3)萬有引力是由于物體有質量而產生的引力.從萬有引力定律可以看出,物體間的萬有引力由相互作用的兩個物體的質量決定,所以質量是萬有引力的產生原因.從這一產生原因可以看出：萬有引力不同于我們初中所學習過的電荷問的引力及磁極間的引力,也不同于我們以后要學習的分子間的引力.三、萬有引力常量的測定牛頓發(fā)現了萬有引力定律,但萬有引力包量G這個常數是多少,連他本人也不知道.按說只要測出兩個物體的質量,測出兩個物體間的距離,再測出物體問的引力,代入萬有引力定律,就可以測出這個恒量.但由于一般物體的質量太小了,它們間的引力無法測出,而大體的質量太大了,又無法測出質量.所以,萬有引力定律發(fā)現了100多年,萬

17、有引力包量仍沒有一個準確的結果,這個公式就仍然不能是一個完善的等式.直到100多年后,英國人卡文迪許利用扭秤,才巧妙地測出了這個包量.這是一個卡文迪許扭秤的模型.(教師出示模型,并拆裝講解)這個扭秤的主要局部是這樣一個T字形輕而結實的框架,把這個T形架倒掛在一根石英絲下.假設在T形架的兩端施加兩個大小相等、方向相反的力,石英絲就會扭轉一個角度.力越大,扭轉的角度也越大.反過來,如果測出T形架轉過的角度,也就可以測出T形架兩端所受力的大小.現在在T形架的兩端各固定一個小球,再在每個小球的附近各放一個大球,大小兩個球間的距離是可以較容易測定的.根據萬有引力定律,大球會對小球產生引力,T形架會隨之扭

18、轉,只要測出其扭轉的角度,就可以測出引力的大小.當然由于引力很小,這個扭轉的角度會很小.怎樣才能把這個角度測出來呢卡文迪許在T形架上裝了一面小鏡子,用一束光射向鏡子,經鏡子反射后的光射向遠處的刻度尺,當鏡子與T形架一起發(fā)生一個很小的轉動時,刻度尺上的光斑會發(fā)生較大的移動.這樣,就起到一個化小為大的效果,通過測定光斑的移動,測定了T形架在放置大球前后扭轉的角度,從而測定了此時大球對小球的引力.卡文迪許用此扭秤驗證了牛頓萬有引力定律,并測定出萬有引力恒量G的數值.這個數值與近代用更加科學的方法測定的數值是非常接近的.卡文迪許測定的G值為6.754X10-11,現在公認的G值為6.67X10-11.

19、需要注意的是,這個萬有引力包量是有單位的：它的單位應該是乘以兩個質量的單位千克,再除以距離的單位米的平方后,得到力的單位牛頓,故應為N-m/kg2.板書：G=6.67X10-11N吊/kg2由于萬有引力包量的數值非常小,所以一般質量的物體之間的萬有引力是很小的,我們可以估算一下,兩個質量50kg的同學相距0.5m時之間的萬有引力有多大可由學生答復：約6.67X10-7N,這么小的力我們是根本感覺不到的.只有質量很大的物體對一般物體的引力我們才能感覺到,如地球對我們的引力大致就是我們的重力,月球對海洋的引力導致了潮汐現象.而天體之間的引力由于星球的質量很大,又是非常驚人的：如太陽對地球的引力達3

20、.56X1022NO三課堂小結本節(jié)課我們學習了萬有引力定律,了解了任何兩個有質量的物體之間都存在著一種引力,這個引力正比于兩個物體質量的乘積,反比于兩個物體間的距離.其大小的決定式為：F二r其中G為萬有引力恒量：G=6.67X10-11NmVkg2另外,我們還了解了科學家分析物體、解決問題的方法和技巧,希望對我們今后分析問題、解決問題能夠有所借鑒.四布置作業(yè)問題與練習1、2、3第四節(jié)萬有引力理論的成就教學目標:一知識與技能1、了解萬有引力定律在天文學上的重要應用.2、會用萬有引力定律計算天體質量.3、理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法.二過程與方法1、通過萬有引力定律推導出計算天體

21、質量的公式.2、了解天體中的知識.三情感、態(tài)度與價值觀體會萬有引力定律在人類熟悉自然界奧秘中的巨大作用,讓學生懂得理論來源于實踐,反過來又可以指導實踐的辯證唯物主義觀點教學重點：1、行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的.2、會用條件求中央天體的質量.教學難點：根據已有條件求中央天體的質量.教學方法：教師啟發(fā)、引導,學生自主閱讀、思考,討論、交流學習成果.教學用具：有關練習題的投影片、計算機、投影儀等多媒體教學設備教學過程：一復習提問,引入新課提問：萬有引力定律的內容及公式是什么公式中的G又是什么G的測定有何重要意義內容：自然界中任何兩個物體都是相互吸引的,引力的大小跟這兩個物體的質量的乘

22、積成正比,跟它們的距離的平方成反比.公式：5=冷.r公式中的G是引力常量,它在大小上等于質量為1kg的兩個物體相距1m時所產生的引力大小,經測定其值為6.67X1011N-m2/kg2.總結：萬有引力定律的發(fā)現有著重要的物理意義：它對物理學、大文學的發(fā)展具有深遠的影響；它把地面上物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律統(tǒng)一起來；對科學文化開展起到了積極的推動作用,解放了人們的思想,給人們探索自然的奧秘建立了極大信心,人們有水平理解大地間的各種事物.這節(jié)課我們就共同來學習萬有引力定律在天文學上的應用.(二)新課教學1、“科學真實迷人引導學生閱讀教材“科學真實迷人局部的內容,思考問題投影出示:(1)推導出地

23、球質量的表達式,說明卡文迪許為什么能把自己的實驗說成是“稱量地球的重量(2)設地面附近的重力加速度g=9.8m/s2,地球半徑R=6.4X106r引力常量G=6.67x10-11Nm/kg2,試估算地球的質量.學生閱讀課文,推導出地球質量的表達式,在練習本上進行定量計算.教師投影學生的推導、計算過程,師生一起點評.gR29.8(6.4106)224,M=-=610kgG6.67102、計算天體的質量引導學生閱讀教材“天體質量的計算局部的內容,同時思考以下問題投影出示.(1)應用萬有引力定律求解天體質量的根本思路是什么(2)求解天體質量的方程依據是什么學生閱讀課文第一局部,從課文中找出相應的答案

24、.(1)應用萬有引力定律求解天體質量的根本思路是：根據環(huán)繞天體的運動情況,求出其向心加速度,然后根據萬有引力充當向心力,進而列方程求解.(2)從前面的學習知道,天體之間存在著相互作用的萬有引力,而行星(或衛(wèi)星)都在繞恒星(或行星)做近似圓周的運動,而物體做勻速圓周運動時合力充當向心力,故對于天體所做的圓周運動的動力學方程只能是萬有引力充當向心力,這也是求解中央天體質量時列方程的根源所在.教師引導學生深入探究,讓學生結合課文知識以及前面所學勻速圓周運動的知識,加以討論、綜合,然后思考以下問題投影出示.(1)天體實際做何運動而我們通?？烧J為做什么運動(2)描述勻速圓周運動的物理量有哪些(3)根據環(huán)

25、繞天體的運動情況求解其向心加速度有幾種求法(4)應用天體運動的動力學方程一一萬有引力充當向心力求出的天體質量有幾種表達式各是什么各有什么特點(5)應用此方法能否求出環(huán)繞天體的質量學生分組討論,得出答案.(1)天體實際運動是沿橢圓軌道運動的,而我們通常情況下可以把它的運動近似處理為圓形軌道,即認為大體在做勻速圓周運動.(2)在研究勻速圓周運動時,為了描述其運動特征,我們引進了線速度v,角速度,周期T三個物理量.(3)根據環(huán)繞天體的運動狀況,求解向心加速度有三種求法.即：2a心=二r(2)a心=,ra心=4冗2r/T(4)應用天體運動的動力學方程一一萬有引力充當向心力,結合圓周運動向心加速度的三種

26、表述方式可得三種形式的方程,即 F引=GM=F心=maD=mv2-.r2r即:即:Mmv2G2-二mrr F引=6粵=5emamco2rr2Mm21G2-=mco-rrF引=6粵二5心ma心m42即：GMm=m4-Lr2T2從上述動力學方程的三種表述中,可得到相應的天體質量的三種表達形式:M=v2r/G. M=Jr3/G M=47t2r3/GT.上述三種表達式分別對應在環(huán)繞天體的線速度v,角速度,周期T時求解中央天體質量的方法.以上各式中M表示中央天體質量,m表示環(huán)繞天體質量,r表示兩天體間距離,G表示引力常量. 5)從以上各式的推導過程可知,利用此法只能求出中央天體的質量,而不能求環(huán)繞天體的

27、質量,由于環(huán)繞天體的質量同時出現在方程的兩邊,已被約掉.總結：從上面的學習可知,在應用萬有引力定律求解天體質量時,只能求解中央天體的質量,而不能求解環(huán)繞天體的質量.而在求解中央天體質量的三種表達式中,最常用的是周期求質量的方程.由于環(huán)繞天體運動的周期比擬容易測量.3、發(fā)現未知天體教師引導學們閱讀課文“發(fā)現未知天體局部的內容,并思考：應用萬有引力定律除可估算天體質量外,還可以在天文學上有何應用學生閱讀課文,從課文中找出相應的答案：應用萬有引力定律還可以用來發(fā)現未知的天體.教師引導學生深入探究：人們是怎樣應用萬有引力定律來發(fā)現未知天體的發(fā)表你的看法.學生討論并發(fā)表見解：人們在長期的觀察中發(fā)現天王星

28、的實際運動軌道與應用萬有引力定律計算出的軌道總存在一定的偏差,所以疑心在天王星周圍還可能存在有行星,然后應用萬有引力定律,結合對天王星的觀測資料,便計算出了另一顆行星的軌道,進而在計算的位置觀察新的行星.總結：萬有引力定律的發(fā)現,為天文學的開展起到了積極的作用,用它可以來計算天體的質量,同時還可以來發(fā)現未知天體.4、典例探究例1:某人在某一星球上以速度v豎直上拋一物體,經時間t落回拋出點,該星球的半徑為R,假設要在該星球上發(fā)射一顆靠近該星運轉的人造星體,那么該人造星體的速度大小為多少解析：星球外表的重力加速度g=；=Ntt2人造星體靠近該星球運轉時：mg=G*=嗎M星球質量.m人造星體質量所以

29、v項=,平例2、一艘宇宙飛船繞一個不知名的、半徑為R的行星外表飛行,環(huán)繞一周飛行時間為T.求該行星的質量和平均密度.解析：設宇宙飛船的質量為m行星的質量為M宇宙飛船圍繞行星的中央做勻速圓周運動.GT2又v=*rR3所以M3二=2VGT2三課堂小結學生自己概括總結本節(jié)的內容并與同學交流四布置作業(yè)完成“問題與練習中的題目.第五節(jié)宇宙航行教學目標:一知識與技能1 、了解人造衛(wèi)星的有關知識.2 、知道三個宇宙速度的含義,會推導第一宇宙速度.二過程與方法通過用萬有引力定律推導第一宇宙速度.培養(yǎng)學生運用知識解決問題的能力.三情感、態(tài)度與價值觀1 、通過介紹我國在衛(wèi)星發(fā)射方面的成就,激發(fā)學生的愛國熱情.2

30、、感知人類探索宇宙的夢想.促使學生樹立獻身科學的人生價值觀.教學重點：第一宇宙速度的推導教學難點：運行速率與軌道半徑之間的關系.教學方法：探究、講授、討論、練習教學用具：錄像資料、多媒體課件教學過程：一引入新課1957年前蘇聯發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星,開創(chuàng)了人類航天時代的新紀元.我國在70年代發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來,相繼發(fā)射了多顆不同種類的衛(wèi)星,掌握了衛(wèi)星回收技術和“一箭多星技術,99年發(fā)射了“神舟號試驗飛船.這節(jié)課,我們要學習有關人造地球衛(wèi)星的知識.二新課教學1、牛頓的設想1牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪.設想在高山上有一門大炮,水平發(fā)射炮彈,初速度越大,水平射程就越大,可以想象當初速度足夠大時,這顆

31、炮彈將不會落到地面,將和月球一樣成為地球的一顆衛(wèi)星.(2)人造衛(wèi)星繞地球運行的動力學原因.人造衛(wèi)星在繞地球運行時,只受到地球對它的萬有引力作用,人造衛(wèi)星作圓周運動的向心力由萬有引力提供.(3)人造衛(wèi)星的運行速度.設地球質量為M,衛(wèi)星質量為限軌道半徑為r,由于萬有引力提供向心力,那么2-MmvG-2-=m,rr可見:v=GM高軌道上運行的衛(wèi)星,線速度小.提出問題：角速度和周期與軌道半徑的關系呢?vr可見：高軌道上運行的衛(wèi)星,角速度小,周期長.引入：高軌道上運行的衛(wèi)星速度小,是否發(fā)射也容易呢這就需要看衛(wèi)星的發(fā)射速度,而不是運行速度2、宇宙速度(1)第一宇宙速度推導：問題：牛頓實驗中,炮彈至少要以多

32、大的速度發(fā)射,才能在地面附近繞地球做勻速圓周運動地球半徑為6370km分析：在地面附近繞地球運行,軌道半徑即為地球半徑.由萬有引力提供向心力：MmR2V2=m一,RpMm又.mg=Gr2,一=.gr=7.9km/s結論：如果發(fā)射速度小于7.9km/s,炮彈將落到地面,而不能成為一顆衛(wèi)星；發(fā)射速度等于7.9km/s,它將在地面附近作勻速圓周運動；要發(fā)射一顆運行半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星,發(fā)射速度必須大于7.9km/so可見,向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難.意義：第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運動所必須具有的最小速度,所以也稱為環(huán)繞速度.(2)第二宇宙速度大小v2=1

33、1.2km/s.意義：使衛(wèi)星掙脫地球的束縛,成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度,也稱為脫離速度.注意：發(fā)射速度大于7.9km/s,而小于11.2km/s,衛(wèi)星繞地球運動的軌跡為橢圓；等于或大于11.2km/s時,衛(wèi)星就會脫離地球的引力,不再繞地球運行.(3)第三宇宙速度.大小：v3=16.7km/s.意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度,也稱為逃逸速度.注意：發(fā)射速度大于11.2km/s,而小于16.7km/s,衛(wèi)星繞太陽作橢圓運動,成為一顆人造行星.如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s,衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛,飛到太陽系以外的空間.3、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度(1)發(fā)射速度：

34、發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度,一旦發(fā)射后再無能量補充,要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星,發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度.(2)運行速度：運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度.當衛(wèi)星貼著地面飛行時,運行速度等于第一宇宙速度,當衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時,運行速度小于第一宇宙速度.4、同步衛(wèi)星所謂同步衛(wèi)星,是相對于地面靜止的,和地球具有相同周期的衛(wèi)星,T=24h,同步衛(wèi)星必須位于赤道上方距地面高h處,并且h是一定的.同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星.由6m單2得：H察-RT為地球自轉周期,MR分別為地球的質量,半徑.代入數值得h=3.6Ml07m.5、夢想成真展示問題師：探索宇宙的奧

35、秘,奔向廣闊而遙遠的太空,是人類自古以來的夢想,那么夢想成真了嗎請同學們閱讀教材“夢想成真局部.生：1957年10月4日,世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功.1961年4月12日,蘇聯空軍少校加加林進入了“東方一號載人飛船.火箭點火起飛繞地球飛行一圈,歷時108min,然后重返大氣層,平安降落在地面上,鑄就了人類進入太空的豐碑.1969年7月16日9時32分,“阿波羅11號成功登臨月球,蛾人航天技術迅速開展.1992年,中國載人航天工程正式啟動.2003年10月15日9時,我國“神舟五號宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中央成功發(fā)射,把中國第一位航天員楊利偉送人太空.飛船繞地球飛行14圈后,于10月16日6

36、時23分平安降落在內蒙古主著陸場.這次成功發(fā)射實現了中華民族千年的飛天夢想,標志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家,為進一步的空間科學研究奠定了堅實的根底.伴隨著“神舟五號的發(fā)射成功,中國已正式啟動“嫦娥工程,開始了宇宙探索的新征程.6、例題分析例1、有兩顆人造衛(wèi)星,都繞地球做勻速圓周運行,它們的軌道半徑之比r1：2=4:1,求這顆衛(wèi)星的：線速度之比；角速度之比；周期之比；向心加速度之比解：由GMmrGM所以v1:v2=1:2由GMmrGMr3所以必:02=1:8一2二一由T=得T1:T2=8:1co由GMm-=ma得2:a2=1:16r例2、地球半徑為6400km在貼近地表

37、附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星速度為7.9X103m/s,那么周期為多大估算地球的平均密度.2二R解：T=5087s=84.8min；v由G2Mm4二_r=m-RR2T2自：一M37：33D=-2=5.410kg/m4二R3GT23思考：能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星?三課堂小結人造地球衛(wèi)星的動力學原因三個宇宙速度.發(fā)射速度與運行速度.四布置作業(yè)問題與練習1、2、3第六節(jié)經典力學的局限性教學目標：一知識與技能1 、知道牛頓運動定律的適用范圍.2 、了解經典力學在科學研究和生產技術中的廣泛應用.3 、知道質量與速度的關系,知道高速運動中必須考慮速度的變化.二過程與方法通過閱讀課文體

38、會一切科學都有自己的局限性,新的理論會不斷完善和補充舊的理論,人類對科學的熟悉是無止境的.三情感、態(tài)度與價值觀通過對牛頓力學適用范圍的討論,使學生知道物理中的結論和規(guī)律一般都有其適用范圍,熟悉知識的變化性和無窮性,培養(yǎng)獻身于科學的時代精神.教學重點：牛頓運動定律的適用范圍教學難點：高速運動的物體,速度和質量之間的關系.教學方法：探究、講授、討論、練習教學用具：錄像資料,多媒體課件教學過程：一引入新課師：自從17世紀以來,以牛頓運動定律為根底的經典力學不斷開展,如：在宏觀、低速、弱引力的廣闊領域,包括天體力學的研究中取得了巨大的成就.經典力學在科學研究和生產技術中有了廣泛的應用,如,從地面物體的

39、運動到天體的運動,從大氣的流動到地殼的變動,從攔河筑壩、修建橋梁到設計各種機械；從自行車到汽車、火車、飛機等各種交通工具：從投出的籃球到發(fā)射火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船從而證實了牛頓運動定律的正確性.但是,經典力學也不是萬能的,像一切科學一樣,它沒有也不會窮盡一切真理,它也有自己的局限性.它像一切科學理論一樣,是一部“未完成的交響曲.那么經典力學在什么范圍內適用呢有怎樣的局限性呢這節(jié)課我們就來了解這方面的知識.二新課教學一、從低速到高速(展示問題)師：請同學們閱讀教材“從低速到高速局部.答復低速與高速的概念、質速關系、速度合成與兩個公設.生：低速到高速的概念,通常所見的物體的運動皆為低速運動,如行

40、駛的汽車,發(fā)射的導彈、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等.有些微觀粒子在一定條件下其速度可以與光速相接近,這樣的速度稱為高速.質速關系是：在經典力學中,物體的質量是不變的,但愛因斯坦的狹義相對論指出,物體的質量隨速度的增大而增大,即m=fr1_vc2其中mo為靜止質量,m是物體速度為v時的質量,c是真空中的光速.例如：(1)v=0.8c時,物體的質量約增大到靜止質量的1.7倍,這時經典力學就不再適用了.(2) 如地球以v=30km/s的速度繞太陽公轉時,m=l.010lOlmo,它的質量增大十分微小,可以忽略不計.速度合成與兩個公設.一條河流中的水以相對河岸的速度v水岸流動,河中的船以相對于河水的速度v船水

41、順流而下.在經典力學中,船相對于岸的速度即為v船岸=v船水+v水岸經驗告訴我們,這簡直是天經地義的.但是,仔細一看,這個關系式涉及兩個不同的慣性參考系,而速度總是與位移(空間長度)及時間間隔的測量相聯系.在牛頓看來,位移和時間的測量與參考系無關,正是在這種時空的觀念下,上式才成立.然而,相對論認為,同一過程的位移和時間的測量在不同的參考系中是不同的,因而上式不能成立,經典力學也就不再適用了.(1)相對性原理：物理規(guī)律在一切慣性參考系中都具有相同的形式.(2)光速不變原理：在一切慣性參考系中,測量到的真空中的光速都一樣.二、從宏觀到微觀師：請同學們閱讀教材“從宏觀到微觀局部,并說明經典力學是適用

42、于宏觀物體還是微觀物體生：19世紀末到20世紀初,人們相繼發(fā)現了電子、質子、中子等微觀粒子,發(fā)現它們不僅具有粒子性,面且具有波動性,它們的運動規(guī)律不能用經典力學描述.20世紀20年代,建立了量子力學,它能夠正確地描述微觀粒子運動的規(guī)律性,并在現代科學技術中發(fā)揮了重要作用.經典力學一般不適用于微觀粒子.師：相對論和量子力學的出現,是否表示經典力學失去了意義生：相對論和量子力學的出現,說明人類對自然界的熟悉更加廣泛和深入,而不表示經典力學失去了意義.它只是使人們熟悉到經典力學有它的適用范圍：只適用于低速運動,不適用于高速運動,只適用于宏觀世界,不適用于微觀世界.三,從弱引力到強引力展示問題師：請同

43、學們閱讀教材“從弱引力到強引力局部,并答復以下問題：何為弱引力何為強引力生：萬有引力屬于弱引力.利用萬有引力定律可以解釋天體的運動,并預言和發(fā)現了海王星和冥王星,首次把天上的星體運動規(guī)律與地面物體的運動規(guī)律統(tǒng)一起來.愛因斯坦引力理論說明,當天體半徑減小到一定程度時太陽的引力半徑為3km,地球的引力半徑為1m,天體間的引力就趨于無窮大.討論與交流展示問題(1) 實際的天文觀測,行星的運行軌道并不是嚴格閉合的,它們的近日點在不斷地旋進.經典力學的解釋令人滿意嗎用什么理論來圓滿地進行了解釋投影生：按牛頓的萬有引力定律推算,行星的運動應該是一些橢圓或圓,行星沿著這些橢圓或圓做周期性運動,與實際觀測結果不符.經典力學也能作出一些解釋,但是,水星旋進的實際觀測值比經典力學的預言值多.經典力學的解釋不能令人滿意.愛因斯坦根據廣義相對論計算出水星近日點的旋進還應有43的附加值,同時還預言了光線在經過大質量的星體附近時,如經過太陽附近時會發(fā)生偏轉現