新人教版高中物理必修二第六章 万有引力与航天（全章学案）

1、新人教版高中物理必修二 同步学案第六章 万有引力与航天第一节 行星的运动【学习目标】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

2、、感悟科学是人类进步不竭的动力。【学习重点】开普勒行星运动定律【学习难点】对开普勒行星运动定律的理解和应用【学习课时】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：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

3、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? 问2什么是“地心说”?什么是“日心说”? “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 二、开普勒行星运动三定律 问1：古人认为天体做什么运动? 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? 问3：开普勒行星

4、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? （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 ，太阳处在 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?图7.1-1 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

5、阳的连线在相等时间内扫过相等的面积问5：如图7.1-2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？ 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 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图）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

6、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。k水=3.361018k金=3.351018k地=3.311018k火=3.361018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 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

7、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?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。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。第二节 太阳与行星间的

8、引力【学习目标】知识与技能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。【学习重点】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【学习难点】太阳与行星间的引力公式的推导【教学课时】1课时【课堂实录】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

9、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：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

10、、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

11、消去周期t？为何要消去周期t？4、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

12、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。【课堂小结】1、 2、 3、 第三节 万有引力定律【学习目标】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

13、。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】引入新课前面我们已经学习了有关圆周运动的知识，我们知道做圆周运动的物体都需要一个向心力，而向心力是一种效果力，是由物体所受实际力的合力或分力来提供的。另外我们还知道，月球是绕地球做圆周运动的，那么我们想过没有，月球做圆周运动的向心力是由谁来提供的呢？ 我们再来看一个实验：我把一

14、个粉笔头由静止释放，粉笔头会下落到地面。实验：粉笔头自由下落。同学们想过没有，粉笔头为什么是向下运动，而不是向其他方向运动呢？同学可能会说，重力的方向是竖直向下的，那么重力又是怎么产生的呢？地球对粉笔头的引力与地球对月球的引力是不是一种力呢？ 这个问题也是300多年前牛顿苦思冥想的问题，牛顿的结论也是：是。既然地球对粉笔头的引力与地球对月球有引力是一种力，那么这种力是由什么因素决定的，是只有地球对物体有这种力呢，还是所有物体间都存在这种力呢？这就是我们今天要研究的万有引力定律。新课讲解1万有引力定律的推导首先让我们回到牛顿的年代，从他的角度进行一下思考吧。当时“日心说”已在科学界基本否认了“地

15、心说”，如果认为只有地球对物体存在引力，即地球是一个特殊物体，则势必会退回“地球是宇宙中心”的说法，而认为物体间普遍存在着引力，可这种引力在生活中又难以观察到，原因是什么呢？(学生可能会答出：一般物体间，这种引力很小。如不能答出，教师可诱导。)所以要研究这种引力，只能从这种引力表现比较明显的物体天体的问题入手。当时有一个天文学家开普勒通过观测数据得到了一个规律：所有行星轨道半径的3次方与运动周期的2次方之比是一个定值，即开普勒第其中m为行星质量，r为行星轨道半径，即太阳与行星的距离。也就是说，太阳对行星的引力正比于行星的质量而反比于太阳与行星的距离的平方。 而此时牛顿已经得到他的第三定律，即作

16、用力等于反作用力，用在这里，就是行星对太阳也有引力。同时，太阳也不是一个特殊物体，它用语言表述，就是：太阳与行星之间的引力，与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。这就是牛顿的万有引力定律。如果改其中g为一个常数，叫做万有引力恒量。(视学生情况，可强调与物体重力只是用同一字母表示，并非同一个含义。)应该说明的是，牛顿得出这个规律，是在与胡克等人的探讨中得到的。2万有引力定律的理解下面我们对万有引力定律做进一步的说明：(1)万有引力存在于任何两个物体之间。虽然我们推导万有引力定律是从太阳对行星的引力导出的，但刚才我们已经分析过，太阳与行星都不是特殊的物体，所以万有引力存在于任何两个物体之

17、间。也正因为此，这个引力称做万有引力。只不过一般物体的质量与星球相比过于小了，它们之间的万有引力也非常小，完全可以忽略不计。所以万有引力定律的表述是：板书：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 其中m1、m2分别表示两个物体的质量，r为它们间的距离。(2)万有引力定律中的距离r，其含义是两个质点间的距离。两个物体相距很远，则物体一般可以视为质点。但如果是规则形状的均匀物体相距较近，则应把r理解为它们的几何中心的距离。例如物体是两个球体，r就是两个球心间的距离。(3)万有引力是因为物体有质量而产生的引力。从万有引力定律可以看出，物体间的万有引力由相互作用的两个物体的质量决定，所以

18、质量是万有引力的产生原因。从这一产生原因可以看出：万有引力不同于我们初中所学习过的电荷间的引力及磁极间的引力，也不同于我们以后要学习的分子间的引力。3万有引力恒量的测定牛顿发现了万有引力定律，但万有引力恒量g这个常数是多少，连他本人也不知道。按说只要测出两个物体的质量，测出两个物体间的距离，再测出物体间的引力，代入万有引力定律，就可以测出这个恒量。但因为一般物体的质量太小了，它们间的引力无法测出，而天体的质量太大了，又无法测出质量。所以，万有引力定律发现了100多年，万有引力恒量仍没有一个准确的结果，这个公式就仍然不能是一个完善的等式。直到100多年后，英国人卡文迪许利用扭秤，才巧妙地测出了这

19、个恒量。这是一个卡文迪许扭秤的模型。(教师出示模型，并拆装讲解)这个扭秤的主要部分是这样一个t字形轻而结实的框架，把这个t形架倒挂在一根石英丝下。若在t形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力，石英丝就会扭转一个角度。力越大，扭转的角度也越大。反过来，如果测出t形架转过的角度，也就可以测出t形架两端所受力的大小。现在在t形架的两端各固定一个小球，再在每个小球的附近各放一个大球，大小两个球间的距离是可以较容易测定的。根据万有引力定律，大球会对小球产生引力，t形架会随之扭转，只要测出其扭转的角度，就可以测出引力的大小。当然由于引力很小，这个扭转的角度会很小。怎样才能把这个角度测出来呢？卡文迪许在t

20、形架上装了一面小镜子，用一束光射向镜子，经镜子反射后的光射向远处的刻度尺，当镜子与t形架一起发生一个很小的转动时，刻度尺上的光斑会发生较大的移动。这样，就起到一个化小为大的效果，通过测定光斑的移动，测定了t形架在放置大球前后扭转的角度，从而测定了此时大球对小球的引力。卡文迪许用此扭秤验证了牛顿万有引力定律，并测定出万有引力恒量g的数值。这个数值与近代用更加科学的方法测定的数值是非常接近的。卡文迪许测定的g值为6.75410-11，现在公认的g值为6.6710-11。需要注意的是，这个万有引力恒量是有单位的：它的单位应该是乘以两个质量的单位千克，再除以距离的单位米的平方后，得到力的单位牛顿，故应

21、为nm2/kg2。板书：g= 由于万有引力恒量的数值非常小，所以一般质量的物体之间的万有引力是很小的，我们可以估算一下，两个质量50kg的同学相距0.5m时之间的万有引力有多大(可由学生回答：约6.6710-7n)，这么小的力我们是根本感觉不到的。只有质量很大的物体对一般物体的引力我们才能感觉到，如地球对我们的引力大致就是我们的重力，月球对海洋的引力导致了潮汐现象。而天体之间的引力由于星球的质量很大，又是非常惊人的：如太阳对地球的引力达3.561022n。【课堂训练】例题1：我国自行研制发射的“风云一号”“风云二号”气象卫星的运行轨道是不同的。“风云一号”是极地圆形轨道卫星，其轨道平面与赤道平

22、面垂直，周期为12 h，“风云二号”是同步轨道卫星，其运行轨道就是赤道平面,周期为24 h。问：哪颗卫星的向心加速度大？哪颗卫星的线速度大？若某天上午8点，“风云一号”正好通过赤道附近太平洋上一个小岛的上空，那么“风云一号”下次通过该岛上空的时间应该是多少？ 探讨评价：由万有引力定律得：，得：所有运动学量量都是r的函数。我们应该建立函数的思想。运动学量v、a、f随着r的增加而减小，只有t随着r的增加而增加。任何卫星的环绕速度不大于7.9km/s，运动周期不小于85min。学会总结规律，灵活运用规律解题也是一种重要的学习方法。例题2：下列关于地球同步卫星的说法中正确的是：a、为避免通讯卫星在轨道

23、上相撞，应使它们运行在不同的轨道上b、通讯卫星定点在地球赤道上空某处，所有通讯卫星的周期都是24hc、不同国家发射通讯卫星的地点不同，这些卫星的轨道不一定在同一平面上d、不同通讯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。 探讨评价：通讯卫星即地球同步通讯卫星，它的特点是：与地球自转周期相同，角速度相同；与地球赤道同平面，在赤道的正上方，高度一定，绕地球做匀速圆周运动；线速度、向心加速度大小相同。 颗同步卫星就能覆盖地球。第四节 万有引力理论的成就【学习目标】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

24、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【学习重点】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。【学习难点】根据已有条件求中心天体的质量。【教学课时】1课时【课堂实录】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： 教师活动：万有引力定律的发现有着重要的物

25、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g=9.8m/s2，地球半径r =6.4106m，引力常量g=6.6710-11 nm2/kg2，试估算地球的质量。学生活动：

26、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。 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. 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

27、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： 4.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

28、可得三种形式的方程，即 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）m=v2r/g.（2）m=2r3/g.（3）m=42r3/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

29、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1.51011 m，已知引力常量为：g=6.6710-11 nm2/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 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

30、出相应的答案： 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】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

31、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/t2=k,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a=1/2 g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r=6.4103km,g=10m/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

32、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?第五节 宇宙航行【学习目标】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

33、，促使学生树立献身科学的人生价值观。【学习重点】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。【学习难点】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【课堂实录】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。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

34、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 可见： 提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？ 可见： 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

35、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： 结论： 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？mg= mv2/r v= 7.9km/s提出问题：我们能否

36、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 。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： （3）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： 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

37、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，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。 （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=。【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7.9km/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1.5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（ ）：

38、 ： ： ：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 ：仍按原轨道做匀速圆周运动 ：做速圆周运动，逐渐落后于航天飞机【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。第六节 经典力学的局限性【学习目标】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

39、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。【学习重点】牛顿运动定律的适用范围【学习难点】高速运动的物体，速度和质量之间的关系【学习课时】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

40、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： 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： 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