“萬(wàn)有引力與航天”復(fù)習(xí)課之解構(gòu)與重建[文檔資料]

“ 萬(wàn)有引力與航天 ” 復(fù)習(xí)課之解構(gòu)與重建 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 2012 年 10月，筆者有幸上了一節(jié)蘇州大市的公開(kāi)課，高三一輪復(fù)習(xí)課 “ 萬(wàn)有引力和航天 ”. 利用此機(jī)會(huì)，我重新對(duì)該章節(jié)進(jìn)行的反復(fù)的專研 . 首先我對(duì)本章整體做一個(gè)分析，由于目前江蘇省物理高考的試卷形式，這一章在整個(gè)高中物理中的地位有點(diǎn)尷尬，首先作為一道獨(dú)立的計(jì)算題出現(xiàn)，似乎可能性不是太大 .而作為一個(gè)比較重要的章節(jié)，在高考題的出現(xiàn)的概率又非常高 .因此，估計(jì)作為一道選擇 題的可能性比較大 .當(dāng)然隨著我國(guó)航天事業(yè)迅猛發(fā)展，像北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，嫦娥系列衛(wèi)星等層出不窮，高考中出現(xiàn)萬(wàn)有引力定律在航天中的應(yīng)用類題型概率不斷增大，譬如在 2008 年高考全國(guó)卷 就以此類問(wèn)題作為壓軸題 . 因此我先對(duì)本章的知識(shí)點(diǎn)做一個(gè)簡(jiǎn)單的梳理，主要有以下內(nèi)容 . 1.開(kāi)普勒三定律 :開(kāi)普勒第一定律 (橢圓軌道定律 ) ，開(kāi)普勒第二定律 (面積定律 ) 開(kāi)普勒第三定律 (周期定律 ) 2.萬(wàn)有引力定律 (內(nèi)容，適用條件，以及萬(wàn)有引力的特點(diǎn) ) 3.萬(wàn)有引力在天文中的應(yīng)用，把天體 (或人造衛(wèi)星 )的運(yùn) 動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)， (1)計(jì)算中心天體的重力加速度， (2)計(jì)算中心天體的質(zhì)量和密度， (3)根據(jù)人造衛(wèi)星的特點(diǎn) ,由 G=Mmr2=mv2r=m2r=m(2T)2r=ma 判斷衛(wèi)星 (或行星 )的繞行線速度、角速度、周期與向心加速度 . 4.三大宇宙速度第一宇宙速度 (環(huán)繞速度 )、第二宇宙速度 (脫離速度 )、第三宇宙速度 (逃逸速度 ) 5.同步衛(wèi)星 同步衛(wèi)星的特點(diǎn)，軌道一定，高度一定，周期一定，速率一定 . 6.衛(wèi)星的變軌問(wèn) 題 一眼看過(guò)去讓人感到內(nèi)容龐雜而無(wú)序，似乎很難入手 .但同時(shí)作為高三的復(fù)習(xí)課，我們又不可能在這里花太多的時(shí)間，那么如何又好又快的復(fù)習(xí)本章內(nèi)容，就擺到了我們的面前 .針對(duì)這些問(wèn)題，我試圖用我對(duì)它的理解，重新對(duì)本章的內(nèi)容進(jìn)行重新整合，梳理打包，力爭(zhēng)用一節(jié)課的時(shí)間，將本章的主線內(nèi)容進(jìn)行一輪復(fù)習(xí) . 同時(shí)作為一節(jié)課改的展示課，我結(jié)合新課程要求，采用了以問(wèn)題帶動(dòng)知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)我的問(wèn)和學(xué)生的答，互動(dòng)探究 .力爭(zhēng)以問(wèn)題互動(dòng)式的形式完成本堂課的教學(xué)內(nèi)容 . 教學(xué)過(guò)程：作為一個(gè)新興的航天大國(guó)，我國(guó)的航天事業(yè) 正如火如荼的展開(kāi)，本堂課的引入，我就采用了近階段的一個(gè)天文熱點(diǎn) 火星探測(cè)，通過(guò)圖片的展示，提出了第一個(gè)問(wèn)題 . 問(wèn)題 12011 年 11月 26日 23 時(shí) 2 分，好奇號(hào)火星探測(cè)器發(fā)射成功，順利進(jìn)入飛往火星的軌道 .2012 年 8 月 6 日成功降落在火星表面，展開(kāi)為期兩年的火星探測(cè)任務(wù) .那么請(qǐng)問(wèn)地球和火星的公轉(zhuǎn)周期哪個(gè)大？ 從而引出了開(kāi)普勒三定律的內(nèi)容 .并且讓學(xué)生回答下面題目 . 例 1 關(guān)于行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的下列說(shuō)法中正確的是 A.所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng) B.所有行星的 軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等 C.離太陽(yáng)越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越大 D.行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)太陽(yáng)位于行星軌道的中心處 問(wèn)題 2 如果不考慮地球自轉(zhuǎn)，那請(qǐng)你根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律說(shuō)明：為什么不同物體在地球表面的重力加速度都是相等的？為什么高山上的重力加速度比地面的小？ 這個(gè)問(wèn)題主要是讓學(xué)生掌握黃金代換公式 GM=gR2,并且理解高度對(duì)重力加速度 g 的影響 . 問(wèn)題 3 考慮地球自轉(zhuǎn)，設(shè)地球的質(zhì)量為 M，赤道半徑R，自轉(zhuǎn)周期 T，則地球赤道上重力加速度的大小 為？ (式中 G為萬(wàn)有引力恒量 ) 例 2 設(shè)地球的質(zhì)量為 M，赤道半徑 R，自轉(zhuǎn)周期 T，則地球赤道上質(zhì)量為 m 的物體所受重力的大小為？ (式中 G 為萬(wàn)有引力恒量 ) 通過(guò)這個(gè)問(wèn)題，我們由此可以得出 GMmR2=mg+m42T2r ， 通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)向心力遠(yuǎn)小于重力，因此黃金代換公式依舊成立，但這只是在地球表面，我們接下來(lái)要研究的是，當(dāng)物體離開(kāi)地球之后的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們?cè)囍盐矬w拋離地面，當(dāng)速度多大的時(shí)候才能不掉到地面？ 問(wèn)題 4 假設(shè)人造衛(wèi)星繞著地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知地球的半徑為 R， 質(zhì)量為 M，萬(wàn)有引力常量為 G，試求出軌道半徑為 r 的衛(wèi)星的線速度、角速度和周期的表達(dá)式 . 設(shè)計(jì)這個(gè)問(wèn)題的初衷，我是想讓學(xué)生能對(duì)人造衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)特征有一個(gè)清楚的了解，試圖讓學(xué)生自己得出公式 GMmr2=mv2r=m2r=m(2T)2r ， 這樣就可以得到衛(wèi)星的速度，進(jìn)而可以計(jì)算它的線速度，角速度，周期和向心加速度等，并且可以得出它們與距離之間的關(guān)系 距離越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)的越慢 . 例 3(2011 年大連測(cè)試 )2010 年 10月 1 日我國(guó)成功發(fā)射“ 嫦娥二號(hào) ” 繞月衛(wèi)星，繞月運(yùn)行高度為 100 公里 .2007 年10月 24日發(fā)射的 “ 嫦娥一號(hào) ” 繞月運(yùn)行高度為 200 公里，如圖 1 所示 .“ 嫦娥二號(hào) ” 衛(wèi)星與 “ 嫦娥一號(hào) ” 衛(wèi)星繞月運(yùn)行相比，下列判斷正確的是 A.周期小，線速度大 B.周期大，加速度小 C.線速度大，加速度小 D.角速度大，線速度大 由此我引領(lǐng)學(xué)生的思想繼續(xù)蔓延開(kāi)來(lái)，如果衛(wèi)星離開(kāi)地球的距離不斷增加，當(dāng)周期達(dá)到 24 h，那么我們是不是就得到了同步衛(wèi)星的軌跡？ (不一定，一定要在赤道平面，同時(shí)周期為 24 h 的衛(wèi)星才是同步衛(wèi)星 ) 問(wèn)題 5 請(qǐng)討論同步衛(wèi)星有什么特點(diǎn)？ 這樣就引出了同步衛(wèi)星的幾個(gè)特征 :(1)軌道平面一定 ；(2)周期一定 ；(3)角速度一定 ；(4)高度一定 ；(5)速率一定 . 例 4 如圖 2 所示，同步衛(wèi)星與地心的距離為 r，運(yùn)行速率為 v1，向心加速度為 a1；地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度為 a2，近地衛(wèi)星速度為 v2，地球半徑為 R，則下列比值正確的是 A.a1a2=rRB.a1a2=(Rr)2 C.v1v2=rRD.v1v2=Rr 例 5 如圖 3 所示，地球赤道上的山丘上有一顆停在發(fā)射塔上的衛(wèi)星 e，近地資源衛(wèi)星 p 和同步通信衛(wèi)星 q 均在赤道平面上繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng) . 請(qǐng)討論 e、 p、 q 三個(gè)點(diǎn)的線速度，角速度，周期和向心加速度大小關(guān)系 . 通過(guò)上面 3 道課堂練習(xí)強(qiáng)化對(duì)上述 5 個(gè)一定的理解 . 問(wèn)題 6 衛(wèi)星都是從近地面發(fā)射，發(fā)射的最小速度多大？速度增大以后衛(wèi)星做什么運(yùn)動(dòng)？ 通過(guò)這個(gè)問(wèn)題我們就引出三大宇宙速度，即近地衛(wèi)星的速度就是我們平時(shí)所講的第一宇宙速度，而當(dāng)發(fā)射速度過(guò)大的時(shí)候，衛(wèi)星做離心運(yùn)動(dòng)，將離開(kāi)地球的束縛，而成為一顆繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的人造行星，這個(gè)臨界速度就是第二宇宙速度 .如果速度更大則將離開(kāi)太陽(yáng)的束縛，飛離 太陽(yáng)系，即第三宇宙速度 . 例 6“ 靜止 ” 在赤道上空的地球同步氣象衛(wèi)星把廣闊視野內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)發(fā)回地面，為天氣預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確、全面和及時(shí)的氣象資料 .設(shè)地球同步衛(wèi)星的軌道半徑是地球半徑的 n倍，下列說(shuō)法中正確的是 A.同步衛(wèi)星運(yùn)行速度是第一宇宙速度的 1/n 倍 B.同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度是地球赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)獲得的速度的 1/n 倍 C.同步衛(wèi)星運(yùn)行速度是第一宇宙速度 1/n 倍 D.同步衛(wèi)星的向心加速度是地球表面重力加速度的 1/n倍 這樣，我基本上能將本章的主要內(nèi)容在 一節(jié)課內(nèi)講完 . 對(duì)本節(jié)課的反思：通過(guò)上面的展示，可以看到我用了 6個(gè)環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題，給學(xué)生展示一個(gè)衛(wèi)星逐漸遠(yuǎn)離我們的過(guò)程，并且通過(guò)此過(guò)程，我們由簡(jiǎn)到難對(duì)本章的主線做了一個(gè)系統(tǒng)的梳理 .本堂課，重點(diǎn)突出了問(wèn)題的逐層遞進(jìn)和與學(xué)生之間的互動(dòng) .同時(shí)我選