高中物理必修二第六章 萬有引力與航天 教案

1、授課班級：計劃課時：6.1行星的運動三維教學(xué)目標1、知識與技能（1）知道地心說和日心說的基本內(nèi)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(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等，且這個比值與行星的質(zhì)量無關(guān)，但與太陽的質(zhì)量有關(guān)；（4）理解人們對行星運動的認識過程是漫長復(fù)雜的，真理是來之不易的。2、過程與方法：過托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、開普勒等幾位科學(xué)家對行星運動的不同認識，了解人類認識事物本質(zhì)的曲折性并加深對行星運動的理解。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）澄清對天體運動裨秘、模糊的認識，掌握人類認識自然規(guī)律的科學(xué)方法。

2、（2）感悟科學(xué)是人類進步不竭的動力。教學(xué)重點：理解和掌握開普勒行星運動定律，認識行星的運動。學(xué)好本節(jié)有利于對宇宙中行星的運動規(guī)律的認識，掌握人類認識自然規(guī)律的科學(xué)方法，并有利于對人造衛(wèi)星的學(xué)習(xí)。教學(xué)難點：對開普勒行星運動定律的理解和應(yīng)用，通過本節(jié)的學(xué)習(xí)可以澄清人們對天體運動神秘、模糊的認識。教學(xué)方法：探究、講授、討論、練習(xí)教具準備： 教學(xué)過程：第一節(jié) 行星的運動（一）新課導(dǎo)入多媒體演示：天體運動的圖片瀏覽。（二）新課教學(xué)1、“地心說”和“日心說”之爭2、開普勒行星運動定律運 第一定律：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。這一定律說明了行星運動軌跡的形狀，不同的行星繞大陽

3、運行時橢圓軌道相同嗎？（不同）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(nèi)掃過相等的面積。如圖所示，行星沿著橢圓軌道運行，太陽位于橢圓的一個焦點上，如果時間間隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面積A=面積B。由此可見，行星在遠日點a的速率最小，在近日點b的速率最大。 第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。由于行星的橢圓軌道都跟圓近似，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，在這種情況下，若用R代表軌道半徑，T代表公轉(zhuǎn)周期，開普勒第三定律可以用下面的公式表示： 比值k是一個與行星無關(guān)的恒量， 只與太陽有關(guān)。給出太陽系九大行星平均

4、軌道半徑和周期的數(shù)值，供學(xué)生課后驗證。課堂探究（1）播放行星繞橢圓軌道運動的課件，使學(xué)生對行星的運動有一個簡單的感性認識。（2）出示九大行星軌道掛圖，使學(xué)生對多數(shù)行星的軌道與圓十分接近有一個感性認識。課堂訓(xùn)練（1）下列說法正確的是( )A.地球是宇宙的中心，太陽、月亮及其他行星都繞地球運動B.太陽是宇宙的中心，所有天體都繞太陽運動C.太陽是靜止不動的，地球和其他行星都繞太陽運動D.“地心說”和哥白尼提出的“日心說”現(xiàn)在看來都是不正確的（2）已知木墾繞太陽公轉(zhuǎn)的周期是地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期的12倍則木星繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的半長軸為地球公轉(zhuǎn)軌道半長軸的（）倍。參考答案：1答案：D 分析；“地心說”是錯誤的

5、，所以A不正確太陽系在銀河系中運動，銀河系也在運動，所以，B、C不正確，D正確。 2答案：5243、小結(jié)：本節(jié)學(xué)習(xí)的是開苦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(zhuǎn)周期的定量關(guān)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。4、作業(yè)布置：授課備注（教學(xué)班級的授課具體時間、教師自由調(diào)整內(nèi)容、課堂教學(xué)記錄等。）板書設(shè)計：第一節(jié) 行星的運動1、地心說和日心說2、第一定律：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、第二定律：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等時

6、間內(nèi)掃過相等的面積。4、開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。課后小結(jié)與反思：授課班級：計劃課時：6.2太陽與行星間的引力 6.3萬有引力定律三維教學(xué)目標1、知識與技能（1）理解太陽與行星間引力的存在；（2）能根據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力表達式；（3）了解萬有引力定律得出的思路和過程，理解萬有引力定律的含義，掌握萬有引力定律的公式；（4）知道任何物體間都存在著萬有引力，且遵循相同的規(guī)律。2、過程與方法（1）通過推導(dǎo)太陽與行星間的引力公式，體會邏輯推理在物理學(xué)中的重要性；（2）體會推導(dǎo)過程中的數(shù)量關(guān)系。3、情感、態(tài)度與價值

7、觀：感受太陽與行星間的引力關(guān)系，從而體會大自然的奧秘。教學(xué)重點：據(jù)開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力公式，記住推導(dǎo)出的引力公式。教學(xué)難點：太陽與行星間的引力公式的推導(dǎo)過程。教學(xué)方法：探究、講授、討論、練習(xí)教具準備：教學(xué)過程：萬有引力定律（一）引入新課請同學(xué)們從運動的描述角度思考，開普勒行星運動定律的物理意義？開普勒在1609和1619年發(fā)表了行星運動的三個定律，解決了描述行星運動的問題，但好奇的人們，面向天穹，深情地叩問：是什么力量支配著行星繞著太陽做如此和諧而有規(guī)律的運動呢？ （第一定律揭示了描述行星運動的參考系、及其運動軌跡；第二定律揭示了行星在橢圓軌道上運動經(jīng)過不同

8、位置的快慢情況，近日點附近速度大，遠日點附近速度?。坏谌桑航沂玖瞬煌行请m然橢圓軌道和環(huán)繞周期不同，但由于中心天體相同，所以共同遵循軌道半長軸的三次方與周期的二次方比值相同的規(guī)律。）復(fù)習(xí)開普勒定律（二）新課教學(xué)1、萬有引力定律2、萬有引力定律（1）定律的推導(dǎo)（2）萬有引力定律內(nèi)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(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比。公式：如果用m1和m2表示兩個物體的質(zhì)量，用r表示它們的距離，那么萬有引力定律可以用下面的公式來表示 既然自然界中任何兩個物體之間都存在引力，為什么我們感覺不到旁邊同學(xué)的引力？（下面我們粗略的來計算一下兩個質(zhì)

9、量為50kg，相距0.5m的人之間的引力。）提示：那么這個力的大小到底是怎么樣一個概念呢，其實他相當于提起一個質(zhì)量比頭發(fā)絲還小的物體所用的力，因此我們很難察覺。但它對于質(zhì)量較大的物體來說，就不可忽視了。說明：（1）G為引力常量，在SI制中，G6.67×1011N·m2/kg2。（這個引力常量的出現(xiàn)要比萬有引力定律晚一百多年哪！是英國的物理學(xué)家卡文迪許測出來的），我們下節(jié)課就要學(xué)習(xí)。為什么說是粗略？（2）萬有引力定律中的物體是指質(zhì)點而言，不能隨意應(yīng)用于一般物體。對于相距很遠因而可以看作質(zhì)點的物體，公式中的r 就是指兩個質(zhì)點間的距離；對均勻的球體，可以看成是質(zhì)量集中于球心上的質(zhì)

10、點，這是一種等效的簡化處理方法。（3）萬有引力定律建立的重要意義17世紀自然科學(xué)最偉大的成果之一，它把地面上的物體運動的規(guī)律和天體運動的規(guī)律統(tǒng)一了起來，對以后物理學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展具有深遠的影響，而且它第一次揭示 了自然界中的一種基本相互作用的規(guī)律，在人類認識自然的歷史上樹立了一座里程碑。3、作業(yè)布置：授課備注（教學(xué)班級的授課具體時間、教師自由調(diào)整內(nèi)容、課堂教學(xué)記錄等。）板書設(shè)計：課后小結(jié)與反思：授課班級：計劃課時：6.4萬有引力的成就三維教學(xué)目標1、知識與技能（1）了解地球表面物體的萬有引力兩個分力的大小關(guān)系，計算地球質(zhì)量；（2）行星繞恒星運動、衛(wèi)星的運動的共同點：萬有引力作為行星、衛(wèi)星圓周運

11、動的向心力，會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量；（3）了解萬有引力定律在天文學(xué)上有重要應(yīng)用。2過程與方法：（1）培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)分析找到事物的主要因素和次要因素的一般過程和方法；（2）培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)事件的之間相似性采取類比方法分析新問題的能力與方法；（3）培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)建立模型的能力與方法。3情感態(tài)度與價值觀：（1）培養(yǎng)學(xué)生認真嚴禁的科學(xué)態(tài)度和大膽探究的心理品質(zhì)；（2）體會物理學(xué)規(guī)律的簡潔性和普適性，領(lǐng)略物理學(xué)的優(yōu)美。教學(xué)重點：地球質(zhì)量的計算、太陽等中心天體質(zhì)量的計算。教學(xué)策略：通過數(shù)據(jù)分析、類比思維、歸納總結(jié)建立模型來加深理解。教學(xué)難點：根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量。教學(xué)方法：探究、講授、討論、

12、練習(xí)教具準備： 教學(xué)過程：第四節(jié) 萬有引力的成就（一）導(dǎo)入新課萬有引力常量的測出的物理意義？（使萬有引力定律有了其實際意義，可以求得地球的質(zhì)量，萬有引力常量一經(jīng)測出，萬有引力定律對天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動作用，這節(jié)課我們來討論萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。）（二）新課教學(xué)1、地球質(zhì)量了解地球表面物體的重力與地球?qū)ξ矬w的萬有引力的關(guān)系。多媒體投影圖：物體m在緯度為的位置，萬有引力指向地心，分解為兩個分力：m隨地球自轉(zhuǎn)圍繞地軸運動的向心力和重力。給出數(shù)據(jù)：地球半徑R、緯度（取900）、地球自轉(zhuǎn)周期T，計算兩個分力的大小比值，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：向心力遠小于重力，萬有引力大小近似等于重力。因此不考慮

13、（忽略）地球自轉(zhuǎn)的影響，地球質(zhì)量： 2、太陽質(zhì)量應(yīng)用萬有引力可算出地球的質(zhì)量，能否算出太陽的質(zhì)量是多少？提問：行星做圓周運動的向心力的來源是什么？是否需要考慮九大行星之間的萬有引力？太陽質(zhì)量：，與行星質(zhì)量m無關(guān)。3、發(fā)現(xiàn)未知天體閱讀課本“發(fā)現(xiàn)未知天體”。多媒體投影海王星、冥王星圖片。4、小結(jié)：兩個基本知識：（1）地球表面，不考慮（忽略）地球自轉(zhuǎn)的影響，物體的重力近似等于萬有引力：地球質(zhì)量，（2）建立模型求中心天體質(zhì)量，圍繞天體做圓周運動的向心力為中心天體對圍繞天體的萬有引力，通過圍繞天體的運動半徑和周期求中心天體的質(zhì)量。，中心天體質(zhì)量，5、作業(yè)布置：授課備注（教學(xué)班級的授課具體時間、教師自由調(diào)

14、整內(nèi)容、課堂教學(xué)記錄等。）板書設(shè)計：第四節(jié) 萬有引力的成就1、地球質(zhì)量M地球表面，不考慮（忽略）地球自轉(zhuǎn)的影響，地球質(zhì)量2、太陽質(zhì)量中心天體質(zhì)量（1）太陽質(zhì)量M，行星質(zhì)量m，軌道半徑r行星與太陽的距離，行星公轉(zhuǎn)角速度，公轉(zhuǎn)周期T，則，太陽質(zhì)量，與行星質(zhì)量m無關(guān)。（2）建立模型求中心天體質(zhì)量。課后小結(jié)與反思：授課班級：計劃課時：6.5宇宙航行三維教學(xué)目標1、知識與技能（1）了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識；（2）知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度。2、過程與方法：通過用萬有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速度，培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決問題的能力。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）通過介紹我國在衛(wèi)星發(fā)射方面的情況激發(fā)學(xué)生

15、的愛國熱情；（2）感知人類探索宇宙的夢想促使學(xué)生樹立獻身科學(xué)的人生價值觀。教學(xué)重點：第一宇宙速度的推導(dǎo)。教學(xué)難點：運行速率與軌道半徑之間的關(guān)。教學(xué)方法：探究、講授、討論、練習(xí)教具準備： 教學(xué)過程：第五節(jié) 宇宙航行（一）引入新課1957年前蘇聯(lián)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(shù)和“一箭多星”技術(shù)，99年發(fā)射了“神舟”號試驗飛船。這節(jié)課，我們要學(xué)習(xí)有關(guān)人造地球衛(wèi)星的知識。（二）進行新課1、牛頓的設(shè)想（1）牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪。設(shè)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

16、以想象當初速度足夠大時，這顆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(xué)原因。人造衛(wèi)星在繞地球運行時，只受到地球?qū)λ娜f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(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，由于萬有引力提供向心力，則，2、宇宙速度（1）第一宇宙速度推導(dǎo)：問題：牛頓實驗中，炮彈至少要以多大的速度發(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： 得： 又 結(jié)論：如果發(fā)射速度小于7.9km/s，炮彈將落到地面，而不能成

17、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/s?？梢?，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速度，所以也稱為環(huán)繞速度。（2）第二宇宙速度：大小。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?。骸Ｒ饬x：使衛(wèi)星掙脫太陽

18、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：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。（3）同步衛(wèi)星所謂

19、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。由得：h= （T為地球自轉(zhuǎn)周期，M、R分別為地球的質(zhì)量，半徑）。代入數(shù)值得h=。例題分析例題1：有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運行，已知它們的軌道半徑之比r1：r24：1，求：（1）這顆衛(wèi)星的線速度之比；（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比？解：（1）由得，所以（2）由得，所以（3）由得（4）由得例題2：地球半徑為6400km，在貼近地表附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星速度為7.9×103m/s，則周期為多大？估算地球的

20、平均密度。解：（1）；（2）由，得；思考：能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星？4、夢想成真 1961年4月12日，蘇聯(lián)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，安全降落在地面上，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(shù)迅速發(fā)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)射中心成功發(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時23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場。這次成功發(fā)射

21、實現(xiàn)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(xué)研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。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。5、作業(yè)布置：授課備注（教學(xué)班級的授課具體時間、教師自由調(diào)整內(nèi)容、課堂教學(xué)記錄等。）板書設(shè)計：第五節(jié) 宇宙航行1、宇宙速度 7.9km/s 11.2km/s 16.7km/s 第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，是在軌道上運行的最大速度。2、人造地球衛(wèi)星3、同步衛(wèi)星：定點在赤道上空，周期T、高度h、線速度v一定。T=24h h=36000km v=3.1km/s4、夢想成真（1）世界的成就（

22、2）中國的成就課后小結(jié)與反思：授課班級：計劃課時：6.6經(jīng)典力學(xué)的局限性三維教學(xué)目標1、知識與技能（1）知道牛頓運動定律的適用范圍；（2）了解經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用；（3）知道質(zhì)量與速度的關(guān)系，知道高速運動中必須考慮速度隨時。2、過程與方法：通過閱讀課文體會一切科學(xué)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(xué)的認識是無止境的。3、情感、態(tài)度與價值觀：通過對牛頓力學(xué)適用范圍的討論，使學(xué)生知道物理中的結(jié)論和規(guī)律一般都有其適用范圍，認識知識的變化性和無窮性，培養(yǎng)獻身于科學(xué)的時代精神。教學(xué)重點：牛頓運動定律的適用范圍。教學(xué)難點：高速運動的物體，速度和質(zhì)量之間的關(guān)系。

23、教學(xué)方法：探究、講授、討論、練習(xí)教具準備： 教學(xué)過程：第六節(jié) 經(jīng)典力學(xué)的局限性（一）新課導(dǎo)入自從17世紀以來，以牛頓運動定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)不斷發(fā)晨，如：在宏觀、低速、弱引力的廣闊領(lǐng)域，包括天體力學(xué)的研究中取得了巨大的成就，經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有了廣泛的應(yīng)用，如從地面物體的運動到天體的運動，從大氣的流動到地殼的變動，從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計各種機械；從自行車到汽車、火車、飛機等各種交通工其：從投出的籃球到發(fā)射火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船從而證明了牛頓運動定律的正確性。但是，經(jīng)典力學(xué)也不是萬能的，像一切科學(xué)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(xué)理論一樣，是一部“未

24、完成的交響曲”，那么經(jīng)典力學(xué)在什么范圍內(nèi)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(xué)1、從低速到高速（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。經(jīng)典力學(xué)是適用于低速運動的物體還是適用于高速運動的物體呢？（適用于低速運動的物體）閱讀教材科學(xué)漫步部分，體會時間和空間是什么？2、從宏觀到微觀請同學(xué)們閱讀教材“從宏觀到微觀”部分，并說明經(jīng)典力學(xué)是適用于宏觀物體還是微觀物體。（19世紀末到20世紀初，人們相繼發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，發(fā)現(xiàn)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(jīng)典力學(xué)描述。）3、從弱引力到強引力請同學(xué)們閱讀教材“從弱引力到強引力”部分，并回答問題：何為弱引力？何為強引力？（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(yù)言和發(fā)現(xiàn)了海王星和