高考物理一輪復(fù)習(xí)：萬有引力與航天 教學(xué)設(shè)計(jì)

1、萬有引力與航天 教學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想本節(jié)教學(xué)內(nèi)容為萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用，通過天體質(zhì)量的“稱量”與計(jì)算和發(fā)現(xiàn)未知天體，體現(xiàn)了萬有引力定律對(duì)人類探索未知世界所起到的巨大作用，海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)，哈雷彗星的按時(shí)回歸，又驗(yàn)證了萬有引力的正確性和普遍適用性。本節(jié)內(nèi)容在本章中是重點(diǎn)，是萬有引力定律的應(yīng)用與驗(yàn)證。通過創(chuàng)設(shè)物理情景，提出問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。通過解決問題使學(xué)生體會(huì)科學(xué)美與科學(xué)的巨大作用，從而愛科學(xué)，學(xué)科學(xué)，用科學(xué)。教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)與技能】1了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用，了解“稱量地球質(zhì)量”和“計(jì)算太陽質(zhì)量”的基本思路，了解未知天體的發(fā)現(xiàn)過程。2理解行星、衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由

2、萬有引力提供的。3會(huì)用萬用引力定律計(jì)算天體質(zhì)量，會(huì)計(jì)算星球周圍的某位置的重力加速度?！具^程與方法】1通過“稱量地球質(zhì)量”使學(xué)生體會(huì)間接測量的方法。2. 通過對(duì)“行星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬有引力提供的”的理解，進(jìn)一步理解物理學(xué)中采用的“近似”的思想來建立物理模型的思維方法。3. 通過對(duì)預(yù)言未知星體和彗星回歸內(nèi)容的了解，領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧。增強(qiáng)將物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的意識(shí)。4.通過天體質(zhì)量和密度的計(jì)算，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)物理模型和數(shù)學(xué)工具在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用?！厩楦袘B(tài)度與價(jià)值觀】1通過利用萬有引力“稱量”地球質(zhì)量和計(jì)算天體質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，體驗(yàn)探索未知世界的喜悅，從而使學(xué)生熱愛科學(xué)2

3、.利用萬有引力定律可以預(yù)言未知天體和彗星回歸，讓學(xué)生懂得理論來源于實(shí)踐，反過來又可以指導(dǎo)實(shí)踐的辯證唯物主義。知道實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。3天體物理中具有對(duì)稱的幾何圖形，體現(xiàn)了極強(qiáng)的形式美。教學(xué)重點(diǎn)重力加速度的計(jì)算，天體質(zhì)量的計(jì)算教學(xué)難點(diǎn) 重力與萬有引力之間的關(guān)系教學(xué)資源 多媒體 圖片 地球儀 橡皮泥 過山車模型教法設(shè)計(jì) 自主探究 啟發(fā)式教學(xué)教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖表格：展示近幾年高考的命題方向分析重力和萬有引力的關(guān)系測量地球質(zhì)量的方法重力加速度計(jì)算天體質(zhì)量的方法發(fā)現(xiàn)未知天體小結(jié) 我們每個(gè)人都很關(guān)注自己的健康，時(shí)常拿來體重計(jì)來稱一稱自己的質(zhì)量。那么，如果想要稱量一下地球的質(zhì)量，我們還能

4、用體重計(jì)、天平么？我們應(yīng)該怎么來給地球稱一下質(zhì)量呢？板書：萬有引力理論的成就基礎(chǔ)知識(shí)回顧開普勒三大定律 （1） （2） （3） 在處理天體的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)， 把天體的運(yùn)動(dòng)看成是 運(yùn)動(dòng)，其所需要的向心力由 提供其基本關(guān)系式為 在天體表面，忽略自轉(zhuǎn)的情況下有 中心天體的質(zhì)量公式（寫出常用的二個(gè)即可） 中心天體的密度公式（寫出常用的二個(gè)即可） 3衛(wèi)星的繞行速度v、角速度、周期T與軌道半徑r的關(guān)系(1)由Geq f(Mm,r2)meq f(v2,r)，得v ，則r越大，v越小(2)由Geq f(Mm,r2)m2r，得 ，則r越大，越小(3)由Geq f(Mm,r2)meq f(42,T2)r，得T ，則r

5、越大，T越大(4)由Geq f(Mm,r2)ma向，得a向 ，則r越大，a向越小4衛(wèi)星變軌(1)由低軌變高軌，需 速度，穩(wěn)定在高軌道上時(shí)速度比在低軌道 ，穩(wěn)定在高軌道上時(shí)機(jī)械能比在低軌道 。(2)由高軌變低軌，需 速度，穩(wěn)定在低軌道上時(shí)速度比在高軌道 ，穩(wěn)定在低軌道上時(shí)機(jī)械能比在高軌道 。（3）某一點(diǎn)P既在圓軌道上，又在橢圓軌道上，在這兩個(gè)軌道上，該點(diǎn)加速度 ；向心加速度 （4）衛(wèi)星在同一個(gè)軌道上運(yùn)行時(shí)，機(jī)械能一定 5宇宙速度(1)第一宇宙速度：推導(dǎo)過程為：由mgeq f(mv12,R)eq f(GMm,R2)得：v1eq r(f(GM,R) = km/s.第一宇宙速度是人造地球衛(wèi)星的 速度，

6、也是人造地球衛(wèi)星的 速度(2)第二宇宙速度：v2 km/s，使物體掙脫 引力束縛的最小發(fā)射速度(3)第三宇宙速度：v3 km/s，使物體掙脫 引力束縛的最小發(fā)射速度6.雙星系統(tǒng)（1）各自所需的向心力由 提供（2）兩顆星的 和 相同。（3）兩顆星的軌道半徑r1、r2與二者間距L之間的關(guān)系 （4）兩顆星的軌道半徑r1、r2之比等于 （5）兩顆星的質(zhì)量之和為 （用角速度w、間距L以及引力常量G表示） 自主思考、互相討論結(jié)論：根據(jù)前面學(xué)過的萬有引力定律，以及重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的這兩點(diǎn)入手。學(xué)生自主討論，老師有效提問進(jìn)行小組展示學(xué)生根據(jù)常識(shí)回答：不同討論，推理思考討論，與地球表面的重力加速度的推

7、理方法相同。進(jìn)一步思考自主思考、自主討論，得出結(jié)論：行星、衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)，地球的萬有引力提供向心力。自主思考、推理得出結(jié)論進(jìn)行類比思考，得出結(jié)論：知道地球某個(gè)衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)周期和這個(gè)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)半徑即可。 閱讀教材體會(huì)知識(shí)的力量，科學(xué)家的偉大。體會(huì)萬有引力定律的巨大影響和無窮魅力在發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的過程中，激發(fā)學(xué)生的求知欲。培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)工具物理問題的能力，體會(huì)成功的喜悅，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)愿望。激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感。培養(yǎng)學(xué)生類比的思考方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和推理能力培養(yǎng)學(xué)生的解決問題的能力使學(xué)生懂得了實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。還能領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧。增強(qiáng)學(xué)生

8、將物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的意識(shí)。體會(huì)宇宙的奧妙與神奇，領(lǐng)會(huì)知識(shí)的力量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。板書設(shè)計(jì)命題點(diǎn)一：萬有引力定律的理解及應(yīng)用例1（2021全國乙卷T18）科學(xué)家對(duì)銀河系中心附近的恒星S2進(jìn)行了多年的持續(xù)觀測，給出1994年到2002年間S2的位置如圖所示?？茖W(xué)家認(rèn)為S2的運(yùn)動(dòng)軌跡是半長軸約為（太陽到地球的距離為）的橢圓，銀河系中心可能存在超大質(zhì)量黑洞。這項(xiàng)研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。若認(rèn)為S2所受的作用力主要為該大質(zhì)量黑洞的引力，設(shè)太陽的質(zhì)量為M，可以推測出該黑洞質(zhì)量約為（）A. B. C. D. 變式訓(xùn)練1（2021洛陽市二模T17）(多選)“雪龍?zhí)枴蹦蠘O考察船在由我國駛向南

9、極的過程中，經(jīng)過赤道時(shí)測得某物體的重力是G1；在南極附近測得該物體的重力為G2；已知地球自轉(zhuǎn)的周期為T，引力常數(shù)為G，假設(shè)地球可視為質(zhì)量分布均勻的球體，由此可知()A地球的密度為eq f(3G1,GT2G2G1) B. 地球的密度為eq f(3G2,GT2G2G1)C當(dāng)?shù)厍虻淖赞D(zhuǎn)周期為eq r(f(G2G1,G2)T時(shí)，放在地球赤道地面上的物體不再對(duì)地面有壓力D當(dāng)?shù)厍虻淖赞D(zhuǎn)周期為eq r(f(G2G1,G1)T時(shí)，放在地球赤道地面上的物體不再對(duì)地面有壓力命題點(diǎn)二：衛(wèi)星運(yùn)行參量的分析例2 （2021屆開封二模-T16）2021年10月17日，“神舟十三號(hào)”載人飛船出征太空。11月7日，航天員王亞

10、平成為中國首位進(jìn)行出艙活動(dòng)的女航天員。王亞平在中國空間站“天和”核心艙中一天可以看到16次日出日落。我國的北斗同步衛(wèi)星也在太空為我們提供導(dǎo)航通信服務(wù)。下列正確的是（）A“神舟十三號(hào)”的發(fā)射速度為第二宇宙速度B“天和”核心艙圍繞地球運(yùn)動(dòng)的速度為第一宇宙速度C“天和”核心艙圍繞地球運(yùn)動(dòng)的周期是北斗同步衛(wèi)星周期的D“天和”核心艙的向心加速度比北斗同步衛(wèi)星的向心加速度大變式訓(xùn)練2（2021河南六市二質(zhì)檢T17）2020年7月31日，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)如圖甲所示，建成暨開通儀式在北京舉行。如圖乙所示為55顆衛(wèi)星繞地球在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的圖像，其中T為衛(wèi)星的周期，r為衛(wèi)星的軌道半徑，1和2對(duì)應(yīng)其中的兩

11、顆衛(wèi)星。下列說法正確的是（）Aa0與地球質(zhì)量有關(guān)B圖像的斜率與地球質(zhì)量有關(guān)C衛(wèi)星2的機(jī)械能大于衛(wèi)星1的機(jī)械能D衛(wèi)星2的向心加速度大于1的向心加速度命題點(diǎn)三：衛(wèi)星變軌與對(duì)接例32021屆十所名校聯(lián)考-T17如圖所示，一艘在火星表面進(jìn)行科學(xué)探測的宇宙飛船，在經(jīng)歷了從軌道1軌道2軌道3的變軌過程后，順利返回地球若軌道1為貼近火星表面的圓周軌道，已知引力常量為G，下列說法正確的是()A飛船在軌道2上運(yùn)動(dòng)時(shí)，P點(diǎn)的速度小于Q點(diǎn)的速度B飛船在軌道1上運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能大于在軌道3上運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能C測出飛船在軌道1上運(yùn)動(dòng)的周期，就可以測出火星的平均密度D飛船在軌道2上運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的加速度大于飛船在軌道1上運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的加速度命題點(diǎn)四：雙星問題例4（20