2024-2025學(xué)年高中物理第三章萬有引力定律及其應(yīng)用第2節(jié)萬有引力定律的應(yīng)用教案1粵教版必修2

PAGE2-萬有引力定律的應(yīng)用一、教學(xué)背景分析教材分析本節(jié)內(nèi)容是這一章的重點(diǎn)，這是萬有引力定律在實(shí)際中的詳細(xì)應(yīng)用。用萬有引力定律計(jì)算中心天體的質(zhì)量，發(fā)覺未知天體顯示了該定律在天文探討上的重大意義。本節(jié)教材還講解并描述了人造地球衛(wèi)星的放射原理，推導(dǎo)了第一宇宙速度。通過這節(jié)的教學(xué)應(yīng)使學(xué)生了解，在天體運(yùn)動(dòng)中，由于天體的質(zhì)量很大，萬有引力起確定性的作用，萬有引力定律的發(fā)覺對天文學(xué)的發(fā)展起了很大推動(dòng)作用。同時(shí)，萬有引力定律的發(fā)覺把地面上的運(yùn)動(dòng)與天體運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，對人類文明的發(fā)展具有重要意義。應(yīng)使學(xué)生準(zhǔn)確地理解第一宇宙速度是衛(wèi)星軌道半徑等于地球半徑時(shí)，即衛(wèi)星在地面旁邊環(huán)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，當(dāng)軌道半徑r增大時(shí)，衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)各個(gè)物理量如何改變。應(yīng)用萬有引力定律解決天體問題主要解決的是：天體的質(zhì)量、天體的密度、天體的重力加速度、天體運(yùn)行的速度等天文學(xué)的初步學(xué)問。在講課時(shí)，應(yīng)用萬有引力定律有兩條思路要交待清晰：1.把天體（或衛(wèi)星）的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即F引=F向，用于計(jì)算天體（中心天體）的質(zhì)量，探討衛(wèi)星的速度、角速度、周期及半徑等問題。2.在地面旁邊把萬有引力看成物體的重力，即F引=mg.主要用于計(jì)算涉及重力加速度的問題。學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)的合成與分解、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、圓周運(yùn)動(dòng)等章節(jié)前置學(xué)問，并初步駕馭了萬有引力定律?？梢試@“為什么行星（衛(wèi)星）運(yùn)動(dòng)的向心力等于恒星（行星）對它的萬有引力？”綻開，引導(dǎo)學(xué)生由運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系理論推出向心力來源于萬有引力，讓學(xué)生自行應(yīng)用萬有引力供應(yīng)向心力這個(gè)特點(diǎn)來得到求中心天體的質(zhì)量和密度的方法。二、內(nèi)容要求1．相識發(fā)覺萬有引力定律的重要意義2．相識科學(xué)定律對人類探究未知世界的作用3．會(huì)計(jì)算人造地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度4．知道其次宇宙速度和第三宇宙速度5．關(guān)注物理學(xué)定律與航天技術(shù)等現(xiàn)代科技的聯(lián)系，了解人類對宇宙天體的探究歷程，從萬有引力定律的普適性相識自然界的統(tǒng)一性三、重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1．人造衛(wèi)星、月球繞地球的運(yùn)動(dòng)2．行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬有引力供應(yīng)的3．會(huì)用已知條件求中心天體的質(zhì)量教學(xué)難點(diǎn)依據(jù)已有條件求天體的質(zhì)量和人造衛(wèi)星的應(yīng)用四、教學(xué)過程溫故知新，引入新課萬有引力定律的發(fā)覺對天文學(xué)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用，尤其在天體物理學(xué)計(jì)算、天文觀測、衛(wèi)星放射和回收等天文活動(dòng)中，萬有引力定律可稱為最有力的工具。有了萬有引力定律，我們的目光就可以從探討地面轉(zhuǎn)向太空。比如說，我們可以測量天體的質(zhì)量。如何進(jìn)行呢？先回顧前面的學(xué)問：1．向心力公式；2．萬有引力表達(dá)式；從地球表面的物體入手，引導(dǎo)學(xué)生得出地球質(zhì)量的表達(dá)式：新課學(xué)習(xí)計(jì)算天體的質(zhì)量（一）已知某星球和地球的半徑之比R1/R2＝1/2，星球表面和地球表面的重力加速度之比g1/g2＝1/1，試求該星球和地球的質(zhì)量之比。提示學(xué)生解題的突破口在于在星球表面，重力等于萬有引力，找到結(jié)果。并有結(jié)論：已知星球的半徑和表面加速度可以求得天體的質(zhì)量。從而引出新的問題：假如無法測出星體的半徑，如何求天體的質(zhì)量？計(jì)算天體的質(zhì)量（二）例1．若已知地球繞太陽公轉(zhuǎn)的半徑為r,公轉(zhuǎn)的周期為T，萬有引力恒量為G。試求出太陽的質(zhì)量。指出，雖然地球繞太陽的軌道是橢圓，但是可以近似看成圓周軌道，利用萬有引力供應(yīng)向心力來解決問題。得出 那能不能依據(jù)地球環(huán)繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期能測出地球的質(zhì)量呢？通過引導(dǎo)學(xué)生分析得出：依據(jù)周期和半徑只能求出中心天體的質(zhì)量，無法求出行星的質(zhì)量。假如要測地球的質(zhì)量，必需找出地球衛(wèi)星的周期和軌道半徑才能求解。學(xué)生完成學(xué)卷上的總結(jié)“三、基本思路：”①．在忽視天體自轉(zhuǎn)的影響時(shí)，我們可以認(rèn)為天體表面處的物體受到的重力天體對物體的萬有引力。其基本表達(dá)式：。②．把天體的運(yùn)動(dòng)看成運(yùn)動(dòng)，其所需向心力由供應(yīng)。（說明：雖然行星的軌道不是圓，但是事實(shí)上和圓非常接近，在中學(xué)階段的探討中我們把天體運(yùn)動(dòng)按勻速圓周運(yùn)動(dòng)來處理。）其基本關(guān)系式為：。學(xué)生練習(xí)：人造地球衛(wèi)星離地面的高度為h，繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，已知地球半徑為R，萬有引力常量為G，試依據(jù)上述條件求出地球的質(zhì)量。學(xué)生錯(cuò)解：指出錯(cuò)誤：軌道半徑應(yīng)為R+h，而不是h。小結(jié)：處理天體質(zhì)量問題的思路：1、確定問題的類型：星體表面重力加速度 萬有引力=重力“行星環(huán)繞中心天體” 萬有引力供應(yīng)向心力2、“萬有引力供應(yīng)向心力”只能求出“中心天體”的質(zhì)量3、留意挖掘“隱含條件”，關(guān)鍵字：“同步”、“表面旁邊”等地球B地球BAA．衛(wèi)星A的運(yùn)行周期較小B．衛(wèi)星A的線速度較大C．衛(wèi)星B的角速度較大D．衛(wèi)星B的向心加速度較小學(xué)生演示解題過程，老師點(diǎn)評。易錯(cuò)點(diǎn)：把兩個(gè)衛(wèi)星當(dāng)成“同軸”來處理，認(rèn)為角速度相同。小結(jié)：衛(wèi)星繞行速度、角速度、周期與半徑的關(guān)系有怎樣的規(guī)律？變式練習(xí)：兩