2019-2020年高中物理《萬有引力定律的應用》教案5 魯科版必修2.doc
《2019-2020年高中物理《萬有引力定律的應用》教案5 魯科版必修2.doc》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2019-2020年高中物理《萬有引力定律的應用》教案5 魯科版必修2.doc(4頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
2019-2020年高中物理《萬有引力定律的應用》教案5 魯科版必修2 一、教學目標 1.通過對行星繞恒星的運動及衛(wèi)星繞行星的運動的研究,使學生初步掌握研究此類問題的基本方法:萬有引力作為物體做圓周運動的向心力。 2.使學生對人造地球衛(wèi)星的發(fā)射、運行等狀況有初步了解,使多數(shù)學生在頭腦中建立起較正確的圖景。 二、重點、難點分析 1.天體運動的向心力是由萬有引力提供的,這一思路是本節(jié)課的重點。 2.第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度,是衛(wèi)星運行的最大速度,它們的統(tǒng)一是本節(jié)課的難點。 三、教具 自制同步衛(wèi)星模型。 四、教學過程 (一)引入新課 1.復習提問: (1)物體做圓周運動的向心力公式是什么?分別寫出向心力與線速 (2)萬有引力定律的內(nèi)容是什么?如何用公式表示?(對學生的回答予以糾正或肯定。) (3)萬有引力和重力的關(guān)系是什么?重力加速度的決定式是什么?(學生回答:地球表面物體受到的重力是物體受到地球萬有引力的一個分力,但這個分力的大小基本等于物體受到地球的萬有引力。如不全面,教師予以補充。) 2.引課提問:根據(jù)前面我們所學習的知識,我們知道了所有物體之間都存在著相互作用的萬有引力,而且這種萬有引力在天體這類質(zhì)量很大的物體之間是非常巨大的。那么為什么這樣巨大的引力沒有把天體拉到一起呢?(可由學生討論,教師歸納總結(jié)。) 因為天體都是運動的,比如恒星附近有一顆行星,它具有一定的速度,根據(jù)牛頓第一定律,如果不受外力,它將做勻速直線運動?,F(xiàn)在它受到恒星對它的萬有引力,將偏離原來的運動方向。這樣,它既不能擺脫恒星的控制遠離恒星,也不會被恒星吸引到一起,將圍繞恒星做圓周運動。此時,行星做圓周運動的向心力由恒星對它的萬有引力提供。(教師邊講解,邊畫板圖。) 可見萬有引力與天體的運動密切聯(lián)系,我們這節(jié)課就要研究萬有引力定律在天文學上的應用。 板書:萬有引力定律在天文學上的應用人造衛(wèi)星 (二)教學過程 1.研究天體運動的基本方法 剛才我們分析了行星的運動,發(fā)現(xiàn)行星繞恒星做圓周運動,此時,恒星對行星的萬有引力是行星做圓周運動的向心力。其實,所有行星繞恒星或衛(wèi)星繞行星的運動都可以基本上看成是勻速圓周運動。這時運動的行星或衛(wèi)星的受力情況也非常簡單:它不可能受到彈力或摩擦力,所受到的力只有一種——萬有引力。萬有引力作為其做圓周運動的向心力。 板書:F萬=F向 下面我們根據(jù)這一基本方法,研究幾個天文學的問題。 (1)天體質(zhì)量的計算 如果我們知道了一個衛(wèi)星繞行星運動的周期,知道了衛(wèi)星運動的軌道半徑,能否求出行星的質(zhì)量呢?根據(jù)研究天體運動的基本方法:萬有引力做向心力,F(xiàn)萬=F向 (指副板書)此時知道衛(wèi)星的圓周運動周期,其向心力公式用哪個好呢? 等式兩邊都有m,可以約去,說明與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān)。我們就可以得 (2)衛(wèi)星運行速度的比較 下面我們再來看一個問題:某行星有兩顆衛(wèi)星,這兩顆衛(wèi)星的質(zhì)量和軌道半徑都不相同,哪顆衛(wèi)星運動的速度快呢?我們?nèi)匀焕醚芯刻祗w運動的基本方法:以萬有引力做向心力 F萬=F向 設(shè)行星質(zhì)量為M,某顆衛(wèi)星運動的軌道半徑為r,此衛(wèi)星質(zhì)量為m,它受到行星對它的萬有引力為 (指副板書)于是我們得到 等式兩邊都有m,可以約去,說明與衛(wèi)星質(zhì)量無關(guān)。于是我們得到 從公式可以看出,衛(wèi)星的運行速度與其本身質(zhì)量無關(guān),與其軌道半徑的平方根成反比。軌道半徑越大,運行速度越??;軌道半徑越小,運行速度越大。換句話說,離行星越近的衛(wèi)星運動速度越大。這是一個非常有用的結(jié)論,希望同學能夠給予重視。 (3)海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn) 剛才我們研究的問題只是實際問題的一種近似,實際問題要復雜一些。比如,行星繞太陽的運動軌道并不是正圓,而是橢圓;每顆行星受到的引力也不僅由太陽提供,除太陽的引力最大外,還要受到其他行星的引力。這就需要更復雜一些的運算,而這種運算,導致了海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)。 200年前,人們認識的太陽系有7大行星:水星、金星、地球、火星、土星、木星和天王星,后來,人們發(fā)現(xiàn)最外面的行星——天王星的運行軌道與用萬有引力定律計算出的有較大的偏差。于是,有人推測,在天王星的軌道外側(cè)可能還有一顆行星,它對天王星的引力使天王星的軌道發(fā)生偏離。而且人們計算出這顆行星的可能軌道,并且在計算出的位置終于觀測到了這顆新的行星,將它命名為海王星。再后,又發(fā)現(xiàn)海王星的軌道也與計算值有偏差,人們進一步推測,海王星軌道外側(cè)還有一顆行星,于是用同樣的方法發(fā)現(xiàn)了冥王星??梢娙f有引力定律在天文學中的應用價值。 2.人造地球衛(wèi)星 下面我們再來研究一下人造地球衛(wèi)星的發(fā)射及運行情況。 (1)衛(wèi)星的發(fā)射與運行 最早研究人造衛(wèi)星問題的是牛頓,他設(shè)想了這樣一個問題:在地面某一高處平拋一個物體,物體將走一條拋物線落回地面。物體初速度越大,飛行距離越遠??紤]到地球是圓形的,應該是這樣的圖景:(板圖) 當拋出物體沿曲線軌道下落時,地面也沿球面向下彎曲,物體所受重力的方向也改變了。當物體初速度足夠大時,物體總要落向地面,總也落不到地面,就成為地球的衛(wèi)星了。 從剛才的分析我們知道,要想使物體成為地球的衛(wèi)星,物體需要一個最小的發(fā)射速度,物體以這個速度發(fā)射時,能夠剛好貼著地面繞地球飛行,此時其重力提供了向心力。 其中,g為地球表面的重力加速度,約9.8m/s2。R為地球的半徑,約為6.4106m。代入數(shù)據(jù)我們可以算出速度為7.9103m/s,也就是7.9km/s。這個速度稱為第一宇宙速度。 板書:第一宇宙速度v=7.9km/s 第一宇宙速度是發(fā)射一個物體,使其成為地球衛(wèi)星的最小速度。若以第一宇宙速度發(fā)射一個物體,物體將在貼著地球表面的軌道上做勻速圓周運動。若發(fā)射速度大于第一宇宙速度,物體將在離地面遠些的軌道上做圓周運動。 現(xiàn)在同學思考一個問題:剛才我們分析衛(wèi)星繞行星運行時得到一個結(jié)論:衛(wèi)星軌道離行星越遠,其運動速度越小?,F(xiàn)在我們又得到一個結(jié)論:衛(wèi)星的發(fā)射速度越大,其運行軌道離地面越遠。這兩者是否矛盾呢? 其實,它們并不矛盾,關(guān)鍵是我們要分清發(fā)射速度和運行速度是兩個不同的速度:比如我們以10km/s的速度發(fā)射一顆衛(wèi)星,由于發(fā)射速度大于7.9km/s,衛(wèi)星不可能在地球表面飛行,將會遠離地球表面。而衛(wèi)星遠離地球表面的過程中,其在垂直地面方向的運動,相當于豎直上拋運動,衛(wèi)星速度將變小。當衛(wèi)星速度減小到7.9km/s時,由于此時衛(wèi)星離地球的距離比剛才大,根據(jù)萬有引力定律,此時受到的引力比剛才小,仍不能使衛(wèi)星在此高度繞地球運動,衛(wèi)星還會繼續(xù)遠離地球。衛(wèi)星離地面更遠了,速度也進一步減小,當速度減小到某一數(shù)值時,比如說5km/s時,衛(wèi)星在這個位置受到的地球引力剛好滿足衛(wèi)星在這個軌道以這個速度運動所需向心力,衛(wèi)星將在這個軌道上運動。而此時的運行速度小于第一宇宙速度。所以,第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小速度,是衛(wèi)星地球運行的最大速度。 板書:第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小速度,是衛(wèi)星繞地球運行的最大速度。 如果物體發(fā)射的速度更大,達到或超過11.2km/s時,物體將能夠擺脫地球引力的束縛,成為繞太陽運動的行星或飛到其他行星上去。11.2km/s這個速度稱為第二宇宙速度。 板書:第二宇宙速度v=11.2km/s 如果物體的發(fā)射速度再大,達到或超過16.7km/s時,物體將能夠擺脫太陽引力的束縛,飛到太陽系外。16.7km/s這個速度稱為第三宇宙速度。 板書:第三宇宙速度v=16.7km/s (2)同步通訊衛(wèi)星 下面我們再來研究一種衛(wèi)星——同步通信衛(wèi)星。這種衛(wèi)星繞地球運動的角速度與地球自轉(zhuǎn)的速度相同,所以從地面上看,它總在某地的正上方,因此叫同步衛(wèi)星。這種衛(wèi)星一般用于通訊,又叫同步通訊衛(wèi)星。我們平時看電視實況轉(zhuǎn)播時總聽到解說員講:正在通過太平洋上空或印度洋上空的通訊衛(wèi)星轉(zhuǎn)播電視實況,為什么北京上空沒有同步衛(wèi)星呢?大家來看一下模型(出示模型): 若在北緯或南緯某地上空真有一顆同步衛(wèi)星,那么這顆衛(wèi)星軌道平面的中心應是地軸上的某點,而不是地心,其需要的向心力也指向這一點。而地球所能夠提供的引力只能指向地心,所以北緯或南緯某地上空是不可能有同步衛(wèi)星的。另外由于同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,所以此衛(wèi)星離地球的距離只能是一個定值。換句話說,所有地球的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一條圓弧上,而為了衛(wèi)星之間不相互干擾,大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星,地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆??梢?,空間位置也是一種資源。(可視時間讓學生推導同步衛(wèi)星的高度) 五、課堂小結(jié) 本節(jié)課我們學習了如何用萬有引力定律來研究天體運動的問題;掌握了萬有引力是向心力這一研究天體運動的基本方法;了解了衛(wèi)星的發(fā)射與運行的一些情況;知道了第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度,是衛(wèi)星繞地球運行的最大速度。最后我們還了解了通訊衛(wèi)星的有關(guān)情況,本節(jié)課我們學習的內(nèi)容較多,希望及時復習。 六、說明 1.設(shè)計思路:本節(jié)課是一節(jié)知識應用與擴展的課程,所以設(shè)計時注意加大知識含量,引起學生興趣。同時注意方法的培養(yǎng),讓學生養(yǎng)成用萬有引力是天體運動的向心力這一基本方法研究問題的習慣,避免套公式的不良習慣。圍繞第一宇宙速度的討論,讓學生形成較正確的衛(wèi)星運動圖景。 2.同步衛(wèi)星模型是用一地球儀改制而成,用一個小球當衛(wèi)星,小球與地球儀用細線相連,細線的一端可在地球儀的不同緯度處固定。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請點此認領(lǐng)!既往收益都歸您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
9.9 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標,表示該PPT已包含配套word講稿。雙擊word圖標可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國旗、國徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計者僅對作品中獨創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 萬有引力定律的應用 2019-2020年高中物理萬有引力定律的應用教案5 魯科版必修2 2019 2020 年高 物理 萬有引力定律 應用 教案 魯科版 必修
鏈接地址:http://kudomayuko.com/p-2608589.html