高一物理教案第六章万有引力定律中学教育高考2_中学教育-高中教育.pdf

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1、学习好资料 欢迎下载 6.1 行星的运动 一教学目标：了解地心说和日心说两种不同观点 知道开普勒对行星运动的描述 二重点和难点：开普勒行星运动定律 用开普勒定律解决有关天体运动问题 三教学方法：讲授法 四教学过程（一）引入新课 宇宙中有无数大小不同，形态各异的天体，由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域，人们认识天体运动围绕“天体怎样运动？”和“天体为什么这样运动？”两个基本问题进行了长期的探索研究，提出了很多观点。通过本节的学习，我们应了解这些观点，知道行星如何运动。（二）进行新课 1、行星运动的两种学说（1）地心说：地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫。他们从人们的日常经验（太

2、阳从东边升起，西边落下）提出地心说：地球是宇宙的中心，并且静止不动，所有行星围绕地球作圆周运动。-地心说比较符合当时人们的经验和宗教神学的思想，成为神学的信条，被人们信奉了一千多年，但它所描述的天体运动，不仅复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大。（2）日心说：日心说的代表人物是哥白尼，他在天体运行论一书中，对日心说进行了具体的论述和数学论证。认为：太阳是静止不动的，地球和其他行星围绕太阳运动。把地球从天体运动的中心位置移到了一个普通的行星的位置。行星运动的描述显得更简单、更科学。日心说使科学从神学中解放出来，战胜了地心说，逐渐被人们接受。但哥白尼固守天体作匀速圆周运动的传统思想，追求数的

3、和谐与美，他的天体运动模型缺乏深入的物理思考，实际上是一个数学模型。2、开普勒定律：开普勒对第谷长期天文观察的结果进行了创造性的研究与思考，开始他想用哥白尼的太阳系模型说明火星的运行轨道，但与第谷的观测结果有 8 分的误差，从而大胆地摒弃了天体作匀速圆周运动的观点，从事实中寻找原则，建立了开普勒定律，对行星的运动作出了更科学、更精确的描述，回答了“天体怎样运动？”的问题。（1）开普勒第一定律：所有行星分别在大小不同的椭圆轨迹上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的焦点上。（参照椭圆的半长轴、焦点进行介绍）（2）开普勒第二定律：太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等。（3）开普勒第三定律：所有行

4、星的椭圆轨迹的半长轴的三次方与公转周期的平方的比值都相等。即 R3/T2=K，K 是与太阳质量有关的恒量，与行星的质量无关。注意：行星的椭圆轨道都很接近圆，所以在中学阶段分析和处理天体运动时，常把椭圆学习好资料 欢迎下载 轨道作为圆轨道来处理，这是突出主要因素，忽略次要因素的理想化方法，是研究物理最常用的方法。开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，但这时 K 应与行星的质量有关。例题分析 1、海王星的公转周期约为 5.19109s，地球的公转周期为 3.16107s，则海王星与太阳的平均距离约为地球与太阳的平均距离的多少倍？2、某一人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球轨道半径

5、的 1/3，则此卫星运行的周期大约是：A14 天之间 B48 天之间 C816 天之间 D1620 天之间（三）布置作业 收集有关资料，预习下节课。点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说

6、日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 6.2 万有引力定律 一教学目标：1、了解万有引力定律得出的思路和过程。2、理解万有引力定律的含义并会推导万有引力定律。二重点难点：1、对万有引力定律及适用条件的正确认识。2、掌握并能应用万有引力定律。三教学方法：讲授法、引导探索法 四教学过程：（一）引入新课 上节课讲述了开普勒定律是描述天体运动的基本规律，回答了行星怎样运动的问题，行星为什么这样运动是这节课要研究的问题。（二）进行新课 1、对行星运动的动力学原因的认识

7、：对于行星运动的动力学原因的解释，人们也进行了长期的探索。科学家们面对实践中发现的问题，进行了大胆的猜想和假设。（1）天体引力的假设：伽利略：一切物体都有合并的趋势，这种趋势导致天体作圆周运动。开普勒、吉尔伯特：行星是依靠从太阳发出的磁力运行的，这是早期的引力思想。笛卡尔：“旋涡”假设，宇宙空间存在一种不可见流质“以太”，形成旋涡，带动行星运动。牛顿：月地检验的思想实验，推测地球对月球的引力与地球对物体的重力是同样性质的力。（2）平方反比假设：布里阿德（法）：首次提出了引力大小与距离平方成反比的假设。哈雷、胡克：利用向心力公式和开普勒定律按照圆轨道推出行星受到的引力与太阳之间的距离平方成反比。

8、牛顿：成功地运用了质点模型，证明了如果太阳与行星之间的引力与距离平方成反比，则行星的轨道是椭圆。并阐述了普遍意义上的万有引力定律。2、万有引力定律（1）定律的推导 两次简化：行星运动的椭圆轨道简化成圆形轨道。把天体看成质点。设行星的质量为 m，与太阳的距离为 r，运行的速度为 v，周期为 T，太阳对行星的引力 F提供行星做匀速圆周运动的向心力。2vFmr 又2 rvT 32224rmFTr 点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些

9、观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 由开普勒第三定律：32rkT 则引力 F 与行星的质量成正比，与行星到太阳的距离成反比。根据牛顿第三定律，行星吸引太阳的引力与太阳吸引行星的力大小相等，那么这个引力也应与太阳的质

10、量成正比。2MmFr 则2MmFGr G 是一个常量，对任何行星都是相同的。将此关系运用到月球使地球的运动以及其他天体中，发现它们间的引力跟太阳与行星的引力遵循同样的规律，从而牛顿将此规律推广到自然界中任意两个物体之间，得到具有普遍意义的万有引力定律。（2）定律的表述 表述：自然界中任何两个物体都是相同吸引的，引力大小跟这两个物体的质量成正比，跟它们的距离平方成反比。公式：122m mFGr。引力常量11226.67 10/GN mkg 说明 1：适用于任何两个物体 意义：在数值上等于两个质量都是 1kg 的物体相距 1m 时的相互作用力。说明 2：适用条件：万有引力只适用于质点间引力大小的计

11、算，当两物体间的距离远远大于每个物体的尺寸时，物体可看成质点，直接使用万有引力计算。当两物体是质量分布均匀的球体时，它们间的引力也可由公式直接计算，但式中的 r 是两球心间的距离。当研究物体不能看成质点时，可把物体假想分割成无数个质点，求出一个物体上每个质点与另一物体上每一个质点的万有引力然后求合力。（三）例题精讲【例题 1】地球质量大约是月球质量的 81 倍，一个飞行器在地球与月球之间，当地球对它的引力和月球对它的引力大小相等时，这个飞行器距地心的距离与距月心的距离之比为多少？解：设 R 是飞行器到地心的距离，r 是飞行器到月球的距离。则由题意：22M mM mGGRr月地 91MRrM地月

12、【例题 2】证明太阳系中各行星绕太阳公转周期的平方，与公转轨道半径的三次方的比值点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述

13、和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 是与太阳质量有关的恒量。证明：设太阳质量为 M，某行星质量为 m，行星绕太阳公转周期为 T，半径为 R。轨道近似看作圆，万有引力提供行星公转的向心力 22MmGmRR 而2T，2234TRGM【例题 3】地球表面重力加速度为 g，忽略地球自转的影响，在距地面高度为 h 的空中重力加速度是地面上重力加速度的几倍？已知地球半径为 R。解：不计地球自转的影响，物体的重力等于物体受到的万有引力。地面：2MmmgGR h 高处：2()MmmgGRh 22()gRgRh 注意：由于地球自转，重力为万

14、有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转的向心力。（四）课堂小结 万有引力定律的发现过程。万有引力定律的内容及推导过程。万有引力定律的意义。（五）布置作业 课本 P107。点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据

15、所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 6.3 引力常量的测定 一教学目标：1、了解卡文迪许实验装置及其原理。2、知道引力常量的意义及其数值。3、加深对万有引力定律的理解。二教学重点：引力常量的测定及重要意义。三教学难点：卡文迪许用扭秤测量引力常量的原理。四教学方法：引导式 五教学过程：（一）引入新课 牛顿虽然发现了万有引力定律，由于当时实验条件和技术的限制，没能给出准确的引力常量。显然，如不能定量地算出两物体间的万有引力的大小，

16、万有引力定律就没有什么实际意义。直到 1789 年，英国物理学家卡文迪许巧妙地利用了扭秤装置，第一次在实验室里比较准确地测出引力常量。这节课我们就来学习他如何利用扭秤测出非常小的万有引力的。（二）进行新课 1、引力常量 G 的测定（1）卡文迪许扭秤装置（2）扭秤实验的原理两次放大及等效的思想。扭秤装置把微小力转变成力矩来反映（一次放大），扭转角度通过光标的移动来反映（二次放大），从而确定物体间的万有引力。T 形架在两端质量为 m 的两个小球受到质量为 m 的两大球的引力作用下发生扭转，引力的力矩为 FL。同时，金属丝发生扭转而产生一个相反的力矩k，当这两个力的力矩相等时，T形架处于平衡状态，此

17、时，金属丝扭转的角度可根据小镜从上的反射光在刻度尺上移动的距离求出，由平衡方程：kF L 22Frk rGmmmm L L 为两小球的距离，k 为扭转系数可测出，r 为小球与大球的距离。（3）G 的值 卡文迪许利用扭秤多次进行测量，得出引力常量11226.71 10/GNmkg，与现在公认的值11226.67 10/Nmkg非常接近。2、测定引力常量的重要意义 点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课

18、行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载（1）证明了万有引力的存在的普遍性。（2）使得万有引力定律有了真正的实用价值，可测定远离地球的天体的质量、密度等。（3）扭秤实验巧妙地利用等效法合理地将微小量进行放大，开创了测量弱力的新时代。（三）例题分析【例

19、题 1】既然两个物体间都存在引力，为什么当两个人接近时他们不吸在一起？解：由于人的质量相对于地球质量非常小，因此两人靠近时，尽管距离不大，但他们之间的引力比他们各自与地球的引力要小得多得多，不足以克服人与地面间的摩擦阻力，因而不能吸在一起。【例题 2】已知地球的半径6400Rkm，地面重力加速度29.8/gm s，求地球的平均密度。解：设在地球表面上有一质量为 m 的物体，则2MmmgGR，得2gRMG，而233443MgRgVGRR G，代入数据得：335.4 10/kg m （四）布置作业 课本 P107 点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程

20、一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 6.41 万有引力定律在天文学上的应用()一教学目标：1

21、、了解万有引力定律在天文学上的重要应用。2、会用万有引力定律计算天体的质量。3、掌握综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题的基本方法。二教学重点：万有引力定律和圆周运动知识在天体运动中的应用 三教学难点：天体运动向心力来源的理解和分析 四教学方法：启发引导式 五教学过程：（一）引入新课 天体之间的作用力主要是万有引力，万有引力定律的发现对天文学的发展起到了巨大的推动作用，这节课我们要来学习万有引力在天文学上有哪些重要应用。（二）进行新课 1、天体质量的计算-提出问题引导学生思考：在天文学上，天体的质量无法直接测量，能否利用万有引力定律和前面学过的知识找到计算天体质量的方法呢？（1）基

22、本思路：在研究天体的运动问题中，我们近似地把一个天体绕另一个天体的运动看作匀速圆周运动，万有引力提供天体作圆周运动的向心力。（2）计算表达式：rmvrMGvmrMGmm22224或 例如：已知某一行星到太阳的距离为 r，公转周期为 T，太阳质量为多少？提出问题，引导学生思考：如何计算地球的质量？分析：应选定一颗绕地球转动的卫星，测定卫星的轨道半径和周期，利用上式求出地球质量。因此上式是用测定环绕天体的轨道半径和周期方法测被环绕天体（称中心天体）的质量，不能测定环绕天体自身质量。2、发现未知天体-用万有引力定律计算天体的质量是天文学上的重要应用之一，一个科学的理论，不但要能说明已知事实，而且要能

23、预言当时不知道的事实，请同学们阅读课本并思考：科学家是如何根据万有引力定律发现海王星的？（海王星和冥王星的发现，显示了万有引力定律对研究天体运动的重要意义，同时证明了万有引力定律的正确性。）（三）例题分析【例 1】木星的一个卫星运行一周需要时间 1.5104s，其轨道半径为 9.2107m，求木星的质量为多少千克？解：木星对卫星的万有引力提供卫星公转的向心力：22MmGmrr，2327 3272114244(9.2 10)2.0 106.67 10(1.5 10)rMkgGT【例 2】地球绕太阳公转，轨道半径为 R，周期为 T。月球绕地球运行轨道半径为 r，周期为 t，则太阳与地球质量之比为多

24、少？点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中

25、心位置移到学习好资料 欢迎下载 解：地球绕太阳公转，太阳对地球的引力提供向心力 则2224m mGmRRT日地地，得：2324rmGT日 月球绕地球公转，地球对月球的引力提供向心力 则2224m mGmrRt月地月 得：2324rmGt地 太阳与地球的质量之比3232mR tmr T日地【例 3】一探空火箭进入绕太阳的近乎圆形的轨道运行，轨道半径是地球绕太阳公转半径的 9 倍，则探空火箭绕太阳公转周期为多少年？解：方法一：设火箭质量 m1，轨道半径 R，太阳质量为 M，地球质量为 m2，轨道半径为 r。火箭绕太阳公转，则2112214MmGmRRT 得：312RTGM 地球绕太阳公转，则222

26、2224MmGmrrT 得：322rTGM 313227TRTr 火箭的公转周期为 27 年。方法二：要题可直接采用开普勒第三定律求解，更为方便。（四）课堂小结 在天体运动中，万有引力提供做匀速圆周运动所需向心力，这是处理天体运动问题的关键。（五）布置作业 课本 P110 点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升

27、起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 M1 M2 O 6.42 万有引力定律在天文学上的应用()一教学目标：进一步巩固综合运用所学知识解决天体问题的基本方法。二教学重点、难点：综合运用所学知识解决具体问题 三教学方法：启发讨论式 四教学过程：（一）复习旧课 1万有引力定律在天文学上有哪些重要应用？2解决天体运动问题的主要思路是什么？（

28、二）进行新课【例 1】在天体运动中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星。它们围绕两球连线上的某一点作圆周运动。由于两星间的引力而使它们在运动中距离保持不变。已知两星质量分别为M1和 M2，相距 L，求它们的角速度。解：如图，设 M1的轨道半径为 r1，M2的轨道半径为 r2，由于两星绕 O 点做匀速圆周运动的角速度相同，都设为，根据牛顿第二定律有：21212M MGMrL 21222M MGMrL 而12rrL 以上三式联立解得：121()G MMLL 点评：双星之间的万有引力是一对相互作用力，分别提供各自做匀速圆周运动的向心力，所以它们能在引力作用下不相互靠近而保持距离不变，且角速度相同，这是

29、双星的物理模型。【例 2】地球质量约为月球质量的 81 倍，地球半径约为月球半径的 3.8 倍，则地球表面重力加速度是月球表面重力加速度的多少倍？如果分别在地球和月球表面以相同初速度上抛一物体，物体在地球上上升高度是在月球上上升高度的几倍？解：设想地球表面有一质量为 m 的物体，忽略自转，则1121M mmgGR同理在月球表面：2222M mmgGR 211222216gMRgMR 由竖直上抛运动规律可得，上升的最大高度202vHg 122116HgHg 点评：前面已经知道地球上不同纬度、不同高度的地方，重力加速度不同，这里我们又得到不同星球由于质量半径不同，在表面对同一物体的引力不同，重力加

30、速度也不同，同一物体从一个星球到另一星球，质量不变，重力发生变化。【例 3】月球表面重力加速度只有地球表面重力加速度的 1/6，一根绳子在地球表面能拉着点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日

31、心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 3kg 的重物产生最大为 10m/s2的竖直向上的加速度，g地取 10m/s2，将重物和绳子带到月球表面用该绳子能使重物产生在月球表面竖直向上的最大加速度是多大？解：由牛顿第二定律可知：在地球表面：Fmgma 在月球表面：Fmgma 21 10 1010 18.3(/)6mg ma mgag a gm sm 点评：此类问题用牛顿第二定律列式时，一定要注意物体的重力有无变化。【例 4】地球可视为球体，自转周期为 T，在

32、它两极处，用弹簧秤测某物体重力为 P，在它的赤道上，用弹簧秤测同一物体的重力为 0.9P，地球的平均密度是多少？分析：重力是由于地球的吸引而产生的，但不能认为重力就是地球对物体的吸引力。只有在两极处，重力才等于万有引力，在其他地方，由于地球自转，物体的重力都小于万有引力，严格来讲，重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需要的向心力。解：设物体质量为 m，地球质量为 M，半径为 R。在两极处：物体重力等于万有引力2MmPGR，在赤道处：地球对物体的万有引力与弹簧对物体的拉力的合力提供向心力。由牛顿第二定律：22240.9MmGPmRRT 两式联立可得：23240RMGT 地球的

33、平均密度23223403043RMGTVGTR 点评：这里要注意重力与万有引力的关系，但由于重力与地球的万有引力差别极小，通常忽略地球自转影响，可认为地面上物体的重力等于地球对物体的万有引力。（三）课堂小结 引导学生自己归纳总结。1解决天体运动问题的思路是：万有引力提供圆周运动的天体所需要的向心力。2同一物体在同一星球不同高度万有引力不同，重力也不同，但质量不变。3在不同星球表面，同一物体受到的万有引力不同，重力也不同。（四）布置作业 课本 P110 点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的

34、神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 6.51 人造卫星、宇宙速度()一教学目标：1、了解人造卫星的有关知识，正确理解人造卫星做圆周运动时，各物理量之间的

35、关系。2、知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。二教学重点：1、人造地球卫星的发射及运行原理。2、对第一宇宙速度的确切理解。三教学难点：人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。四教学方法：引导启发式 五教学过程：（一）引入新课 1957 年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的新纪元。我国在 70 年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，还发射了“神舟”号试验飞船。这节课，我们要学习有关卫星的知识。（二）进行新课 1、人造地球卫星（1）牛顿对人造卫星原理的描绘。设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越

36、大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。（2）人造卫星绕地球运行的动力学原因：人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。（3）人造卫星的运行速度。设地球质量为 M，卫星质量为 m，轨道半径为 r，由于万有引力提供向心力，则 22MmvGmrr，GMvr，可见：高轨道上运行的卫星，线速度小。提出问题：角速度和周期与轨道半径的关系呢？3vGMrr，322rTGM 可见：高轨道上运行的卫星，角速度小，周期长。引入：高轨道上运行的卫星速度小，是否发射也容易呢？这就需要看卫星的发射速度，而不是运行速度。2

37、、宇宙速度（1）第一宇宙速度 推导：点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星

38、围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 问题：牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？地球半径为 6370km。分析：在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。由万有引力提供向心力：22M mVGmRR，得：GMvR 又2MmmgGR 39.8 63707.9 10/7.9/vgRm skm s 结论：如果发射速度小于 7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于 7.9km/s。可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发

39、射卫星要困难。意义：第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。（2）第二宇宙速度 大小211.2/vkm s。意义：使卫星挣脱地球束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。注意：发射速度大于 7.9km/s，而小于 11.2km/s，卫星绕地球运动的轨迹为椭圆；等于或大于 11.2km/s 时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。（3）第三宇宙速度。大小：316.7/vkm s。意义：使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。注意：发射速度大于 11.2km/s，而小于 16.7km/s，卫星绕太阳作椭圆运动

40、，成为一颗人造行星。如果发射速度大于等于 16.7km/s，卫星将挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的空间。3、人造卫星的发射速度与运行速度（1）发射速度：发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。（2）运行速度：运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。（三）例题分析【例题 1】有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比 r1：r24：1，求这颗卫星的：线速度之比；角

41、速度之比；周期之比；向心加速度之比。解：由22MmvGmrr得GMvr所以12:1:2vv 点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行

42、了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 由22MmGmrr得3GMr所以12:1:8 由2T得12:8:1T T 由2MmGmar得12:1:16aa 【例题 2】地球半径为 6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为 7.9103m/s，则周期为多大？估算地球的平均密度。解：2508784.8minRTsv；由2224MmGmRRT 得：332335.4 10/43Mkg mGTR 思考：能否发射一颗周期为 80min 的人造地球卫星？（四）课堂小结 人造地球卫星的动力学原因。宇宙速度。发射速

43、度与运行速度。（五）布置作业 课本 P110 点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球

44、和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 6.52 人造卫星 宇宙速度()一教学目标：1、进一步理解人造卫星的运行原理以及卫星中的失重现象。2、知道同步卫星的知识及应用。二教学重点：同步卫星的特点及应用 三教学难点：卫星在轨道上运行时各物理量之间的关系 四教学方法：启发式 五教学过程：（一）引入新课 人造卫星进入轨道后，在正常运行过程中，卫星是否处在平衡状态？卫星中的物体处于什么状态？（二）进行新课-人造卫星中的“失重”现象（1）轨道处的加速度 卫星正常运行时，地球对它的万有引力提供向心力，即22MmvGmrr，则22vGMarr，此加速度也等于轨道处的重力加速

45、度。因此，卫星不可能处于平衡状态。（2）卫星中的物体处于完全失重状态：卫星中的物体跟随卫星一起绕地球作匀速圆周运动，受到的引力全部提供圆周运动所需要的向心力，其加速度即为轨道处的重力加速度，而对支持物没有弹力作用，处在完全失重状态。凡是工作原理与重力有关的仪器（如天平、水银气压计等）在卫星中都无法使用，凡是与重力有关的实验，在卫星中也无法进行。引导学生思考：在正常运行的卫星中，有一物体自行脱落，该物体作何种运动？引入：由于卫星受到的万有引力提供了它绕地球运行的向心力，轨道半径越大的卫星，运行速度越小，不同卫星可能在不同轨道上运行，满足什么样的条件，卫星能和地球自转同步呢？2、地球的同步卫星：（

46、1）同步卫星与地面相对静止，与地球自转同步，周期为 24h。（2）同步卫星的运行方向与地球自转方向相同。（3）同步卫星定点在赤道正上方，离地高度、运行速率是唯一确定的。分析：万有引力提供卫星运转的向心力，而同步卫星与地球自转同步，所以其轨道平面必定与赤道平面重合，且所有同步卫星都在赤道正上方。设地球质量 M，半径为 R，自转周期为 T，同步卫星质量 m，离地高度 h，由牛顿第二定律：2224()()MmGmRhRhT 2324GMThR又2GMgR 22324R T ghR 可见：同步卫星的离地高度、线速度大小是唯一确定的。代入具体数据可得35800hkm。（三）例题分析 【例题 1】我国于

47、1986 年 2 月 1 日成功发射了一颗实用地球同步卫星，于 1999 年 11 月 20点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行

48、了具体的论述和数学论证认为太阳是静止不动的地球和其他行星围绕太阳运动把地球从天体运动的中心位置移到学习好资料 欢迎下载 日又成功发射“神舟号”试验飞船，飞船在太空中飞行了 21 小时，绕地球 14 圈，又顺利返回地面。那么此卫星与飞船在轨道上正常运转比较：A卫星的运转周期较大 B卫星的运转速率较大 C卫星的加速度较大 D卫星的离地高度较大 分析：飞船在轨道上正常运行时，地球对它的引力提供向心力，其周期211.514T飞小时，比同步卫星小，可得 A、D 正确。【例题 2】我国发射的亚洲一号通讯卫星的质量为 m，如果地球半径为 R，自转角速度为，表面重力加速度为 g，则卫星：A距地面的高度232g

49、RhR B环绕速度23vgR C受到地球引力为243m gR D受到地球引力为mg 分析：由22()MmmvGRhRh和2GMmmgR知 A、B 正确，由2vFmmvRh，把23vgR代入可知 C 正确，D 肯定不对。【例题 3】地球半径为 R，距地心为 r 处有一颗同步卫星，另一星球半径为 3R，距该星球球心为 3r 处也有一颗同步卫星，它的周期为 72h，则该星球的平均密度为地球的几倍？解：对于地球的同步卫星：22MmGmrr，得232324rrMGGT，地球密度3233MrVGT R，同理某星球的密度：33232333(3)1(3)(3)9rRGTRGTR（四）课堂小结 1卫星中物体所处

50、的状态。2同步卫星的特点。（五）布置作业 课本 P111 点和难点开普勒行星运动定律用开普勒定律解决有关天体运动问题三教学方法讲授法四教学过程一引入新课宇宙中有无数大小不同形态各异的天体由这些天体组成的神秘的宇宙始终是人们渴望了解的领域人们认识天体运动围绕天体这些观点知道行星如何运动二进行新课行星运动的两种学说地心说地心说的代表人物是亚里士多德和托勒玫他们从人们的日常经验太阳从边升起西边落下提出地心说地球是宇宙的中心并且静止不动所有行星围绕地球作圆周运动地心复杂而且以此为依据所得的历法与实际差异很大日心说日心说的代表人物是哥白尼他在天体运行论一书中对日心说进行了具体的论述和数学论证认为太阳是静