魯科版必修2 萬有引力定律的應(yīng)用 第1課時 教案.doc

萬有引力定律應(yīng)用教案【教學(xué)目標(biāo)】1 知識與技能（1） 會計算天體的質(zhì)量.（2） 會計算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度.（3） 知道第二宇宙速度和第三宇宙速度.2 過程與方法（1） 通過自主思考和討論與交流，認(rèn)識計算天體質(zhì)量的思路和方法（2） 預(yù)測未知天體是萬有引力定律最輝煌的成就之一.引導(dǎo)學(xué)生讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，體會科學(xué)探究需要極大的毅力和勇氣.（3） 通過對海王星發(fā)現(xiàn)過程的了解，體會科學(xué)理論對未知世界探索的指導(dǎo)作用.（4） 由牛頓曾設(shè)想的人造衛(wèi)星原理圖，結(jié)合萬有引力定律和勻速圓周運動的知識推出第一宇宙速度.（5） 從衛(wèi)星要擺脫地球或太陽的引力而需要更大的發(fā)射速度出發(fā)，引出第二宇宙速度和第三宇宙速度.3 情感、態(tài)度與價值觀（1） 體會和認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義.（2） 體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用.【教材分析】這節(jié)課通過對一些天體運動的實例分析，使學(xué)生了解：通常物體之間的萬有引力很小，常常覺察不出來，但在天體運動中，由于天體的質(zhì)量很大，萬有引力將起決定性作用，對天體質(zhì)量的計算，對天文學(xué)的發(fā)展起了方大的推動作用，其中一個重要的應(yīng)用就是計算天體的質(zhì)量.在講課時，應(yīng)用萬有引力定律有三條思路要交待清楚。 1從天體質(zhì)量的計算，是發(fā)現(xiàn)海王星的成功事例，注意對學(xué)生研究問題的方法教育，即提出問題，然后猜想與假設(shè)，接著制定計劃，應(yīng)按計劃計算出結(jié)果，最后將計算結(jié)果同實際結(jié)合對照.直到使問題得到解決.2把天體（或衛(wèi)星）的運動看成是勻速圓周運動，即f引=f向，用于計算天體（中心體）的質(zhì)量，討論衛(wèi)星的速度、角速度、周期及半徑等問題。3在地面附近把萬有引力看成物體的重力，即f引=mg.主要用于計算涉及重力加速的問題?！窘虒W(xué)重點】1 人造衛(wèi)星、月球繞地球的運動；行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的2 會用已知條件求中心天體的質(zhì)量【教學(xué)難點】根據(jù)已有條件求天體的質(zhì)量和人造衛(wèi)星的應(yīng)用.【教學(xué)過程及師生互動分析】自從卡文迪許測出了萬有引力常量，萬有引力定律就對天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動作用，這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用.(一） 天體質(zhì)量的計算提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考：在天文學(xué)上，天體的質(zhì)量無法直接測量，能否利用萬有引定律和前面學(xué)過的知識找到計算天體質(zhì)量的方法呢？1基本思路：在研究天體的運動問題中，我們近似地把一個天體繞另一個天體的運動看作勻速圓周運動，萬有引力提供天體作圓周運動的向心力.2計算表達(dá)式：例如：已知某一行星到太陽的距離為r，公轉(zhuǎn)周期為t，太陽質(zhì)量為多少？分析：設(shè)太陽質(zhì)量為m，行星質(zhì)量為m，由萬有引力提供行星公轉(zhuǎn)的向心力得：， 提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考：如何計算地球的質(zhì)量？學(xué)生討論后自己解決分析：應(yīng)選定一顆繞地球轉(zhuǎn)動的衛(wèi)星，測定衛(wèi)星的軌道半徑和周期，利用上式求出地球質(zhì)量。因此上式是用測定環(huán)繞天體的軌道半徑和周期方法測被環(huán)繞天體的質(zhì)量，不能測環(huán)繞天體自身質(zhì)量.對于一個天體，m是一個定值.所以，繞太陽做圓周運動的行星都有.即開普勒第三定律。老師總結(jié)：應(yīng)用萬有引力定律計算天體質(zhì)量的基本思路是：根據(jù)行星（或衛(wèi)星）運動的情況，求出行星（或衛(wèi)星）的向心力，而f向=f萬有引力。根據(jù)這個關(guān)系列方程即可.（二）預(yù)測未知天體：利用教材和動畫模型，講述自1781年天王星的發(fā)現(xiàn)后，人們發(fā)現(xiàn)天王星的實際軌道與由萬有引力定律計算出的理論軌道存在較大的誤差，進(jìn)而提出猜想.然后收集證據(jù)提出問題的焦點所在-還有一顆未知的行星影響了天王星的運行，最后亞當(dāng)斯和勒維烈爭得在計算出來的位置上發(fā)現(xiàn)了海王星.（此部分內(nèi)容，讓學(xué)生看教材看動畫，然后學(xué)生暢所欲言，也可以讓學(xué)生課后找資料寫一個科普小論文，闡述一下科學(xué)的研究方法.三）人造衛(wèi)星和宇宙速度人造衛(wèi)星：問題一：1.有1kg的物體在北京的重力大還是在上海的重力大？問題二：衛(wèi)星為什么不會掉下來呢？問題三：1、地球在作什么運動？人造地球衛(wèi)星在作什么運動？通過展示圖片為學(xué)生建立清晰的圖景2、作勻速圓周運動的向心力是誰提供的？回答：地球與衛(wèi)星間的萬有引力即由牛頓第二定律得： 3、由以上可求出什么？衛(wèi)星繞地球的線速度： 衛(wèi)星繞地球的周期： 衛(wèi)星繞地球的角速度： 教師可帶領(lǐng)學(xué)生分析上面的公式得：當(dāng)軌道半徑不變時，則衛(wèi)星的周期不變、衛(wèi)星的線速度不變、衛(wèi)星的角速度也不變當(dāng)衛(wèi)星的角速度不變時，則衛(wèi)星的軌道半徑不變宇宙速度：當(dāng)衛(wèi)星軌道最低貼近地球表面運動的時候呢？ 上式中將r替換r，即可得到第一宇宙速度.注意:讓學(xué)生親自計算一下第一宇宙速度的大小，并幫助學(xué)生分析出來，第一宇宙速度就是最大的運行速度和最小的發(fā)射速度.引出第二宇宙速度和第三宇宙速度.指明應(yīng)用的狀況.【課堂例題及練習(xí)】 例1木星的一個衛(wèi)星運行一周需要時間1.5104s，其軌道半徑為9.2107m，求木星的質(zhì)量為多少千克？ 解：木星對衛(wèi)星的萬有引力提供衛(wèi)星公轉(zhuǎn)的向心力： ， 例2地球繞太陽公轉(zhuǎn)，軌道半徑為r，周期為t。月球繞地球運行軌道半徑為r，周期為t，則太陽與地球質(zhì)量之比為多少？ 解：地球繞太陽公轉(zhuǎn)，太陽對地球的引力提供向心力 則， 得： 月球繞地球公轉(zhuǎn)，地球?qū)υ虑虻囊μ峁┫蛐牧?則 ,得： 太陽與地球的質(zhì)量之比例3一探空箭進(jìn)入繞太陽的近乎圓形的軌道運行，軌道半徑是地球繞太陽公轉(zhuǎn)半徑的9倍，則探空火箭使太陽公轉(zhuǎn)周期為多少年？解：方法一：設(shè)火箭質(zhì)量為m1，軌道半徑r，太陽質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為m2，軌道半徑為r.火箭繞太陽公轉(zhuǎn)， 則 得： 地球繞太陽公轉(zhuǎn)， 則 得： 火箭的公轉(zhuǎn)周期為27年. 方法二：要題可直接采用開普勒第三定律求解，更為方便.【課后作業(yè)及練習(xí)】1 已知月球到地球的球心距離為r=4108m,月亮繞地球運行的周期為30天，求地球的質(zhì)量.2將一物體掛在一彈簧秤上，在地球表面某處伸長30mm,而在月球表面某處伸長5mm.如果在地球表面該處的重力加速度為9.84