3.6萬有引力定律與宇宙速度

3.6萬有引力定律與宇宙速度人造衛(wèi)星規(guī)律的探究宇宙速度航天應(yīng)用應(yīng)用拓展夜晚，仰望蒼穹，繁星閃爍，這浩瀚無邊的宇宙中有著無數(shù)的大小不一、形態(tài)各異的天體，它們的神秘始終讓我們渴望了解，并不斷地去探索特點(diǎn)呢?

新課引入從嫦娥奔月到萬戶飛天，從阿波羅11號登月到我國“載人航天工程”“探月工程”的有序開展，人類一直在為“飛天”夢想努力著。

敦煌飛天的壁畫新課引入新課教學(xué)一、人類對行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識歷程兩種學(xué)說的碰撞地心說日心說新課教學(xué)一、人類對行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識歷程二十年的精心觀測四年多的刻苦計(jì)算8分的誤差

怎么回事呢？否定19種假設(shè)行星軌道為橢圓開普勒（德國天文學(xué)家）第谷（丹麥天文學(xué)家）新課教學(xué)一、人類對行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識歷程說明：（1）太陽并不是位于橢圓中心，而是位于焦點(diǎn)處。（2）不同行星軌道不同，但所有軌道的焦點(diǎn)重合。開普勒第一定律01.

所有的行星圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。軌道定律新課教學(xué)一、人類對行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識歷程說明：行星越靠近太陽速率越大，越遠(yuǎn)離太陽速率越?。矗盒行窃诮拯c(diǎn)速率大于遠(yuǎn)日點(diǎn)速率）。開普勒第二定律02.對于任意一個(gè)行星而言，它和太陽的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。面積定律新課教學(xué)一、人類對行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識歷程猜想：a3/T2=k，你能猜出k可能跟誰有關(guān)嗎?行星？太陽？開普勒第三定律03.所有行星軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比都相等。周期定律即：a3/T2=k新課教學(xué)一、人類對行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識歷程牛頓(1643—1727)英國著名的物理學(xué)家

當(dāng)年牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，也經(jīng)過類似同學(xué)這樣的思考，并憑借其超凡的數(shù)學(xué)能力和堅(jiān)定的信念，深入研究，最終發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。牛頓在1676年給友人的信中寫道：

如果說我看的比別人更遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏稀?/p>

建立模型探究1:太陽對行星的引力F活動(dòng)探究簡化把行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)簡化為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到一個(gè)指向圓心（太陽）的引力，正是這個(gè)力提供了勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力。思考：行星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是橢圓運(yùn)動(dòng)，但我們還不了解橢圓運(yùn)動(dòng)規(guī)律，那應(yīng)該怎么辦？能把它簡化成什么運(yùn)動(dòng)呢？建立模型探究1:太陽對行星的引力F活動(dòng)探究思考：太陽對行星的引力提供向心力，那么這個(gè)力大小有什么樣定量關(guān)系？

消去v

探究2:牛頓“月—地檢驗(yàn)”活動(dòng)探究牛頓的猜想這些力也許是同一種性質(zhì)的力，并且都遵從與距離的平方成反比的規(guī)律。太陽對行星的引力地球?qū)υ虑虻囊Φ厍驅(qū)Φ孛嫔咸O果的引力“天上”的力“人間”的力是否同種性質(zhì)？新課教學(xué)二、

萬有引力定律定律內(nèi)容01.自然界中任何兩個(gè)物體都是互相吸引的，引力的方向沿兩物體的連線,引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比。G：是引力常量，其值為6.67×10-11N·m2/kg2新課教學(xué)第一個(gè)能稱出地球質(zhì)量的人

100多年后，由英國物理學(xué)家卡文迪許測出G值的測量：卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)新課教學(xué)二、

萬有引力定律說明：（1）萬有引力公式適應(yīng)于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)或者兩個(gè)均勻球體之間的相互作用。（2）r—質(zhì)點(diǎn)間的距離（或球心距）（3）兩個(gè)物體之間的萬有引力是一對相互作用力（4）自然界的任何兩物體之間都存在萬有引力估算太陽和地球間的萬有引力大小做一做萬有引力的宏觀性：萬有引力在天體與天體間,天體與物體間比較顯著。已知太陽的質(zhì)量約為2.0×1030kg,地球的質(zhì)量約為6.0×1024kg,太陽和地球之間的平均距離約為1.5×1011m,太陽和地球間的萬有引力有多大?F=Gm1m2r2=6.67×10-11×2.0×1030×6.0×1024（1.5×1011）2N=3.56×1022N=3.545×1022N

能夠拉斷直徑為9000km

的鋼柱我們?nèi)伺c人之間也應(yīng)該存在萬有引力，可是為什么我們感受不到呢？想一想萬有引力的宏觀性：在通常情況下，萬有引力非常小，只有質(zhì)量巨大的星球間或天體與附近的物體間，它的存在才有實(shí)際的物理意義。估算兩個(gè)質(zhì)量50kg的同學(xué)相距0.5m時(shí)之間的萬有引力約有多大？F=Gm1m2r2=6.67×10-11×2.0×1030×6.0×1024（1.5×1011）2N=3.56×1022N=6.67×10-7

N

一粒芝麻重的幾千分之一新課教學(xué)人造衛(wèi)星規(guī)律的探究Av交流討論問題1：假想人站在山頂，平拋出一個(gè)物體，速度越大，物體飛的越遠(yuǎn)，若物體速度非常大可能會有什么情況？新課教學(xué)人造衛(wèi)星規(guī)律的探究

實(shí)際上，早在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓就設(shè)想：把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點(diǎn)也就一次比一次遠(yuǎn)；拋出速度足夠大時(shí)，物體就不會落回地面，成為人造地球衛(wèi)星。夢想成真1969年7月20日，美國“阿波羅”11號飛船的登陸艙降落在月球附近的靜海區(qū)，首次實(shí)現(xiàn)了人類登上月球的理想……

宇航員阿姆斯特朗說出“對個(gè)人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言，卻是巨大的飛躍。”小組展示世界各國發(fā)射人造衛(wèi)星的基本情況夢想成真規(guī)律探尋探尋人造衛(wèi)星運(yùn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律

參數(shù)衛(wèi)星在軌高度(H)運(yùn)行速度(v)運(yùn)行周期(T)天宮一號382KM7.88KM/s約90分鐘東方紅一號728.25KM7.55KM/s114分鐘

鑫諾六號通信廣播衛(wèi)星35786KM3.1KM/s23小時(shí)56分4秒

衛(wèi)星繞地運(yùn)轉(zhuǎn)軌道半徑越大，速度越小、角速度越小、周期越大新課教學(xué)三、宇宙速度這就是物體在地球附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度，叫作第一宇宙速度（環(huán)繞速度）。第一宇宙速度01.算一算：以多大的速度拋出物體，它才會繞地球表面運(yùn)動(dòng)，不會掉下來？（忽略太陽對物體的引力。已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2，地球質(zhì)量M=6×1024kg，地球半徑R=6400km，地球表面重力加速度g=9.8m/s2）新課教學(xué)三、宇宙速度第一宇宙速度01.

發(fā)射衛(wèi)星的軌道越高，需要克服萬有引力的阻礙作用越多，所以發(fā)射速度需要增加。1.是航天器成為衛(wèi)星的最小發(fā)射速度2.是衛(wèi)星的最大環(huán)繞速度新課教學(xué)三、宇宙速度第二宇宙速度02.理論研究指出，在地面附近發(fā)射飛行器，如果速度大于7.9km/s，又小于11.2km/s，它繞地球運(yùn)行的軌跡就不是圓，而是橢圓。當(dāng)飛行器的速度等于或大于11.2km/s時(shí)，它就會克服地球的引力，永遠(yuǎn)離開地球。我們把

11.2km/s叫作第二宇宙速度（逃逸速度）。新課教學(xué)三、宇宙速度第三宇宙速度03.達(dá)到第二宇宙速度的飛行器還無法脫離太陽對它的引力。在地面附近發(fā)射飛行器，如果要使其掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外，必須使它的速度等于或大于

16.7km/s，這個(gè)速度叫作第三宇宙速度（脫離速度）。新課教學(xué)三、宇宙速度

V1=7.9km/s地球V2=11.2km/sV3=16.7km/s11.2km/s>v>7.9km/sM發(fā)射速度運(yùn)行速度新課教學(xué)四、太空中的失重自主學(xué)習(xí)太空失重，嘗試設(shè)計(jì)一種在宇宙飛船上進(jìn)行微重力失重條件下的實(shí)驗(yàn)方案。新課教學(xué)應(yīng)用拓展——航天應(yīng)用人造衛(wèi)星01.1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星——“衛(wèi)星1號”被送到了外層空間。這是人類第一次沖破重力的束縛，自由自在地探測宇宙空間。蘇聯(lián)的這一劃時(shí)代成就當(dāng)即在西方世界引發(fā)了一場“衛(wèi)星地震”……新課教學(xué)應(yīng)用拓展——航天應(yīng)用人造衛(wèi)星01.1970年4月24日，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅1號”發(fā)射成功。使中國成為繼蘇、美、法、日之后世界上第五個(gè)獨(dú)立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家。新課教學(xué)應(yīng)用拓展——航天應(yīng)用人造衛(wèi)星01.我國自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國家重要空間基礎(chǔ)設(shè)施。由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星組成。新課教學(xué)應(yīng)用拓展——航天應(yīng)用人造衛(wèi)星01.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力。因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合，其軌道可分為三類：1.赤道軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道共面，衛(wèi)星始終處于赤道正上方。3.任意軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道平面成某一角度。2.極地軌道：衛(wèi)星的軌道與赤道平面垂直，衛(wèi)星經(jīng)過兩極上空。新課教學(xué)應(yīng)用拓展——航天應(yīng)用人造衛(wèi)星01.我國自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為全球用戶提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的國家重要空間基礎(chǔ)設(shè)施。由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星組成。新課教學(xué)應(yīng)用拓展——航天應(yīng)用人造衛(wèi)星01.地球同步衛(wèi)星指相對于地面靜止的人造衛(wèi)星，它跟著地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期T=24h。所有的地球同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方，主要用于通信，故也稱通信衛(wèi)星。新課教學(xué)應(yīng)用拓展——航天應(yīng)用載人航天02.1992年9月,我國政府開始實(shí)施“載人航天工程”,確定三步走的發(fā)展戰(zhàn)略:發(fā)展載人飛船