3-2 万有引力定律的应用 教学设计 (2)

万有引力定律的应用
1教学目标
知识与技能
（1）会计算天体的质量；
（2）会计算人造卫星的环绕速度；
（3）知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。
过程和方法
（1）通过自主思考和讨论与交流，认识计算天体的质量的思路和方法；
（2）由牛顿曾设想的人造卫星原理图，结合万有引力定律和匀速圆周运动的知识，引出第二宇宙速度和第三宇宙速度。
（3）预测未知天体是万有引力定律最辉煌的成就之一。通过引导学生经历科学探究的过程，体会科学探究需要极大的毅力和勇气。
情感态度与价值观
（1）认识发现万有引力定律的重要意义；
（2）体现科学定律对人类探索未知世界的作用。
2学情分析
从教材上看：本节课的内容是粤教版必修2第三章《万有引力定律定律及其应用》的第二节《万有引力的应用》。主要内容是利用万有引力定律可以测量天体的质量、预测未知天体、指导发射人造卫星和计算宇宙速度。
从学生情况看：学生已经学习了圆周运动的相关知识和万有引力的定律，并能初步利用万有引力定律的公式求引力或一些的比例运算，但学生的推理和运算能力较差，加上本章书的公式运用较为灵活，故学生对此有一定的畏难心理。同时我所教的班级基础比较差，所以在处理教学问题上，估算这方面我省略了，同时尽量让学生去参与。在本节课的要求上也没有那么高，主要让学生掌握主线的应用和一些基本的概念。
3重点难点
重点：计算天体的质量和计算宇宙速度
难点：掌握计算天体的质量和计算宇宙速度的方法
4教学过程
4.1
第一学时
4.1.1教学活动
活动1【讲授】万有引力定律的应用
1.复习（学生在练习本上写公式）
万有引力定律：
匀速圆周运动的向心力公式：
天体做什么运动？
2、新课引入：
师：阿基米德在研究杠杆原理后，曾经说过一句什么名言？
生：“给我一个支点，我可以撬动地球。”
师：讨论能通过杠杆原理（天平）测量地球的质量吗？
那我们如何测量巨大的天体质量？
生：讨论交流，得出结论
师：万有引力定律可以做到
一、计算天体的质量
例题：已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期为T，轨道半径为r
，万有引力常量为G，求地球的质量是多少？
解题的思路：
F引
=F向
生：根据题意和解题思路，解决该问题，并得出结论
师：若给出的不是周期，而是运行的速度或是角速度，同学们又能不能求出地球质量？
生：讨论分析，得出结论
讨论与交流：（拓展）
师：同学们试一试若计算其他天体的质量我们怎么去计算呢？
1．计算太阳的质量呢？
2．计算月球的质量呢？
3.那木星、火星的质量呢？
生：通过分析确定只能计算中心天体的质量，并且明确解题的思路
师：如果我要计算天体的密度呢？怎样计算？
生：
课堂练习
1、.若已知某行星绕太阳公转的半径为r，公转的周期为T，万有引力常量为G，则由此可求出（
）
A.某行星的质量
B.太阳的质量
C.某行星的密度
D.太阳的密度
生:主动回答问题并分析
想一想：
若已知太阳的质量M，某行星绕太阳公转的半径为r，万有引力常量为G，能不能求出该行星周期？角速度？线速度？
解题的思路：F引
=F向
生：根据题意，分组完成。主动上黑板分享结果
师：卫星的线速度、角速度和周期与轨道半径的关系呢？
师生一起得出结论：高轨道上运行的卫星，线速度小、角速度小，周期长。
拓展：
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，引力常数为G，求卫星的速度Ｖ？
解题思路:
F引
=F向
生：根据思路，列出地球环绕速度的表达式
根据
得出
若卫星在地球表面做匀速圆周运动地球半径R=6400km，地球质量M=5.98×1024kg
v=7.9km/s（课后让学生去计算，课堂上给结论）
师：解释牛顿对人造卫星原理的描绘。
生:通过牛顿对人造卫星原理的描绘，知道牛顿所说的足够大的速度就是环绕地球的最大的速度。
师：引出宇宙速度
二、人造卫星和宇宙速度
第一宇宙速度（Ｖ＝7.9km/s
）
是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度（最大环绕速度）
想一想：若我们的发射速度不断的增大,卫星的运动情况将会怎么样呢？
第二宇宙速度
大小：v=11.2km/s
意义：以这个速度发射，物体刚好能克服地球的引力作用，永远的离开地球而绕太阳运动。也叫脱离速度。
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不是圆，而是椭圆；
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。
第三宇宙速度
大小：v=16.7km/s
意义：以这个速度发射，物体刚好能摆脱太阳引力的束缚而飞到太阳系以外，也叫逃逸速度。
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，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。
生：根据图，理解宇宙速度
2.人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其速率是下列的（
）
A
一定等于7.9km/s
B
等于或小于7.9km/s
C
一定大于7.9km/s
D
介于7.9
~
11.2
km/s
生:主动回答和分析问题
三、预测未知的天体
历史上天文学家曾经根据万有引力定律计算太阳系中天王星的运动轨道，由于计算值与实际情况有较大偏差，促使天文学家经过进一步的研究先后发现了海王星和冥王星.这两颗星的发现进一步证明了万有引力定律的正确性，而且也显示了万有引力定律对天文学研究的重大意义
。
生：根据课本的材料阅读，有兴趣了解的学生回去查阅相关资料
师：总结本节的知识
这节课我们主要掌握的知识点是：
1.万有引力定律在天文学中的应用
F引
=F向
２.宇宙速度
7.9km/s
11.2km/s
16.7km/s
第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是在轨道上运行的最大速度