3-2 万有引力定律的应用 教学设计 (5)

万有引力定律的应用
1教学目标
【知识和技能】
1、
会推导人造卫星的环绕速度（第一宇宙速度；
2、
会解决涉及人造地球卫星的较简单的问题；
3、
知道第二宇宙速度和第三宇宙速度的含义和数值；
【过程和方法】
1、了解万有引力定律在探索宇宙奥秘中的重要作用，感受科学定律的巨大魅力；
2、体会科学探索中，理论和实践的关系；
3、体验自然科学中的人文精神。
【情感、态度和价值观】
培养学生对万有引力定律的理解和利用有限的已知条件进行近似计算的能力。
2学情分析
经过学习粤教版物理必修2第二章的圆周运动，高一学生已经慢慢熟悉并掌握圆周运动这种运动模型。但是第三章的万有引力定律及其应用，要求学生联系圆周运动的进行解答，对于高一学生而言，还是比较抽象难懂，且难以掌握。况且高一学生的主动联想能力和主动思考能力，大体而言还是比较低下，所以在第三章的教学过程中，教师的教学过程中必须巧妙的设计多一点的讨论与交流，在让学生通过自主探究进而逐步掌握天体运动模型的基础上，引导学生掌握万有引力定律的应用。再适当引用相关的高考题型，让学生懂得如何学以致用。
3重点难点
教学重点：
（1）万有引力提供向心力，天体运动的处理思路是本节的重点；
（2）理解三个宇宙速度，会计算有关第一宇宙速度的问题。
教学难点：
人造卫星绕行线速度、角速度、周期、向心加速度与其运动半径的关系。
4教学过程
4.1
第二学时
4.1.1教学活动
活动1【导入】复习回顾
1、匀速圆周运动的定义；
2、万有引力定律的内容；
3、万有引力神奇的威力。
活动2【活动】学生活动
学生回答：1、匀速圆周运动：质点做圆周运动，并在相等的时间内通过的圆弧长度相等，这种运动则称为匀速圆周运动。
2、万有引力定律：宇宙间任何两个有质量的物体都存在相互吸引力，其大小与这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比。
3、万有引力定律神奇的威力
（1）计算天体的质量
（2）计算天体的密度
（3）预测未知天体的轨道和位置
（4）宇宙速度和人造卫星的运行规律
（5）人造卫星的发射和回收
活动3【导入】观看嫦娥奔月的视频
引导学生思考：
1、人造卫星如何飞上太空？
2、人造卫星在太空中又如何完成轨道的转变？
3、在地面上向空中抛出一个物体，它能不能飞上太空？
活动4【活动】学生活动
学生回答：1、人造卫星借助火箭的推送发射升空。
2、在宇宙中利用改变速度实现轨道的转变。
3、在地面上向空中抛出一个物体，在一定的条件下，可以飞上太空。
活动5【导入】情景问题
将一物体沿水平方向抛出，仅在重力作用下，它将做平抛运动。保持该物体离地面的高度不变，抛出的初速度越大，它将飞得越远。假如抛出的物体的水平初速度足够大，那么物体将会发生什么现象？
活动6【活动】第一宇宙速度的计算
情景假设：卫星绕地球做匀速圆周运动，地球的质量为M，卫星的质量为m，卫星的绕行速度为v，卫星到地心的距离为r，求v
。若已知G=6.67×10-11N·m2/kg2，R=6.37×106m，M=5.98×1024kg，求v的值。（请注意解题格式）
活动7【活动】合作探究1
探究1、从上述解答中，你们能否得出要使物体从地面飞上太空至少要达到多大的发射速度？
活动8【活动】合作探究2
探究2、从第一宇宙速度的计算公式中我们可以得出，随着卫星轨道半径的增大，卫星的运行速度将发生什么变化？
活动9【讲授】三个宇宙速度
1、第一宇宙速度：物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度，叫做第一宇宙速度。又称为最大绕行速度和最小发射速度。
2、第二宇宙速度：当物体的发射速度等于或大于11.2km/s时，它就会克服地球的引力，永远离开地球。我们把11.2km/s叫做第二宇宙速度。又称为脱离速度。
3、第三宇宙速度：当物体的发射速度等于或大于16.7km/s时，物体可以摆脱太阳的引力，飞到太阳系以外的宇宙空间。我们把16.7km/s叫做第三宇宙速度。又称为逃逸速度。
活动10【练习】举一反三
1、若地球质量未知，而知道地球表面的重力加速度
g=9.8m/s2，
地球半径R=6400km,能否求出第一宇宙速度？
活动11【讲授】第一环节小结
第一宇宙速度的计算方法：
方法1：知道地球的质量M和半径R
方法2：知道地球表面重力加速度g和半径R
活动12【练习】链接高考
1、（2012.广东模拟）2010年10月1日我国已发射了“嫦娥二号”探月卫星，该卫星在距月球100km处绕月球运行，据悉我国还将在近几年再发射“萤火”号火星探测器，该探测器将绕火星运行，设“嫦娥二号”卫星发射后达到月球前发动机是关闭的；“萤火”号火星探测器发射后达到火星前发动机也是关闭的；即它们在该阶段的运动是所谓无动力飞行状态。关于“嫦娥二号”探月卫星和“萤火”号火星探测器发射速度说法正确的是（
）
A.
“嫦娥二号”探月卫星的发射速度必须大于11.2km/s；
B.
“嫦娥二号”探月卫星的发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s；
C.
“萤火”号火星探测器的发射速度必须大于16.7km/s；
D.
“萤火”号火星探测器的发射速度大于7.9km/s小于11.2km/s；
活动13【活动】讨论与交流
二、讨论绕行速度、角速度、周期等与半径的关系
1、线速度和轨道的半径的关系
2、角速度和轨道半径的关系
3、运行周期和轨道半径的关系
活动14【练习】当堂练习
3、（2012广东卷）.如图6所示，飞船从轨道1变轨至轨道2。若飞船在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，相对于在轨道1上，飞船在轨道2上的
（
）
A.动能大（线速度大）
B.向心加速度大
C.运行周期长
D.角速度小
4、三颗人造地球卫星A、B、C在同一平面内沿不同的轨道绕地球做匀速圆周运动，且绕行方向相同，已知RA＜RB＜RC.若在某一时刻，它们正好运行到同一条直线上，如图左所示．那么再经过卫星A的四分之一周期时，如图，卫星A、B、C的位置可能是(
)
活动15【活动】自主小结
一、宇宙速度：
第一宇宙速度：v1＝7.9km／s
是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球
运行的最大速度。
第二宇宙速度：v2＝11.2km／s，是卫星摆脱地球引力的最小发射速度
第三宇宙速度:
v3＝16.7km／s，是摆脱太阳引力的最小发射速度。
二、解决人造卫星运行规律：
1、基本思路：把天体或人造卫星的运动看作匀速圆周运动，由万有引力提供天体或人造卫星的向心力.
2、绕行速度、角速度、周期等与半径的关系：高轨低速长周期！
活动16【作业】课后作业
1.（P54）练习4、5
2.课外探究活动
收集资料，编写关于我国的航天事业发展的历程及取得的重大成果的相关论文。