四市九校教学比武一等奖教案 万有引力与航天
文档属性
| 名称 | 四市九校教学比武一等奖教案 万有引力与航天 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 211.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2010-10-18 08:20:00 | ||
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文档简介
本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
<< 万 有 引 力 与 航 天 >> 教案
南县一中高三物理备课组 执教：牟金春
教学目标
一、知识与技能
1、通过自主归纳本章基础知识，理解并掌握万有引力定律的内容、公式及适用条件，形成知识网络。
2、学会信息收集，提高分析、解决问题能力，有团队合作精神通过综合运用万有引力定律、圆周运动、抛体运动知识，尝试运用物理原理和研究方法，学会解决一些与生产和生活相关的天体运动问题。
二、过程与方法
注重基本概念和规律理解，熟悉物理量间的关系，重视物理过程的推导。
三、情感、态度与价值观
掌握万有引力在航天航空以及天文学领域的基本应用，培养学生应用基本知识解决实际问题的能力。
教学重点：
梳理知识，综合运用万有引力定律、圆周运动知识解决具体问题的方法。
教学难点：
综合运用所学知识解题
教学方法：启发引导、讲练结合
课型：复习课
课时：1课时
引入课题：展示考纲及要求（多媒体展示）
教学过程：
（学生阅读教材，自主完成以下问题导学）
自主学习：（探究自主构建知识网络）
1、 物理模型：行星围绕太阳做________________运动
2、 万有引力定律内容：
万有引力定律表达式： 其中G叫做___________
其数值为__________英国科学家________在实验室较准确的测得了该物理量
万有引力定律适用条件______________________
3、 处理天体运动问题的基本思路：
思路一：把天体的运动看成是__________运动，其所需向心力由__________提供。即___________________________ (表达式)
思路二：在地球表面附近，忽略____________影响，万有引力近似等于物体所受的_________。
4、地球同步卫星“一定”的物理量：
_______一定，_______一定， ________一定，_______一定
5、第一宇宙速度：v1=________，是人造地球卫星的__________速度。也是人造
卫星绕地球做匀速圆周运动的____________速度。
第二宇宙速度：v2=________，是使卫星挣脱______引力束缚的最小发射速度。
第三宇宙速度：v3=________，是使卫星挣脱______引力束缚的最小发射速度。
合作探究：
(小试牛刀)2010年金秋十月我国“嫦娥二号”成功发射，图1是“嫦娥二号奔月”示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测。下列说法正确的是
A．发射“嫦娥二号”的速度必须达到第三宇宙速度
B．在绕月圆轨道上，卫星的周期与卫星质量有关
C．卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比
D．在绕月圆轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力
考点透视：运用所学知识解决卫星运行中的实际问题，如对接、回收、发射、在卫星中做实验等，是近年高考命题的趋势；而且目前卫星的制造和利用正朝超大和超微两个极端发展，这些都与功和能密切相关，复习时还应注意从功能的角度考虑卫星轨道的变化问题。
1、 求解天体运动要注意区分的几个概念：
例1：（上海.2002年）一卫星绕某行星做匀速圆周运动，已知行星表面的重力加速度为g行，行星的质量M与卫星的质量m之比M/m=81，行星的半径R行与卫星的半径R卫之比R行/R卫=3.6，行星与卫星之间的距离r与行星的半径R行之比r/R行=60.设卫星表面的重力加速度为g卫，则在卫星表面有：
G=mg卫
……
经过计算得出：卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的三千六百分之一.
上述结果是否正确？若正确，列式证明；若错误，求出正确结果.
解析：所得的结果是错误的.
①式中的g卫并不是卫星表面的重力加速度，而是卫星绕行星做匀速圆周运动的向心加速度.
正确解法是
卫星表面 G=g卫 ①
行星表面 G=g行 ②
（
∴ g卫=0.16 g行
小结拓展：求解天体运动问题时，要注意区分几个概念：（1）两个质量——中心天体的质量和环绕天体的质量；（2）两个半径——天体半径和卫星轨道半径；（3）两种周期——自转周期和公转周期；（4）两个加速度——向心加速度和星球表面的加速度。
（反馈练习）一物体静置在平均密度为的球形天体表面的赤道上。已知万有引力常量Ｇ，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为
Ａ． Ｂ． Ｃ． Ｄ．
二、万有引力定律的应用：
例2：宇航员在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球，经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L。若抛出的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为。已知两落地点在同一水平面上，设星球的半径为R，万有引力常量为G，求该星球的质量。
解：设抛出点的高度为，第一次平抛水平射程为，则：
…………………①
由于第二次抛出点的高度与第一次相同，则落地时间一样，
所以第二次平抛水平射程为。
则：………② 由①②两式得…………③
又因为………………④ 由万有引力定律，……⑤
由③④⑤式可得
小结：物理题解的一般步骤：1、理解题意是基础，抓住对“宇航员站在一星球表面上的某高处”的含义要理解透切，挖掘出“万有引力等于重力”潜在的已知条件，认真读题、审题；2、建立模型是手段，物理学研究的对象是经过一定程度抽象化或理想化的模型。在高中物理的学习中，已建立了一系列的实体模型和过程模型，为在研究问题时能抓住主要矛盾，摒弃次要因素起到极其重要的作用，本题研究对象就是平抛物体的模型；3、创设情景、灵活运用时关键，物理量的变化总是伴随在物理过程的变化之中，抓住变化过程往往是解题的关键，画出物理过程的示意图，展现物理情景，探讨各物理量的变化。
（反馈练习）在勇气号火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过多次弹跳才停下来。假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为h，速度方向是水平的，速度大小为v0，求它第二次落到火星表面时速度的大小，计算时不计火星大气阻力。已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r，周期为T，火星可视为半径为r0的均匀球体。
课堂小结
（1）卫星绕天体稳定运行时万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力。
（i）由得 ∴r越大，v越小
（ii）由得 ∴r越大，越小
（iii）由得 ∴r越大，T越大
（2）归纳内容
课堂总结评价
请你对自己今天的学习作出正确、客观的评价!
（1）本节课你最大的收获。
（2）本节课你比较成功解决的几个问题。
（3）有待加强的问题。
课后限时练习：
1、1990年5月，紫金山天文台将他们发现的第2752号小行星命名为吴健雄星，该小行星的半径为16 km。若将此小行星和地球均看成质量分布均匀的球体，小行星密度与地球相同。已知地球半径R=6400 km，地球表面重力加速度为g。这个小行星表面的重力加速度为（ ）
A.400g B.g C.20g D.g
2、太阳系中的8大行星的轨道均可以近似看成圆轨道.下列4幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律的图像.图中坐标系的横轴是，纵轴是;这里T和R分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径，和分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径.下列4幅图中正确的是
3、月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为，设月球表面的重力加速度大小为，在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为，则
（A） （BC） （） （D）
4、（江苏.2010年）2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有
（A）在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
（B）在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A 的动能
（C）在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
（D）在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
5、英国《新科学家（New Scientist）》杂志评选出了2008年度世界8项科学之最，在www. XTEJ1650-500双星系统中发现的最小黑洞位列其中，若某黑洞的半径约45km，质量和半径的关系满足（其中为光速，为引力常量），则该黑洞表面重力加速度的数量级为www.
A． www. www. B． C． D．
6、（全国卷.2010年）如右图，质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速周运动，星球A和B两者中心之间距离为L。已知A、B的中心和O三点始终共线，A和B分别在O的两侧。引力常数为G。
1 求两星球做圆周运动的周期。
1 在地月系统中，若忽略其它星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球A和B，月球绕其轨道中心运行为的周期记为T1。但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期T2。已知地球和月球的质量分别为5.98×1024kg 和 7.35 ×1022kg 。求T2与T1两者平方之比。（结果保留3位小数）
7、中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为T=1/30 s。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解：计算时星体可视为均匀球体。(引力常数G=6.67×10-11m3/kg.s2)
8、如图所示,A是地球的同步卫星.另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内,离地面高度为h.已知地球半径为R,地球自转角速度为ω0,地球表面的重力加速度为g,O为地球中心.
(1)求卫星B的运行周期.
(2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上),则至少经过多少时间,他们再一次相距最近
9、（改编）人造地球卫星绕地球旋转时，既具有动能又具有引力势能（引力势能实际上是卫星与地球共有的，www.简略地说此势能是人造卫星所具有的）.设地球的质量为M，以无限远处时的引力势能为零，则质量为m的人造卫星在距离地心为r处时的引力势能为（G为万有引力常量）当物体在地球表面的速度等于或大于某一速度时,物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星，这个速度叫做第二宇宙速度.用R表示地球www.的半径，M表示地球的质量，G表示万有引力常量.试写出第二宇宙速度的表达式.
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南县一中高三物理备课组 执教：牟金春
教学目标
一、知识与技能
1、通过自主归纳本章基础知识，理解并掌握万有引力定律的内容、公式及适用条件，形成知识网络。
2、学会信息收集，提高分析、解决问题能力，有团队合作精神通过综合运用万有引力定律、圆周运动、抛体运动知识，尝试运用物理原理和研究方法，学会解决一些与生产和生活相关的天体运动问题。
二、过程与方法
注重基本概念和规律理解，熟悉物理量间的关系，重视物理过程的推导。
三、情感、态度与价值观
掌握万有引力在航天航空以及天文学领域的基本应用，培养学生应用基本知识解决实际问题的能力。
教学重点：
梳理知识，综合运用万有引力定律、圆周运动知识解决具体问题的方法。
教学难点：
综合运用所学知识解题
教学方法：启发引导、讲练结合
课型：复习课
课时：1课时
引入课题：展示考纲及要求（多媒体展示）
教学过程：
（学生阅读教材，自主完成以下问题导学）
自主学习：（探究自主构建知识网络）
1、 物理模型：行星围绕太阳做________________运动
2、 万有引力定律内容：
万有引力定律表达式： 其中G叫做___________
其数值为__________英国科学家________在实验室较准确的测得了该物理量
万有引力定律适用条件______________________
3、 处理天体运动问题的基本思路：
思路一：把天体的运动看成是__________运动，其所需向心力由__________提供。即___________________________ (表达式)
思路二：在地球表面附近，忽略____________影响，万有引力近似等于物体所受的_________。
4、地球同步卫星“一定”的物理量：
_______一定，_______一定， ________一定，_______一定
5、第一宇宙速度：v1=________，是人造地球卫星的__________速度。也是人造
卫星绕地球做匀速圆周运动的____________速度。
第二宇宙速度：v2=________，是使卫星挣脱______引力束缚的最小发射速度。
第三宇宙速度：v3=________，是使卫星挣脱______引力束缚的最小发射速度。
合作探究：
(小试牛刀)2010年金秋十月我国“嫦娥二号”成功发射，图1是“嫦娥二号奔月”示意图，卫星发射后通过自带的小型火箭多次变轨，进入地月转移轨道，最终被月球引力捕获，成为绕月卫星，并开展对月球的探测。下列说法正确的是
A．发射“嫦娥二号”的速度必须达到第三宇宙速度
B．在绕月圆轨道上，卫星的周期与卫星质量有关
C．卫星受月球的引力与它到月球中心距离的平方成反比
D．在绕月圆轨道上，卫星受地球的引力大于受月球的引力
考点透视：运用所学知识解决卫星运行中的实际问题，如对接、回收、发射、在卫星中做实验等，是近年高考命题的趋势；而且目前卫星的制造和利用正朝超大和超微两个极端发展，这些都与功和能密切相关，复习时还应注意从功能的角度考虑卫星轨道的变化问题。
1、 求解天体运动要注意区分的几个概念：
例1：（上海.2002年）一卫星绕某行星做匀速圆周运动，已知行星表面的重力加速度为g行，行星的质量M与卫星的质量m之比M/m=81，行星的半径R行与卫星的半径R卫之比R行/R卫=3.6，行星与卫星之间的距离r与行星的半径R行之比r/R行=60.设卫星表面的重力加速度为g卫，则在卫星表面有：
G=mg卫
……
经过计算得出：卫星表面的重力加速度为行星表面的重力加速度的三千六百分之一.
上述结果是否正确？若正确，列式证明；若错误，求出正确结果.
解析：所得的结果是错误的.
①式中的g卫并不是卫星表面的重力加速度，而是卫星绕行星做匀速圆周运动的向心加速度.
正确解法是
卫星表面 G=g卫 ①
行星表面 G=g行 ②
（
∴ g卫=0.16 g行
小结拓展：求解天体运动问题时，要注意区分几个概念：（1）两个质量——中心天体的质量和环绕天体的质量；（2）两个半径——天体半径和卫星轨道半径；（3）两种周期——自转周期和公转周期；（4）两个加速度——向心加速度和星球表面的加速度。
（反馈练习）一物体静置在平均密度为的球形天体表面的赤道上。已知万有引力常量Ｇ，若由于天体自转使物体对天体表面压力恰好为零，则天体自转周期为
Ａ． Ｂ． Ｃ． Ｄ．
二、万有引力定律的应用：
例2：宇航员在一星球表面上的某高处，沿水平方向抛出一小球，经过时间t，小球落到星球表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L。若抛出的初速度增大到2倍，则抛出点与落地点之间的距离为。已知两落地点在同一水平面上，设星球的半径为R，万有引力常量为G，求该星球的质量。
解：设抛出点的高度为，第一次平抛水平射程为，则：
…………………①
由于第二次抛出点的高度与第一次相同，则落地时间一样，
所以第二次平抛水平射程为。
则：………② 由①②两式得…………③
又因为………………④ 由万有引力定律，……⑤
由③④⑤式可得
小结：物理题解的一般步骤：1、理解题意是基础，抓住对“宇航员站在一星球表面上的某高处”的含义要理解透切，挖掘出“万有引力等于重力”潜在的已知条件，认真读题、审题；2、建立模型是手段，物理学研究的对象是经过一定程度抽象化或理想化的模型。在高中物理的学习中，已建立了一系列的实体模型和过程模型，为在研究问题时能抓住主要矛盾，摒弃次要因素起到极其重要的作用，本题研究对象就是平抛物体的模型；3、创设情景、灵活运用时关键，物理量的变化总是伴随在物理过程的变化之中，抓住变化过程往往是解题的关键，画出物理过程的示意图，展现物理情景，探讨各物理量的变化。
（反馈练习）在勇气号火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过多次弹跳才停下来。假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为h，速度方向是水平的，速度大小为v0，求它第二次落到火星表面时速度的大小，计算时不计火星大气阻力。已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r，周期为T，火星可视为半径为r0的均匀球体。
课堂小结
（1）卫星绕天体稳定运行时万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力。
（i）由得 ∴r越大，v越小
（ii）由得 ∴r越大，越小
（iii）由得 ∴r越大，T越大
（2）归纳内容
课堂总结评价
请你对自己今天的学习作出正确、客观的评价!
（1）本节课你最大的收获。
（2）本节课你比较成功解决的几个问题。
（3）有待加强的问题。
课后限时练习：
1、1990年5月，紫金山天文台将他们发现的第2752号小行星命名为吴健雄星，该小行星的半径为16 km。若将此小行星和地球均看成质量分布均匀的球体，小行星密度与地球相同。已知地球半径R=6400 km，地球表面重力加速度为g。这个小行星表面的重力加速度为（ ）
A.400g B.g C.20g D.g
2、太阳系中的8大行星的轨道均可以近似看成圆轨道.下列4幅图是用来描述这些行星运动所遵从的某一规律的图像.图中坐标系的横轴是，纵轴是;这里T和R分别是行星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径，和分别是水星绕太阳运行的周期和相应的圆轨道半径.下列4幅图中正确的是
3、月球绕地球做匀速圆周运动的向心加速度大小为，设月球表面的重力加速度大小为，在月球绕地球运行的轨道处由地球引力产生的加速度大小为，则
（A） （BC） （） （D）
4、（江苏.2010年）2009年5月，航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后，在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ，B为轨道Ⅱ上的一点，如图所示，关于航天飞机的运动，下列说法中正确的有
（A）在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
（B）在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A 的动能
（C）在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
（D）在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
5、英国《新科学家（New Scientist）》杂志评选出了2008年度世界8项科学之最，在www. XTEJ1650-500双星系统中发现的最小黑洞位列其中，若某黑洞的半径约45km，质量和半径的关系满足（其中为光速，为引力常量），则该黑洞表面重力加速度的数量级为www.
A． www. www. B． C． D．
6、（全国卷.2010年）如右图，质量分别为m和M的两个星球A和B在引力作用下都绕O点做匀速周运动，星球A和B两者中心之间距离为L。已知A、B的中心和O三点始终共线，A和B分别在O的两侧。引力常数为G。
1 求两星球做圆周运动的周期。
1 在地月系统中，若忽略其它星球的影响，可以将月球和地球看成上述星球A和B，月球绕其轨道中心运行为的周期记为T1。但在近似处理问题时，常常认为月球是绕地心做圆周运动的，这样算得的运行周期T2。已知地球和月球的质量分别为5.98×1024kg 和 7.35 ×1022kg 。求T2与T1两者平方之比。（结果保留3位小数）
7、中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为T=1/30 s。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解：计算时星体可视为均匀球体。(引力常数G=6.67×10-11m3/kg.s2)
8、如图所示,A是地球的同步卫星.另一卫星B的圆形轨道位于赤道平面内,离地面高度为h.已知地球半径为R,地球自转角速度为ω0,地球表面的重力加速度为g,O为地球中心.
(1)求卫星B的运行周期.
(2)如卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B两卫星相距最近(O、B、A在同一直线上),则至少经过多少时间,他们再一次相距最近
9、（改编）人造地球卫星绕地球旋转时，既具有动能又具有引力势能（引力势能实际上是卫星与地球共有的，www.简略地说此势能是人造卫星所具有的）.设地球的质量为M，以无限远处时的引力势能为零，则质量为m的人造卫星在距离地心为r处时的引力势能为（G为万有引力常量）当物体在地球表面的速度等于或大于某一速度时,物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星，这个速度叫做第二宇宙速度.用R表示地球www.的半径，M表示地球的质量，G表示万有引力常量.试写出第二宇宙速度的表达式.
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