2020-2021学年鲁科版（2019）必修第二册 4.2万有引力定律的应用 教案

2020-2021学年鲁科版（2019）必修第二册
4.2万有引力定律的应用 教案
教学目标：
1、通过相关实例，了解经典力学发展的伟大成就，体会经典力学创立的价值与意义。
2、会计算第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。
3、知道绕地球卫星的运行规律，知道几种常见的卫星。
4、 通过学习万有引力定律带来的伟大成就，体会科学研究方法对人类认识自然地重要作用；体会世界航空航天发展过程的艰辛，科学家们顽强、坚韧的精神。
教学重难点：
1、理解第一宇宙速度为什么又称为最小发射速度、最大绕行速度。
2、会分析不同轨道上卫星的运行特点
教学关键：
从公式推导、动画演示两方面来解释第一宇宙速度的含义，以及卫星的运动特点。
教学过程：
复习引入：上节课我们已经学习了行星的运动规律和万有引力定律，那么既然地球对周围的物体都存在着吸引力，那为什么我们的航天飞船还能够飞离地球奔向月球呢？今天，我们将带着这个问题来学习这节课。
牛顿关于卫星的设想：
从介绍中国古代与航空航天相关的人物、事件（嫦娥奔月、《天问》、万户飞天、），再到17世纪西方的牛顿关于卫星的设想。
在学生阅读完牛顿关于卫星的设想后，借助一个师生互动：平抛糖果，初速度越大，飞的越远，来帮学学生理解。同时提出问题：如果老师平抛糖果的速度达到一定程度时，糖果会怎么样呢？在学生们讨论完后，通过动画演示让学生体会到，当平抛初速度很大时，物体就不会再落回地面，而是一直绕着地球表面运动。紧接着提问：那么我们究竟需要多大的速度抛出物体，物体才不会落回地面呢？
引导学生从匀速圆周运动的角度入手，通过，也就是说，如果我们以v=7.9km/s的速度将物体抛出，它将会成为绕地球表面运动的卫星。 接着，通过设问：v=7.9km/s这个速度有什么物理含义呢？引入下一个知识点。
宇宙速度：
承接上个设问环节，通过动画演示，让学生明白，v=7.9km/s，是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具备的最小发射速度，称为：第一宇宙速度。接着提出问题：如果速度比7.9km/s略大一点呢？在学生们议论完后，通过动画演示到v=11.2km/S，随后给出第二宇宙速度、第三宇宙速度的值以及它们的物理含义。
【课堂训练】1.关于第一宇宙速度，下列的说法中正确的是( BC )
A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度
B.它是人造地球卫星在近地圆形轨道上的运行速度
C.它是能使卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度
D.它是卫星在椭圆轨道上运行时近地点的速度
（课堂训练环节可让学生们分小组讨论，并且将讨论出的结果写在小黑板上，相互展示，最后老师讲解）
过渡句：通过刚才的学习我们已经知道如何把卫星送入太空。那么接下来我们将人造地球卫星的运行规律。引入下一个知识点。
人造地球卫星运行的规律：
先介绍用来描述人造卫星运行状态的物理量主要有三个： 环绕速度、轨道半径R运行周期T 。引导学生，从匀速圆周运动的角度入手来研究这三个物理量之间的关系。最后由老师在黑板上板书出推导过程及最后的结果：
接下来，通过一个例题让学生们自己归纳总结卫星的卫星规律：
【例题】对于绕地球运动的人造卫星：（1）离地面越高，向心力越_小__.（2）离地面越高，线速度越__小__.（3）离地面越高，周期越__大__.（4）离地面越高，角速度越_小_.
随后，让学生们观察第（2）点，得出第一宇宙速度也是卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度。（补充板书）
【课堂训练】2、探测器绕月球做匀速圆周运动，变轨后在周期较小的轨道上仍做匀速圆周运动，则变轨后与变轨前相比( A )
A . 轨道半径变小 B . 向心加速度变小
C . 线速度变小 D . 角速度变小
过渡句：刚才我们已经学习卫星运行规律，接下来我们认识几种常见的人造卫星。引入下一个知识点。
人造地球卫星：
通过动画演示让学生知道几种常见的人造地球卫星及其特点：①近地卫星；②同步卫星；③通信卫星。以及卫星的发生过程------多次变轨。
过渡句：除了以上几点万有引力定律带来的成就，我们利用万有引力定律还能预测未知天体。引入下一个知识点。
预测未知天体：
通过讲解和观看小短片，让学生们知道海王星、冥王星的发现历程。（小短片5min左右，前1min讲到海王星的发现过程，后4min介绍了海王星）
总结： 万有引力定律带来的成就。（可根据课堂剩余时间进行课堂训练）
【课堂训练】3、如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则（ BD ）
A . b所需向心力最大
B . b、c周期相等，且大于a周期
C . b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度
D . b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度
【课堂训练】4、飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行，认为行星是密度均匀的球体，要确定该行星的密度，只需要测量( C )
A.飞船的轨道半径 B.飞船的质量
C.飞船的运行周期 D.行星的质量
结语：通过列举一些航天大事件以及各国的航天史，让学生们体会到航天事业发展是一个艰辛、充满挫折、甚至需要付出宝贵生命的过程。
板书
4.2 万有引力定律的应用
一、牛顿的卫星设想 二、宇宙速度
1、7.9km/s
最小发射速度
最大绕行速度
2、11.2km/s
脱离地球引力
3、16.7km/s
脱离太阳引力 三、卫星的运行规律
1、
2、
3、
四、几种常见卫星 1、近地卫星：
2、同步卫星：T=24h 五、发现未知天体
海王星、冥王星