高中物理必修二第六章 万有引力与航天 教案.docx
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高中物理必修二第六章万有引力与航天教案
授课班级：
计划课时：
6.1行星的运动
三维教学目标
1、知识与技能
（1）知道地心说和日心说的基本内容；
（2）知道所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上；
（3）知道所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，且这个比值与行星的质量无关，但与太阳的质量有关；
（4）理解人们对行星运动的认识过程是漫长复杂的，真理是来之不易的。
2、过程与方法：
过托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性并加深对行星运动的理解。
3、情感、态度与价值观
（1）澄清对天体运动裨秘、模糊的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法。
（2）感悟科学是人类进步不竭的动力。
教学重点：
理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动。
学好本节有利于对宇宙中行星的运动规律的认识，掌握人类认识自然规律的科学方法，并有利于对人造卫星的学习。
教学难点：
对开普勒行星运动定律的理解和应用，通过本节的学习可以澄清人们对天体运动神秘、模糊的认识。
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教具准备：
教学过程：
第一节行星的运动
（一）新课导入
多媒体演示：
天体运动的图片浏览。
（二）新课教学
1、“地心说”和“日心说”之争
2、开普勒行星运动定律
运
第一定律：
所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同的行星绕大阳运行时椭圆轨道相同吗？
（不同）
第二定律：
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。
如图所示，行星沿着椭圆轨道运行，太阳位于椭圆的一个焦点上，如果时间间隔相等，即t2-t1=t4-t3，那么面积A=面积B。
由此可见，行星在远日点a的速率最小，在近日点b的速率最大。
第三定律：
所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。
由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在近似计算中，可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动，在这种情况下，若用R代表轨道半径，T代表公转周期，开普勒第三定律可以用下面的公式表示：
比值k是一个与行星无关的恒量，只与太阳有关。
给出太阳系九大行星平均轨道半径和周期的数值，供学生课后验证。
课堂探究
（1）播放行星绕椭圆轨道运动的课件，使学生对行星的运动有一个简单的感性认识。
（2）出示九大行星轨道挂图，使学生对多数行星的轨道与圆十分接近有一个感性认识。
课堂训练
（1）下列说法正确的是…………………………（）
A.地球是宇宙的中心，太阳、月亮及其他行星都绕地球运动
B.太阳是宇宙的中心，所有天体都绕太阳运动
C.太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动
D.“地心说”和哥白尼提出的“日心说”现在看来都是不正确的
（2）已知木垦绕太阳公转的周期是地球绕太阳公转周期的12倍．则木星绕太阳公转轨道的半长轴为地球公转轨道半长轴的（）倍。
参考答案：
1．答案：
D分析；“地心说”是错误的，所以A不正确．太阳系在银河系中运动，银河系也在运动，所以，B、C不正确，D正确。
2．答案：
5．24
3、小结：
本节学习的是开苦勒行星运动的三定律，其中第一定律反映了行星运动的轨迹是椭圆，第二定律描述了行星在近日点的速率最小，在远日点的速率最大，第三定律揭示了轨道半长轴与公转周期的定量关系。
在近似计算中可以认为行星都以太阳为圆心做匀速圆周运动。
4、作业布置：
授课备注（教学班级的授课具体时间、教师自由调整内容、课堂教学记录等。
）
板书设计：
第一节行星的运动
1、地心说和日心说
2、第一定律：
所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
3、第二定律：
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。
4、开普勒第三定律：
所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。
课后小结与反思：
授课班级：
计划课时：
6.2太阳与行星间的引力6.3万有引力定律
三维教学目标
1、知识与技能
（1）理解太阳与行星间引力的存在；
（2）能根据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力表达式；
（3）了解万有引力定律得出的思路和过程，理解万有引力定律的含义，掌握万有引力定律的公式；
（4）知道任何物体间都存在着万有引力，且遵循相同的规律。
2、过程与方法
（1）通过推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在物理学中的重要性；
（2）体会推导过程中的数量关系。
3、情感、态度与价值观：
感受太阳与行星间的引力关系，从而体会大自然的奥秘。
教学重点：
据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力公式，记住推导出的引力公式。
教学难点：
太阳与行星间的引力公式的推导过程。
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教具准备：
教学过程：
万有引力定律
（一）引入新课
请同学们从运动的描述角度思考，开普勒行星运动定律的物理意义？
开普勒在1609和1619年发表了行星运动的三个定律，解决了描述行星运动的问题，但好奇的人们，面向天穹，深情地叩问：
是什么力量支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？
（第一定律揭示了描述行星运动的参考系、及其运动轨迹；第二定律揭示了行星在椭圆轨道上运动经过不同位置的快慢情况，近日点附近速度大，远日点附近速度小；第三定律：
揭示了不同行星虽然椭圆轨道和环绕周期不同，但由于中心天体相同，所以共同遵循轨道半长轴的三次方与周期的二次方比值相同的规律。
）
复习开普勒定律
（二）新课教学
1、万有引力定律
2、万有引力定律
（1）定律的推导
（2）万有引力定律
内容：
自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。
公式：
如果用m1和m2表示两个物体的质量，用r表示它们的距离，那么万有引力定律可以用下面的公式来表示
既然自然界中任何两个物体之间都存在引力，为什么我们感觉不到旁边同学的引力？
（下面我们粗略的来计算一下两个质量为50kg，相距0.5m的人之间的引力。
）
提示：
那么这个力的大小到底是怎么样一个概念呢，其实他相当于提起一个质量比头发丝还小的物体所用的力，因此我们很难察觉。
但它对于质量较大的物体来说，就不可忽视了。
说明：
（1）G为引力常量，在SI制中，G＝6.67×10－11N·m2/kg2。
（这个引力常量的出现要比万有引力定律晚一百多年哪！
是英国的物理学家卡文迪许测出来的），我们下节课就要学习。
为什么说是粗略？
（2）万有引力定律中的物体是指质点而言，不能随意应用于一般物体。
对于相距很远因而可以看作质点的物体，公式中的r就是指两个质点间的距离；对均匀的球体，可以看成是质量集中于球心上的质点，这是一种等效的简化处理方法。
（3）万有引力定律建立的重要意义
17世纪自然科学最伟大的成果之一，它把地面上的物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响，而且它第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。
3、作业布置：
授课备注（教学班级的授课具体时间、教师自由调整内容、课堂教学记录等。
）
板书设计：
课后小结与反思：
授课班级：
计划课时：
6.4万有引力的成就
三维教学目标
1、知识与技能
（1）了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系，计算地球质量；
（2）行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：
万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量；
（3）了解万有引力定律在天文学上有重要应用。
2．过程与方法：
（1）培养学生根据数据分析找到事物的主要因素和次要因素的一般过程和方法；
（2）培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法；
（3）培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。
3．情感态度与价值观：
（1）培养学生认真严禁的科学态度和大胆探究的心理品质；
（2）体会物理学规律的简洁性和普适性，领略物理学的优美。
教学重点：
地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。
教学策略：
通过数据分析、类比思维、归纳总结建立模型来加深理解。
教学难点：
根据已有条件求中心天体的质量。
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教具准备：
教学过程：
第四节万有引力的成就
（一）导入新课
万有引力常量的测出的物理意义？
（使万有引力定律有了其实际意义，可以求得地球的质量，万有引力常量一经测出，万有引力定律对天文学的发展起了很大的推动作用，这节课我们来讨论万有引力定律在天文学上的应用。
）
（二）新课教学
1、地球质量
了解地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系。
多媒体投影图：
物体m在纬度为θ的位置，万有引力指向地心，分解为两个分力：
m随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力。
给出数据：
地球半径R、纬度θ（取900）、地球自转周期T，计算两个分力的大小比值，引导学生得出结论：
向心力远小于重力，万有引力大小近似等于重力。
因此不考虑（忽略）地球自转的影响，
，地球质量：
2、太阳质量
应用万有引力可算出地球的质量，能否算出太阳的质量是多少？
提问：
行星做圆周运动的向心力的来源是什么？
是否需要考虑九大行星之间的万有引力？
太阳质量：
，与行星质量m无关。
3、发现未知天体
阅读课本“发现未知天体”。
多媒体投影海王星、冥王星图片。
4、小结：
两个基本知识：
（1）地球表面，不考虑（忽略）地球自转的影响，物体的重力近似等于万有引力：
地球质量，
（2）建立模型求中心天体质量，围绕天体做圆周运动的向心力为中心天体对围绕天体的万有引力，通过围绕天体的运动半径和周期求中心天体的质量。
，中心天体质量，
5、作业布置：
授课备注（教学班级的授课具体时间、教师自由调整内容、课堂教学记录等。
）
板书设计：
第四节万有引力的成就
1、地球质量M
地球表面，不考虑（忽略）地球自转的影响，
，地球质量
2、太阳质量——中心天体质量
（1）太阳质量M，行星质量m，轨道半径r——行星与太阳的距离，行星公转角速度ω，公转周期T，则
，太阳质量
，与行星质量m无关。
（2）建立模型求中心天体质量。
课后小结与反思：
授课班级：
计划课时：
6.5宇宙航行
三维教学目标
1、知识与技能
（1）了解人造卫星的有关知识；
（2）知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
2、过程与方法：
通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力。
3、情感、态度与价值观
（1）通过介绍我国在卫星发射方面的情况．激发学生的爱国热情；
（2）感知人类探索宇宙的梦想．促使学生树立献身科学的人生价值观。
教学重点：
第一宇宙速度的推导。
教学难点：
运行速率与轨道半径之间的关。
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教具准备：
教学过程：
第五节宇宙航行
（一）引入新课
1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了人类航天时代的新纪元。
我国在70年代发射第一颗卫星以来，相继发射了多颗不同种类的卫星，掌握了卫星回收技术和“一箭多星”技术，99年发射了“神舟”号试验飞船。
这节课，我们要学习有关人造地球卫星的知识。
（二）进行新课
1、牛顿的设想
（1）牛顿对人造卫星原理的描绘。
设想在高山上有一门大炮，水平发射炮弹，初速度越大，水平射程就越大，可以想象当初速度足够大时，这颗炮弹将不会落到地面，将和月球一样成为地球的一颗卫星。
（2）人造卫星绕地球运行的动力学原因。
人造卫星在绕地球运行时，只受到地球对它的万有引力作用，人造卫星作圆周运动的向心力由万有引力提供。
（3）人造卫星的运行速度。
设地球质量为M，卫星质量为m，轨道半径为r，由于万有引力提供向心力，则
，
2、宇宙速度
（1）第一宇宙速度
推导：
问题：
牛顿实验中，炮弹至少要以多大的速度发射，才能在地面附近绕地球做匀速圆周运动？
地球半径为6370km。
分析：
在地面附近绕地球运行，轨道半径即为地球半径。
由万有引力提供向心力：
得：
又∵
∴
结论：
如果发射速度小于7.9km/s，炮弹将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。
可见，向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。
意义：
第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。
（2）第二宇宙速度：
大小
。
意义：
使卫星挣脱地球的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度，也称为脱离速度。
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为椭圆；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。
（3）第三宇宙速度：
大小：
。
意义：
使卫星挣脱太阳引力束缚的最小发射速度，也称为逃逸速度。
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。
3、人造卫星的发射速度与运行速度
（1）发射速度：
发射速度是指卫星在地面附近离开发射装置的初速度，一旦发射后再无能量补充，要发射一颗人造地球卫星，发射速度不能小于第一宇宙速度。
（2）运行速度：
运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地球做圆周运动的线速度。
当卫星“贴着”地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速度，当卫星的轨道半径大于地球半径时，运行速度小于第一宇宙速度。
（3）同步卫星
所谓同步卫星，是相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，同步卫星必须位于赤道上方距地面高h处，并且h是一定的。
同步卫星也叫通讯卫星。
由
得：
h=
（T为地球自转周期，M、R分别为地球的质量，半径）。
代入数值得h=
。
例题分析
例题1：
有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运行，已知它们的轨道半径之比r1：
r2＝4：
1，求：
（1）这颗卫星的线速度之比；
（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比？
解：
（1）由
得
，所以
（2）由
得
，所以
（3）由
得
（4）由
得
例题2：
地球半径为6400km，在贴近地表附近环绕地球做匀速圆周运动的卫星速度为7.9×103m/s，则周期为多大？
估算地球的平均密度。
解：
（1）
；
（2）由
，得；
思考：
能否发射一颗周期为80min的人造地球卫星？
4、梦想成真
1961年4月12日，苏联空军少校加加林进入了“东方一号”载人飞船，火箭点火起飞绕地球飞行一圈，历时108min，然后重返大气层，安全降落在地面上，铸就了人类进入太空的丰碑。
1969年7月16日9时32分，“阿波罗11号”成功登临月球，蛾人航天技术迅速发展。
1992年，中国载人航天工程正式启动，2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送人太空，飞船绕地球飞行14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场。
这次成功发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间科学研究奠定了坚实的基础。
伴随着“神舟’五号的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程。
5、作业布置：
授课备注（教学班级的授课具体时间、教师自由调整内容、课堂教学记录等。
）
板书设计：
第五节宇宙航行
1、宇宙速度
7.9km/s11.2km/s16.7km/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。
2、人造地球卫星
3、同步卫星：
定点在赤道上空，周期T、高度h、线速度v一定。
T=24hh=36000kmv=3.1km/s
4、梦想成真
（1）世界的成就
（2）中国的成就
课后小结与反思：
授课班级：
计划课时：
6.6经典力学的局限性
三维教学目标
1、知识与技能
（1）知道牛顿运动定律的适用范围；
（2）了解经典力学在科学研究和生产技术中的广泛应用；
（3）知道质量与速度的关系，知道高速运动中必须考虑速度随时。
2、过程与方法：
通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。
3、情感、态度与价值观：
通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
教学重点：
牛顿运动定律的适用范围。
教学难点：
高速运动的物体，速度和质量之间的关系。
教学方法：
探究、讲授、讨论、练习
教具准备：
教学过程：
第六节经典力学的局限性
（一）新课导入
自从17世纪以来，以牛顿运动定律为基础的经典力学不断发晨，如：
在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括天体力学的研究中取得了巨大的成就，经典力学在科学研究和生产技术中有了广泛的应用，如从地面物体的运动到天体的运动，从大气的流动到地壳的变动，从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等各种交通工其：
从投出的篮球到发射火箭、人造卫星、宇宙飞船……从而证明了牛顿运动定律的正确性。
但是，经典力学也不是万能的，像一切科学一样，它没有也不会穷尽一切真理，它也有自己的局限性．它像一切科学理论一样，是一部“未完成的交响曲”，那么经典力学在什么范围内适用呢？
有怎样的局限性呢？
这节课我们就来了解这方面的知识。
（二）新课教学
1、从低速到高速
（1）相对性原理：
物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。
（2）光速不变原理：
在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速都一样。
经典力学是适用于低速运动的物体还是适用于高速运动的物体呢？
（适用于低速运动的物体）
阅读教材科学漫步部分，体会时间和空间是什么？
2、从宏观到微观
请同学们阅读教材“从宏观到微观”部分，并说明经典力学是适用于宏观物体还是微观物体。
（19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，发现它们不仅具有粒子性，面且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。
）
3、从弱引力到强引力
请同学们阅读教材“从弱引力到强引力”部分，并回答问题：
何为弱引力？
何为强引力？
（万有引力属于弱引力，利用万有引力定律可以解释天体的运动，并预言和发现了海王星和冥王星，首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律统一起来。
）
课堂训练
（1）20世纪初，著名物理学家爱因斯坦提出了，改变了经典力学的一些结论，在经典力学中，物体的质量是的，而相对论指出质量随着速度变化而。
（2）20世纪初期，建立了，它能够正确地描述微观粒子的运动规律。
（3）经典力学只适用于解决问题，不能用来处理——问题，经典力学只适用于物体，一般不适用于。
（4）微观粒子的运动不仅具有性．同时具有波动性．它们的运动规律很多情况下不能用经典力学来说明．要增强正确描述微观粒子的运动规律，需要用。
（5）牛顿运动规律只适用于物体的运动，狭义相对论阐述物体在以的速度运动时所遵从的规律。
参考答案
（1）狭义相对论固定不变变化
（2）量子力学（3）低速运动高速运动宏观微观粒子
（4）粒子量子力学（5）宏观、低速接近光速
4、小结
本节学习了经典力学的局限性：
（1）从低速到高速：
在经典力学中，物体的质量m是不随运动状态改变的，而狭义相对论指出，质量要随着物体的运动速度的增大而增大。
即
（2）从宏观到微观：
相对论和量子力学的出现，并不说明经典力学失去了意义，只说明它有一定的适用范围：
只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
（3）从弱引力到强引力：
相对论物理学与经典物理学的结论没有区别．相对论与量子力学都没有否定过去的科学，而只是认为科学在一定条件下有其特殊性，经典力学只适用于弱引力，不适用于强引力。
5、作业布置：
授课备注（教学班级的授课具体时间、教师自由调整内容、课堂教学记录等。
）
板书设计：
第六节经典力学的局限性
1、从低速到高速经典力学只适用于低速运动
2、从宏观到微观经典力学只适用于宏观物体
3、从弱引力到强引力万有引力定律只适用于弱引力
课后小结与反思：
授课班级：
计划课时：
授课备注（教学班级的授课具体时间、教师自由调整内容、课堂教学记录等。
）
课后小结与反思：
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