2024-2025學(xué)年高中物理第五章萬有引力定律及其應(yīng)用第2節(jié)萬有引力定律的應(yīng)用教案2魯科版必修2

PAGE12-萬有引力定律的應(yīng)用—人造衛(wèi)星一、教學(xué)分析

1、教材分析本節(jié)課為司南版必修2第五章其次節(jié)中的第一課時，講解并描述人造衛(wèi)星的運行狀況，介紹人造衛(wèi)星的種類。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)探討，使學(xué)生理解人造地球衛(wèi)星運行規(guī)律，建立起人造地球衛(wèi)星運行的模型，駕馭應(yīng)用萬有引力定律分析天體運動的方法。本節(jié)還親密聯(lián)系現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的實際，有著濃郁的生活氣息和時代氣息，使學(xué)生更好地理解科學(xué)與生活、科學(xué)與社會的關(guān)系。另外，本節(jié)課是本章的重點內(nèi)容，是學(xué)生進一步學(xué)習(xí)、探討、探究天體物理問題的理論基礎(chǔ)。2、學(xué)生分析（1）分析學(xué)生學(xué)問水平：本節(jié)內(nèi)容較抽象，學(xué)生難以理解，但學(xué)生已駕馭了牛頓運動定律、圓周運動等章節(jié)的理論，學(xué)習(xí)了萬有引力定律的學(xué)問，能運用萬有引力定律揭示一些天體運動的特點，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

（2）分析學(xué)生的思維發(fā)展階段：學(xué)習(xí)者是一般校的學(xué)生，抽象思維實力以及分析實力較弱，建立人造地球衛(wèi)星運行的模型較為困難，須要老師供應(yīng)直觀的動畫，幫助學(xué)生建立模型。（3）分析學(xué)生的學(xué)習(xí)愛好：學(xué)生為高一年級的孩子，具有較強的求知欲和新奇心。而本節(jié)的豐富內(nèi)容，精致的圖片，與生活、科技緊密接合的事例，也能激起了學(xué)生探究科學(xué)的愛好。教學(xué)目標學(xué)問與技能（1）駕馭探討衛(wèi)星繞行星的運動問題的基本方法：萬有引力作為物體做圓周運動的向心力。（2）理解人造地球衛(wèi)星運行規(guī)律，建立起人造地球衛(wèi)星運行的模型。（3）了解近地衛(wèi)星、地球同步衛(wèi)星的有關(guān)學(xué)問，并會推導(dǎo)和計算近地衛(wèi)星的速度。過程與方法通過運用萬有引力定律和牛頓運動定律解決人造衛(wèi)星繞地球運動問題，培育在處理實際問題時，構(gòu)建物理模型的實力；

學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，培育歸納、分析和推導(dǎo)及表達實力。情感看法與價值觀體會科學(xué)探討方法對人類相識自然的重要作用，養(yǎng)成仔細思索、主動參加、勇于探究的精神。激發(fā)學(xué)習(xí)科學(xué)，酷愛科學(xué)的激情。三、教學(xué)重點1、衛(wèi)星運行的動力學(xué)特點規(guī)律，運行速率、周期、角速度、加速度與軌道半徑的關(guān)系。2、近地衛(wèi)星、地球同步衛(wèi)星運行規(guī)律。近地衛(wèi)星速度和周期的推導(dǎo)四、教學(xué)難點1、理解人造地球衛(wèi)星運行規(guī)律，建立起人造地球衛(wèi)星運行的模型。2、綜合運用萬有引力定律和牛頓運動定律解決天體運動問題。五、教學(xué)方法老師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生探討、溝通，講練相結(jié)合。六、教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動教學(xué)設(shè)計意圖<一>新課引入：幻燈片展示：通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星等衛(wèi)星的圖片，介紹各種各樣衛(wèi)星的用途。引出概念：在萬有引力作用下，繞地球做勻速圓周運動的物體，稱為人造衛(wèi)星。<二>新課教學(xué)一、衛(wèi)星的運行引導(dǎo)：1、人造衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)的向心力由什么力供應(yīng)？（萬有引力）2、人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，描述衛(wèi)星運動的物理量有哪些？（速度v，角速度ω，周期T，向心加速度a）【探究1】設(shè)：地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，衛(wèi)星的軌道半徑為r，衛(wèi)星質(zhì)量為m，試求衛(wèi)星運動的線速度v，角速度ω，周期T，向心加速度a。（1）由

得（2）由

得

（3）由

得（4）由

得引導(dǎo)：依據(jù)推導(dǎo)出的表達式分析速度，角速度，周期，向心加速度與什么因素有關(guān)？結(jié)論：1、速度v、角速度ω、周期T、向心加速度a由M、r確定，與衛(wèi)星質(zhì)量m無關(guān)2、對同一個中心天體，r確定，速度v、角速度ω、周期T、向心加速度a也確定。幻燈片展示：同一軌道上，不同衛(wèi)星運動快慢相同。3、軌道半徑r增加，速度v減小，角速度ω減小，周期T增加，向心加速度a減小。幻燈片展示：不同軌道上，衛(wèi)星運動快慢不相同，離地球越遠的衛(wèi)星運動越慢。小結(jié)：衛(wèi)星運動規(guī)律用“遠、慢、長”來概括遠——距地心遠、慢——運動慢、長——周期長。鞏固訓(xùn)練1、軌跡為圓形的人造地球衛(wèi)星，其軌道半徑越大，則其角速度越_________，線速度越_________，向心加速度越_________。2、如圖所示，a、b、c是環(huán)繞地球圓形軌道上運行的3顆人造衛(wèi)星，它們的質(zhì)量關(guān)系是ma=mb<mc，則（）A．b、c的線速度大小相等，且大于a的線速度B．b、c的周期相等，且小于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b所需向心力最小二、衛(wèi)星的軌道引導(dǎo)：若在地球上空有一顆衛(wèi)星，那么這顆衛(wèi)星軌道平面的中心應(yīng)是地軸上的某點而不肯定是地心，其須要的向心力也指向這一點，而地球所能夠供應(yīng)的引力只能指向地心。那么引力除了供應(yīng)向心力外，還分解為指向赤道的力。在這個力的作用下，衛(wèi)星將向赤道移動。結(jié)論：人造地球衛(wèi)星的軌道圓心與地心重合。衛(wèi)星的種類1、近地衛(wèi)星：是指軌道在地球表面旁邊的衛(wèi)星，計算時軌道半徑可近似取地球半徑（r=R）?！咎骄?】地球的質(zhì)量為M,地球的半徑為R.，引力常量為G。求：近地衛(wèi)星在地球表面旁邊做勻速圓周運動的線速度。引導(dǎo)：1、7.9km/s相當(dāng)于一秒鐘繞學(xué)校400m操場20圈。2、衛(wèi)星繞地運轉(zhuǎn)軌道半徑越小，速度越大。人造地球衛(wèi)星在地面旁邊繞地球做勻速圓周運動時，軌道半徑最小，所以近地衛(wèi)星的速度是最大的運行速度?！咎骄?】地球表面的重力加速度為g,地球的半徑為R.求：近地衛(wèi)星在地球表面旁邊做勻速圓周運動的線速度.【探究4】地球的質(zhì)量為M,地球的半徑為R.，引力常量為G。求：近地衛(wèi)星在地球表面旁邊做勻速圓周運動的周期。引導(dǎo)：衛(wèi)星繞地運轉(zhuǎn)軌道半徑越小，周期越小。人造地球衛(wèi)星在地面旁邊繞地球做勻速圓周運動時，軌道半徑最小，所以近地衛(wèi)星的周期是最小的周期。2、地球同步衛(wèi)星相對于地面靜止且與地球自轉(zhuǎn)具有相同周期的衛(wèi)星叫做地球的同步衛(wèi)星?！咎骄?】地球同步衛(wèi)星的周期、運行軌道結(jié)論：（1）同步衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，T＝24h（2）同步衛(wèi)星的軌道肯定與赤道平面共面且在肯定高度（3）同步衛(wèi)星離地面高度為36000km（4）同步衛(wèi)星的r、v、ω、T、a均為定值小結(jié)：地球同步衛(wèi)星必需放射在赤道正上方的固定高度，并且以固定的速度環(huán)繞地球做圓周運動。幻燈片展示：比較下列3顆衛(wèi)星運動物理量(r、T、v)大小鞏固訓(xùn)練1、是否有可能放射一顆80min繞地球一周的人造地球衛(wèi)星。為什么？2、同步衛(wèi)星是與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星，它的周期T=24h，關(guān)于同步衛(wèi)星的下列說法正確的是：（A）同步衛(wèi)星離地面的高度和運行速度是肯定的。（B）同步衛(wèi)星離地面的高度越高，其運行速度越大；高度越低，速度越小。（C）同步衛(wèi)星只能定點在赤道上空，相對地面靜止不動。（D）同步衛(wèi)星的向心加速度與赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度大小相等。（E）同步衛(wèi)星的質(zhì)量都相等。<三>課堂小結(jié)<四>布置作業(yè)1、課本第101頁題1、2、3、42、搜集了解更多的與衛(wèi)星相關(guān)的學(xué)問。學(xué)生觀看、探討溝通學(xué)生仔細思索，回答問題學(xué)生分四組，自主推導(dǎo)速度v、角速度ω、周期T、向心加速度a的表達式。各組派一名代表上黑板板演，師生互動、生生溝通，得出最終表達式。分析比較表達式得出結(jié)論學(xué)生觀看，初步建立起人造地球衛(wèi)星運行的圖景。學(xué)生觀看，進一步建立起人造地球衛(wèi)星運行的圖景。學(xué)生思索總結(jié)學(xué)生先獨立完成，再探討溝通，回答相應(yīng)問題學(xué)生視察、思索分析學(xué)生自主推導(dǎo)、相互溝通探討，師生互動，得出近地衛(wèi)星的速度。感受近地衛(wèi)星的速度學(xué)生思索分析學(xué)生自主推導(dǎo)、相互溝通探討、師生互動，得出結(jié)論。學(xué)生自主推導(dǎo)、相互溝通探討、師生互動，得出近地衛(wèi)星的周期。學(xué)生思索分析學(xué)生思索分析、溝通探討，得出結(jié)論類比三個衛(wèi)星的運行狀況，建立起人造地球衛(wèi)星運行的正確圖景。學(xué)生先獨立完成，再探討溝通，回答相應(yīng)問題；老師點評。學(xué)生歸納講解并描述本節(jié)課內(nèi)容，老師總結(jié)。創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生愛好，引入課題駕馭探討衛(wèi)星繞行星運動問題的基本方法：萬有引力作為物體做圓周運動的向心力通過學(xué)生自主推導(dǎo)，相互溝通，探討的形式，調(diào)動學(xué)生主動的參加課堂教學(xué)。同時培育學(xué)生從物理學(xué)的角度思索問題的實力和表達實力。利用課件呈現(xiàn)直觀、顯明的圖景，為學(xué)生的思索搭臺階。建立衛(wèi)星的運動模型。培育學(xué)生歸納總結(jié)實力引導(dǎo)學(xué)生用物理模型的方法，通過習(xí)題鞏固前面的重點學(xué)問，讓學(xué)生的認知逐步提升。利用課件呈現(xiàn)直觀、顯明的圖景，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)動已有的學(xué)問儲備處理軌道問題。學(xué)生主動參加、獨立思索，培育學(xué)生應(yīng)用物理學(xué)問解決實際問題的實力和協(xié)同學(xué)習(xí)的實力用類比的方法幫助學(xué)生理解近地衛(wèi)星速度的大小。學(xué)生主動參加、獨立思索培育學(xué)生應(yīng)用物理學(xué)問解決實際問題的實力和協(xié)同學(xué)習(xí)的實力。通過學(xué)生探討探究同步衛(wèi)星的運行及軌道特點，培育學(xué)生的語言表達實力和從物理角度分析實際生活的實力。并切實理解人造衛(wèi)星的動力學(xué)特征，和運動學(xué)特點。鞏固本節(jié)課的學(xué)問，突破重、難點。引導(dǎo)學(xué)生用物理模型的方法，通過習(xí)題鞏固本節(jié)課的重點學(xué)問，培育分析和應(yīng)用學(xué)問解決問題的綜合實力。培育學(xué)生歸納總結(jié)實力，構(gòu)建學(xué)問網(wǎng)絡(luò)。七、教學(xué)反思

1．從教學(xué)設(shè)計的理念上：本節(jié)課在設(shè)計中突動身揮學(xué)生的主體作用，激發(fā)激勵學(xué)生的大膽思索、主動參加，讓學(xué)生通過自己的分析探討來駕馭獲得相關(guān)的學(xué)問和方法。2．從教學(xué)內(nèi)容的處理上：本節(jié)課重點講解并描述了人造衛(wèi)星的運行狀況，介紹了人造衛(wèi)星的種類。而將放射衛(wèi)星和宇宙速度內(nèi)容支配在其次課時完成。這樣支配是因為學(xué)習(xí)者是一般校的學(xué)生，學(xué)習(xí)實力不強，上課內(nèi)容不宜多。而且把最大的環(huán)繞速度和最小的放射速度分開講，避開了學(xué)生在學(xué)問理解的混亂。

3．從教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計上：細心設(shè)計的五個探究環(huán)節(jié)，貼近學(xué)情，使不同層次的學(xué)生都能參加中來。學(xué)生自主推導(dǎo)公式、分組探討和溝通合作，讓學(xué)生能夠充分的思索問題。從而達到了活躍課堂、提高教學(xué)效率的目的。4．