2024-2025學年高中物理第三章萬有引力定律及其應用第2節(jié)萬有引力定律的應用教案1粵教版必修2

PAGE2-萬有引力定律的應用一、教學背景分析教材分析本節(jié)內(nèi)容是這一章的重點，這是萬有引力定律在實際中的詳細應用。用萬有引力定律計算中心天體的質(zhì)量，發(fā)覺未知天體顯示了該定律在天文探討上的重大意義。本節(jié)教材還講解并描述了人造地球衛(wèi)星的放射原理，推導了第一宇宙速度。通過這節(jié)的教學應使學生了解，在天體運動中，由于天體的質(zhì)量很大，萬有引力起確定性的作用，萬有引力定律的發(fā)覺對天文學的發(fā)展起了很大推動作用。同時，萬有引力定律的發(fā)覺把地面上的運動與天體運動統(tǒng)一起來，對人類文明的發(fā)展具有重要意義。應使學生準確地理解第一宇宙速度是衛(wèi)星軌道半徑等于地球半徑時，即衛(wèi)星在地面旁邊環(huán)繞地球做勻速圓周運動的速度，當軌道半徑r增大時，衛(wèi)星做勻速圓周運動各個物理量如何改變。應用萬有引力定律解決天體問題主要解決的是：天體的質(zhì)量、天體的密度、天體的重力加速度、天體運行的速度等天文學的初步學問。在講課時，應用萬有引力定律有兩條思路要交待清晰：1.把天體（或衛(wèi)星）的運動看成是勻速圓周運動，即F引=F向，用于計算天體（中心天體）的質(zhì)量，探討衛(wèi)星的速度、角速度、周期及半徑等問題。2.在地面旁邊把萬有引力看成物體的重力，即F引=mg.主要用于計算涉及重力加速度的問題。學情分析學生已經(jīng)學習了運動的合成與分解、牛頓運動定律、圓周運動等章節(jié)前置學問，并初步駕馭了萬有引力定律?？梢試@“為什么行星（衛(wèi)星）運動的向心力等于恒星（行星）對它的萬有引力？”綻開，引導學生由運動和力的關系理論推出向心力來源于萬有引力，讓學生自行應用萬有引力供應向心力這個特點來得到求中心天體的質(zhì)量和密度的方法。二、內(nèi)容要求1．相識發(fā)覺萬有引力定律的重要意義2．相識科學定律對人類探究未知世界的作用3．會計算人造地球衛(wèi)星的環(huán)繞速度4．知道其次宇宙速度和第三宇宙速度5．關注物理學定律與航天技術等現(xiàn)代科技的聯(lián)系，了解人類對宇宙天體的探究歷程，從萬有引力定律的普適性相識自然界的統(tǒng)一性三、重難點教學重點1．人造衛(wèi)星、月球繞地球的運動2．行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力供應的3．會用已知條件求中心天體的質(zhì)量教學難點依據(jù)已有條件求天體的質(zhì)量和人造衛(wèi)星的應用四、教學過程溫故知新，引入新課萬有引力定律的發(fā)覺對天文學的發(fā)展起到了巨大的推動作用，尤其在天體物理學計算、天文觀測、衛(wèi)星放射和回收等天文活動中，萬有引力定律可稱為最有力的工具。有了萬有引力定律，我們的目光就可以從探討地面轉(zhuǎn)向太空。比如說，我們可以測量天體的質(zhì)量。如何進行呢？先回顧前面的學問：1．向心力公式；2．萬有引力表達式；從地球表面的物體入手，引導學生得出地球質(zhì)量的表達式：新課學習計算天體的質(zhì)量（一）已知某星球和地球的半徑之比R1/R2＝1/2，星球表面和地球表面的重力加速度之比g1/g2＝1/1，試求該星球和地球的質(zhì)量之比。提示學生解題的突破口在于在星球表面，重力等于萬有引力，找到結(jié)果。并有結(jié)論：已知星球的半徑和表面加速度可以求得天體的質(zhì)量。從而引出新的問題：假如無法測出星體的半徑，如何求天體的質(zhì)量？計算天體的質(zhì)量（二）例1．若已知地球繞太陽公轉(zhuǎn)的半徑為r,公轉(zhuǎn)的周期為T，萬有引力恒量為G。試求出太陽的質(zhì)量。指出，雖然地球繞太陽的軌道是橢圓，但是可以近似看成圓周軌道，利用萬有引力供應向心力來解決問題。得出 那能不能依據(jù)地球環(huán)繞太陽做勻速圓周運動的軌道半徑和周期能測出地球的質(zhì)量呢？通過引導學生分析得出：依據(jù)周期和半徑只能求出中心天體的質(zhì)量，無法求出行星的質(zhì)量。假如要測地球的質(zhì)量，必需找出地球衛(wèi)星的周期和軌道半徑才能求解。學生完成學卷上的總結(jié)“三、基本思路：”①．在忽視天體自轉(zhuǎn)的影響時，我們可以認為天體表面處的物體受到的重力天體對物體的萬有引力。其基本表達式：。②．把天體的運動看成運動，其所需向心力由供應。（說明：雖然行星的軌道不是圓，但是事實上和圓非常接近，在中學階段的探討中我們把天體運動按勻速圓周運動來處理。）其基本關系式為：。學生練習：人造地球衛(wèi)星離地面的高度為h，繞地球轉(zhuǎn)動的角速度為ω，已知地球半徑為R，萬有引力常量為G，試依據(jù)上述條件求出地球的質(zhì)量。學生錯解：指出錯誤：軌道半徑應為R+h，而不是h。小結(jié)：處理天體質(zhì)量問題的思路：1、確定問題的類型：星體表面重力加速度 萬有引力=重力“行星環(huán)繞中心天體” 萬有引力供應向心力2、“萬有引力供應向心力”只能求出“中心天體”的質(zhì)量3、留意挖掘“隱含條件”，關鍵字：“同步”、“表面旁邊”等地球B地球BAA．衛(wèi)星A的運行周期較小B．衛(wèi)星A的線速度較大C．衛(wèi)星B的角速度較大D．衛(wèi)星B的向心加速度較小學生演示解題過程，老師點評。易錯點：把兩個衛(wèi)星當成“同軸”來處理，認為角速度相同。小結(jié)：衛(wèi)星繞行速度、角速度、周期與半徑的關系有怎樣的規(guī)律？變式練習：兩