高一物理教案第六章萬有引力定律

6.1行星的運動一．教學(xué)目標：了解地心說和日心說兩種不同觀點知道開普勒對行星運動的描述二．重點和難點：開普勒行星運動定律用開普勒定律解決有關(guān)天體運動問題三．教學(xué)方法：講授法四．教學(xué)過程（一）引入新課宇宙中有無數(shù)大小不同，形態(tài)各異的天體，由這些天體組成的神秘的宇宙始終是人們渴望了解的領(lǐng)域，人們認識天體運動圍繞“天體怎樣運動？”和“天體為什么這樣運動？”兩個基本問題進行了長期的探索研究，提出了很多觀點。通過本節(jié)的學(xué)習，我們應(yīng)了解這些觀點，知道行星如何運動。（二）進行新課1、行星運動的兩種學(xué)說（1）地心說：地心說的代表人物是亞里士多德和托勒玫。他們從人們的日常經(jīng)驗（太陽從東邊升起，西邊落下）提出地心說：地球是宇宙的中心，并且靜止不動，所有行星圍繞地球作圓周運動。----地心說比較符合當時人們的經(jīng)驗和宗教神學(xué)的思想，成為神學(xué)的信條，被人們信奉了一千多年，但它所描述的天體運動，不僅復(fù)雜而且以此為依據(jù)所得的歷法與實際差異很大。（2）日心說：日心說的代表人物是哥白尼，他在《天體運行論》一書中，對日心說進行了具體的論述和數(shù)學(xué)論證。認為：太陽是靜止不動的，地球和其他行星圍繞太陽運動。把地球從天體運動的中心位置移到了一個普通的行星的位置。行星運動的描述顯得更簡單、更科學(xué)。日心說使科學(xué)從神學(xué)中解放出來，戰(zhàn)勝了地心說，逐漸被人們接受。但哥白尼固守天體作勻速圓周運動的傳統(tǒng)思想，追求數(shù)的和諧與美，他的天體運動模型缺乏深入的物理思考，實際上是一個數(shù)學(xué)模型。2、開普勒定律：開普勒對第谷長期天文觀察的結(jié)果進行了創(chuàng)造性的研究與思考，開始他想用哥白尼的太陽系模型說明火星的運行軌道，但與第谷的觀測結(jié)果有8分的誤差，從而大膽地摒棄了天體作勻速圓周運動的觀點，從事實中尋找原則，建立了開普勒定律，對行星的運動作出了更科學(xué)、更精確的描述，回答了“天體怎樣運動？”的問題。（1）開普勒第一定律：所有行星分別在大小不同的橢圓軌跡上圍繞太陽運動，太陽是在這些橢圓的焦點上。（參照橢圓的半長軸、焦點進行介紹）（2）開普勒第二定律：太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等。（3）開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌跡的半長軸的三次方與公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。即R3/T2=K，K是與太陽質(zhì)量有關(guān)的恒量，與行星的質(zhì)量無關(guān)。注意：①行星的橢圓軌道都很接近圓，所以在中學(xué)階段分析和處理天體運動時，常把橢圓軌道作為圓軌道來處理，這是突出主要因素，忽略次要因素的理想化方法，是研究物理最常用的方法。②開普勒定律不僅適用于行星，也適用于衛(wèi)星，但這時K應(yīng)與行星的質(zhì)量有關(guān)?！祭}分析〗1、海王星的公轉(zhuǎn)周期約為5.19×109s，地球的公轉(zhuǎn)周期為3.16×107s，則海王星與太陽的平均距離約為地球與太陽的平均距離的多少倍？2、某一人造衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑為月球繞地球軌道半徑的1/3，則此衛(wèi)星運行的周期大約是：A．1－4天之間B．4－8天之間C．8－16天之間D．16－20天之間（三）布置作業(yè)收集有關(guān)資料，預(yù)習下節(jié)課。

6.2萬有引力定律一．教學(xué)目標：1、了解萬有引力定律得出的思路和過程。2、理解萬有引力定律的含義并會推導(dǎo)萬有引力定律。二．重點難點：1、對萬有引力定律及適用條件的正確認識。2、掌握并能應(yīng)用萬有引力定律。三．教學(xué)方法：講授法、引導(dǎo)探索法四．教學(xué)過程：（一）引入新課上節(jié)課講述了開普勒定律是描述天體運動的基本規(guī)律，回答了行星怎樣運動的問題，行星為什么這樣運動是這節(jié)課要研究的問題。（二）進行新課1、對行星運動的動力學(xué)原因的認識：對于行星運動的動力學(xué)原因的解釋，人們也進行了長期的探索。科學(xué)家們面對實踐中發(fā)現(xiàn)的問題，進行了大膽的猜想和假設(shè)。（1）天體引力的假設(shè)：伽利略：一切物體都有合并的趨勢，這種趨勢導(dǎo)致天體作圓周運動。開普勒、吉爾伯特：行星是依靠從太陽發(fā)出的磁力運行的，這是早期的引力思想。笛卡爾：“旋渦”假設(shè)，宇宙空間存在一種不可見流質(zhì)“以太”，形成旋渦，帶動行星運動。牛頓：月地檢驗的思想實驗，推測地球?qū)υ虑虻囊εc地球?qū)ξ矬w的重力是同樣性質(zhì)的力。（2）平方反比假設(shè)：布里阿德（法）：首次提出了引力大小與距離平方成反比的假設(shè)。哈雷、胡克：利用向心力公式和開普勒定律按照圓軌道推出行星受到的引力與太陽之間的距離平方成反比。牛頓：成功地運用了質(zhì)點模型，證明了如果太陽與行星之間的引力與距離平方成反比，則行星的軌道是橢圓。并闡述了普遍意義上的萬有引力定律。2、萬有引力定律（1）定律的推導(dǎo)兩次簡化：①行星運動的橢圓軌道簡化成圓形軌道。②把天體看成質(zhì)點。設(shè)行星的質(zhì)量為m，與太陽的距離為r，運行的速度為v，周期為T，太陽對行星的引力F提供行星做勻速圓周運動的向心力。又∵∴由開普勒第三定律：則引力F與行星的質(zhì)量成正比，與行星到太陽的距離成反比。根據(jù)牛頓第三定律，行星吸引太陽的引力與太陽吸引行星的力大小相等，那么這個引力也應(yīng)與太陽的質(zhì)量成正比。則G是一個常量，對任何行星都是相同的。將此關(guān)系運用到月球使地球的運動以及其他天體中，發(fā)現(xiàn)它們間的引力跟太陽與行星的引力遵循同樣的規(guī)律，從而牛頓將此規(guī)律推廣到自然界中任意兩個物體之間，得到具有普遍意義的萬有引力定律。（2）定律的表述①表述：自然界中任何兩個物體都是相同吸引的，引力大小跟這兩個物體的質(zhì)量成正比，跟它們的距離平方成反比。②公式：。③引力常量說明1：適用于任何兩個物體意義：在數(shù)值上等于兩個質(zhì)量都是1kg的物體相距1m時的相互作用力。說明2：適用條件：①萬有引力只適用于質(zhì)點間引力大小的計算，當兩物體間的距離遠遠大于每個物體的尺寸時，物體可看成質(zhì)點，直接使用萬有引力計算。②當兩物體是質(zhì)量分布均勻的球體時，它們間的引力也可由公式直接計算，但式中的r是兩球心間的距離。③當研究物體不能看成質(zhì)點時，可把物體假想分割成無數(shù)個質(zhì)點，求出一個物體上每個質(zhì)點與另一物體上每一個質(zhì)點的萬有引力然后求合力。（三）例題精講【例題1】地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量的81倍，一個飛行器在地球與月球之間，當?shù)厍驅(qū)λ囊驮虑驅(qū)λ囊Υ笮∠嗟葧r，這個飛行器距地心的距離與距月心的距離之比為多少？解：設(shè)R是飛行器到地心的距離，r是飛行器到月球的距離。則由題意：∴【例題2】證明太陽系中各行星繞太陽公轉(zhuǎn)周期的平方，與公轉(zhuǎn)軌道半徑的三次方的比值是與太陽質(zhì)量有關(guān)的恒量。證明：設(shè)太陽質(zhì)量為M，某行星質(zhì)量為m，行星繞太陽公轉(zhuǎn)周期為T，半徑為R。軌道近似看作圓，萬有引力提供行星公轉(zhuǎn)的向心力而，∴【例題3】地球表面重力加速度為g，忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，在距地面高度為h的空中重力加速度是地面上重力加速度的幾倍？已知地球半徑為R。解：不計地球自轉(zhuǎn)的影響，物體的重力等于物體受到的萬有引力。地面：h高處：∴注意：由于地球自轉(zhuǎn)，重力為萬有引力的一個分力，另一個分力提供物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力。（四）課堂小結(jié)萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)過程。萬有引力定律的內(nèi)容及推導(dǎo)過程。萬有引力定律的意義。（五）布置作業(yè)課本P107⑵⑶。

6.3引力常量的測定一．教學(xué)目標：1、了解卡文迪許實驗裝置及其原理。2、知道引力常量的意義及其數(shù)值。3、加深對萬有引力定律的理解。二．教學(xué)重點：引力常量的測定及重要意義。三．教學(xué)難點：卡文迪許用扭秤測量引力常量的原理。四．教學(xué)方法：引導(dǎo)式五．教學(xué)過程：（一）引入新課牛頓雖然發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，由于當時實驗條件和技術(shù)的限制，沒能給出準確的引力常量。顯然，如不能定量地算出兩物體間的萬有引力的大小，萬有引力定律就沒有什么實際意義。直到1789年，英國物理學(xué)家卡文迪許巧妙地利用了扭秤裝置，第一次在實驗室里比較準確地測出引力常量。這節(jié)課我們就來學(xué)習他如何利用扭秤測出非常小的萬有引力的。（二）進行新課引力常量G的測定（1）卡文迪許扭秤裝置（2）扭秤實驗的原理兩次放大及等效的思想。扭秤裝置把微小力轉(zhuǎn)變成力矩來反映（一次放大），扭轉(zhuǎn)角度通過光標的移動來反映（二次放大），從而確定物體間的萬有引力。T形架在兩端質(zhì)量為m的兩個小球受到質(zhì)量為m’的兩大球的引力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，引力的力矩為FL。同時，金屬絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一個相反的力矩，當這兩個力的力矩相等時，T形架處于平衡狀態(tài)，此時，金屬絲扭轉(zhuǎn)的角度可根據(jù)小鏡從上的反射光在刻度尺上移動的距離求出，由平衡方程：L為兩小球的距離，k為扭轉(zhuǎn)系數(shù)可測出，r為小球與大球的距離。（3）G的值卡文迪許利用扭秤多次進行測量，得出引力常量，與現(xiàn)在公認的值非常接近。測定引力常量的重要意義（1）證明了萬有引力的存在的普遍性。（2）使得萬有引力定律有了真正的實用價值，可測定遠離地球的天體的質(zhì)量、密度等。（3）扭秤實驗巧妙地利用等效法合理地將微小量進行放大，開創(chuàng)了測量弱力的新時代。（三）例題分析【例題1】既然兩個物體間都存在引力，為什么當兩個人接近時他們不吸在一起？解：由于人的質(zhì)量相對于地球質(zhì)量非常小，因此兩人靠近時，盡管距離不大，但他們之間的引力比他們各自與地球的引力要小得多得多，不足以克服人與地面間的摩擦阻力，因而不能吸在一起?！纠}2】已知地球的半徑，地面重力加速度，求地球的平均密度。解：設(shè)在地球表面上有一質(zhì)量為m的物體，則，得，而，代入數(shù)據(jù)得：（四）布置作業(yè)課本P107⑷⑸

6.41萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用(Ⅰ)一．教學(xué)目標：1、了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用。2、會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量。3、掌握綜合運用萬有引力定律和圓周運動學(xué)知識分析具體問題的基本方法。二．教學(xué)重點：萬有引力定律和圓周運動知識在天體運動中的應(yīng)用三．教學(xué)難點：天體運動向心力來源的理解和分析四．教學(xué)方法：啟發(fā)引導(dǎo)式五．教學(xué)過程：（一）引入新課天體之間的作用力主要是萬有引力，萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)對天文學(xué)的發(fā)展起到了巨大的推動作用，這節(jié)課我們要來學(xué)習萬有引力在天文學(xué)上有哪些重要應(yīng)用。（二）進行新課1、天體質(zhì)量的計算--提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考：在天文學(xué)上，天體的質(zhì)量無法直接測量，能否利用萬有引力定律和前面學(xué)過的知識找到計算天體質(zhì)量的方法呢？（1）基本思路：在研究天體的運動問題中，我們近似地把一個天體繞另一個天體的運動看作勻速圓周運動，萬有引力提供天體作圓周運動的向心力。（2）計算表達式：例如：已知某一行星到太陽的距離為r，公轉(zhuǎn)周期為T，太陽質(zhì)量為多少？提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：如何計算地球的質(zhì)量？分析：應(yīng)選定一顆繞地球轉(zhuǎn)動的衛(wèi)星，測定衛(wèi)星的軌道半徑和周期，利用上式求出地球質(zhì)量。因此上式是用測定環(huán)繞天體的軌道半徑和周期方法測被環(huán)繞天體（稱中心天體）的質(zhì)量，不能測定環(huán)繞天體自身質(zhì)量。2、發(fā)現(xiàn)未知天體--用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量是天文學(xué)上的重要應(yīng)用之一，一個科學(xué)的理論，不但要能說明已知事實，而且要能預(yù)言當時不知道的事實，請同學(xué)們閱讀課本并思考：科學(xué)家是如何根據(jù)萬有引力定律發(fā)現(xiàn)海王星的？（海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)，顯示了萬有引力定律對研究天體運動的重要意義，同時證明了萬有引力定律的正確性。）（三）例題分析【例1】木星的一個衛(wèi)星運行一周需要時間1.5×104s，其軌道半徑為9.2×107m，求木星的質(zhì)量為多少千克？解：木星對衛(wèi)星的萬有引力提供衛(wèi)星公轉(zhuǎn)的向心力：，【例2】地球繞太陽公轉(zhuǎn)，軌道半徑為R，周期為T。月球繞地球運行軌道半徑為r，周期為t，則太陽與地球質(zhì)量之比為多少？解：⑴地球繞太陽公轉(zhuǎn)，太陽對地球的引力提供向心力則，得：⑵月球繞地球公轉(zhuǎn)，地球?qū)υ虑虻囊μ峁┫蛐牧t得：⑶太陽與地球的質(zhì)量之比【例3】一探空火箭進入繞太陽的近乎圓形的軌道運行，軌道半徑是地球繞太陽公轉(zhuǎn)半徑的9倍，則探空火箭繞太陽公轉(zhuǎn)周期為多少年？解：方法一：設(shè)火箭質(zhì)量m1，軌道半徑R，太陽質(zhì)量為M，地球質(zhì)量為m2，軌道半徑為r。⑴火箭繞太陽公轉(zhuǎn)，則得：………………①⑵地球繞太陽公轉(zhuǎn)，則得：………………②∴∴火箭的公轉(zhuǎn)周期為27年。方法二：要題可直接采用開普勒第三定律求解，更為方便。（四）課堂小結(jié)在天體運動中，萬有引力提供做勻速圓周運動所需向心力，這是處理天體運動問題的關(guān)鍵。（五）布置作業(yè)課本P110⑴⑵

6.42萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用(Ⅱ)一．教學(xué)目標：進一步鞏固綜合運用所學(xué)知識解決天體問題的基本方法。二．教學(xué)重點、難點：綜合運用所學(xué)知識解決具體問題三．教學(xué)方法：啟發(fā)討論式四．教學(xué)過程：（一）復(fù)習舊課1．萬有引力定律在天文學(xué)上有哪些重要應(yīng)用？2．解決天體運動問題的主要思路是什么？（二）進行新課M1M2O【例1】在天體運動中，將兩顆彼此距離較近的恒星稱為雙星。它們圍繞兩球連線上的某一點作圓周運動。由于兩星間的引力而使它們在運動中距離保持不變。已知兩星質(zhì)量分別為MM1M2O解：如圖，設(shè)M1的軌道半徑為r1，M2的軌道半徑為r2，由于兩星繞O點做勻速圓周運動的角速度相同，都設(shè)為，根據(jù)牛頓第二定律有：而以上三式聯(lián)立解得：點評：雙星之間的萬有引力是一對相互作用力，分別提供各自做勻速圓周運動的向心力，所以它們能在引力作用下不相互靠近而保持距離不變，且角速度相同，這是雙星的物理模型。【例2】地球質(zhì)量約為月球質(zhì)量的81倍，地球半徑約為月球半徑的3.8倍，則地球表面重力加速度是月球表面重力加速度的多少倍？如果分別在地球和月球表面以相同初速度上拋一物體，物體在地球上上升高度是在月球上上升高度的幾倍？解：⑴設(shè)想地球表面有一質(zhì)量為m的物體，忽略自轉(zhuǎn)，則同理在月球表面：∴⑵由豎直上拋運動規(guī)律可得，上升的最大高度點評：前面已經(jīng)知道地球上不同緯度、不同高度的地方，重力加速度不同，這里我們又得到不同星球由于質(zhì)量半徑不同，在表面對同一物體的引力不同，重力加速度也不同，同一物體從一個星球到另一星球，質(zhì)量不變，重力發(fā)生變化?！纠?】月球表面重力加速度只有地球表面重力加速度的1/6，一根繩子在地球表面能拉著3kg的重物產(chǎn)生最大為10m/s2的豎直向上的加速度，g地取10m/s2，將重物和繩子帶到月球表面用該繩子能使重物產(chǎn)生在月球表面豎直向上的最大加速度是多大？解：由牛頓第二定律可知：在地球表面：在月球表面：∴點評：此類問題用牛頓第二定律列式時，一定要注意物體的重力有無變化?！纠?】地球可視為球體，自轉(zhuǎn)周期為T，在它兩極處，用彈簧秤測某物體重力為P，在它的赤道上，用彈簧秤測同一物體的重力為0.9P，地球的平均密度是多少？分析：重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的，但不能認為重力就是地球?qū)ξ矬w的吸引力。只有在兩極處，重力才等于萬有引力，在其他地方，由于地球自轉(zhuǎn)，物體的重力都小于萬有引力，嚴格來講，重力是萬有引力的一個分力，另一個分力提供物體隨地球自轉(zhuǎn)所需要的向心力。解：設(shè)物體質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為M，半徑為R。在兩極處：物體重力等于萬有引力，在赤道處：地球?qū)ξ矬w的萬有引力與彈簧對物體的拉力的合力提供向心力。由牛頓第二定律：兩式聯(lián)立可得：地球的平均密度點評：這里要注意重力與萬有引力的關(guān)系，但由于重力與地球的萬有引力差別極小，通常忽略地球自轉(zhuǎn)影響，可認為地面上物體的重力等于地球?qū)ξ矬w的萬有引力。（三）課堂小結(jié)引導(dǎo)學(xué)生自己歸納總結(jié)。1．解決天體運動問題的思路是：萬有引力提供圓周運動的天體所需要的向心力。2．同一物體在同一星球不同高度萬有引力不同，重力也不同，但質(zhì)量不變。3．在不同星球表面，同一物體受到的萬有引力不同，重力也不同。（四）布置作業(yè)課本P110⑴⑵

6.51人造衛(wèi)星、宇宙速度(Ⅰ)一．教學(xué)目標：1、了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識，正確理解人造衛(wèi)星做圓周運動時，各物理量之間的關(guān)系。2、知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度。二．教學(xué)重點：1、人造地球衛(wèi)星的發(fā)射及運行原理。2、對第一宇宙速度的確切理解。三．教學(xué)難點：人造地球衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度的區(qū)別。四．教學(xué)方法：引導(dǎo)啟發(fā)式五．教學(xué)過程：（一）引入新課1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，開創(chuàng)了人類航天時代的新紀元。我國在70年代發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來，相繼發(fā)射了多顆不同種類的衛(wèi)星，掌握了衛(wèi)星回收技術(shù)和“一箭多星”技術(shù)，還發(fā)射了“神舟”號試驗飛船。這節(jié)課，我們要學(xué)習有關(guān)衛(wèi)星的知識。（二）進行新課1、人造地球衛(wèi)星（1）牛頓對人造衛(wèi)星原理的描繪。設(shè)想在高山上有一門大炮，水平發(fā)射炮彈，初速度越大，水平射程就越大，可以想象當初速度足夠大時，這顆炮彈將不會落到地面，將和月球一樣成為地球的一顆衛(wèi)星。（2）人造衛(wèi)星繞地球運行的動力學(xué)原因：人造衛(wèi)星在繞地球運行時，只受到地球?qū)λ娜f有引力作用，人造衛(wèi)星作圓周運動的向心力由萬有引力提供。（3）人造衛(wèi)星的運行速度。設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，軌道半徑為r，由于萬有引力提供向心力，則，∴，可見：高軌道上運行的衛(wèi)星，線速度小。提出問題：角速度和周期與軌道半徑的關(guān)系呢？，可見：高軌道上運行的衛(wèi)星，角速度小，周期長。引入：高軌道上運行的衛(wèi)星速度小，是否發(fā)射也容易呢？這就需要看衛(wèi)星的發(fā)射速度，而不是運行速度。2、宇宙速度（1）第一宇宙速度⑴推導(dǎo)：問題：牛頓實驗中，炮彈至少要以多大的速度發(fā)射，才能在地面附近繞地球做勻速圓周運動？地球半徑為6370km。分析：在地面附近繞地球運行，軌道半徑即為地球半徑。由萬有引力提供向心力：，得：又∵∴結(jié)論：如果發(fā)射速度小于7.9km/s，炮彈將落到地面，而不能成為一顆衛(wèi)星；發(fā)射速度等于7.9km/s，它將在地面附近作勻速圓周運動；要發(fā)射一顆半徑大于地球半徑的人造衛(wèi)星，發(fā)射速度必須大于7.9km/s?？梢姡蚋哕壍腊l(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星要困難。⑵意義：第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運動所必須具有的速度，所以也稱為環(huán)繞速度。（2）第二宇宙速度大小。意義：使衛(wèi)星掙脫地球束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度，也稱為脫離速度。注意：發(fā)射速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，衛(wèi)星繞地球運動的軌跡為橢圓；等于或大于11.2km/s時，衛(wèi)星就會脫離地球的引力，不再繞地球運行。（3）第三宇宙速度。大?。?。意義：使衛(wèi)星掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度，也稱為逃逸速度。注意：發(fā)射速度大于11.2km/s，而小于16.7km/s，衛(wèi)星繞太陽作橢圓運動，成為一顆人造行星。如果發(fā)射速度大于等于16.7km/s，衛(wèi)星將掙脫太陽引力的束縛，飛到太陽系以外的空間。3、人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運行速度（1）發(fā)射速度：發(fā)射速度是指衛(wèi)星在地面附近離開發(fā)射裝置的初速度，一旦發(fā)射后再無能量補充，要發(fā)射一顆人造地球衛(wèi)星，發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度。（2）運行速度：運行速度指衛(wèi)星在進入運行軌道后繞地球做圓周運動的線速度。當衛(wèi)星“貼著”地面飛行時，運行速度等于第一宇宙速度，當衛(wèi)星的軌道半徑大于地球半徑時，運行速度小于第一宇宙速度。（三）例題分析【例題1】有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運行，已知它們的軌道半徑之比r1：r2＝4：1，求這顆衛(wèi)星的：⑴線速度之比；⑵角速度之比；⑶周期之比；⑷向心加速度之比。解：⑴由得所以⑵由得所以⑶由得⑷由得【例題2】地球半徑為6400km，在貼近地表附近環(huán)繞地球做勻速圓周運動的衛(wèi)星速度為7.9×103m/s，則周期為多大？估算地球的平均密度。解：⑴；⑵由得：思考：能否發(fā)射一顆周期為80min的人造地球衛(wèi)星？（四）課堂小結(jié)人造地球衛(wèi)星的動力學(xué)原因。宇宙速度。發(fā)射速度與運行速度。（五）布置作業(yè)課本P110⑶⑷⑸

6.52人造衛(wèi)星宇宙速度(Ⅱ)一．教學(xué)目標：1、進一步理解人造衛(wèi)星的運行原理以及衛(wèi)星中的失重現(xiàn)象。2、知道同步衛(wèi)星的知識及應(yīng)用。二．教學(xué)重點：同步衛(wèi)星的特點及應(yīng)用三．教學(xué)難點：衛(wèi)星在軌道上運行時各物理量之間的關(guān)系四．教學(xué)方法：啟發(fā)式五．教學(xué)過程：（一）引入新課人造衛(wèi)星進入軌道后，在正常運行過程中，衛(wèi)星是否處在平衡狀態(tài)？衛(wèi)星中的物體處于什么狀態(tài)？（二）進行新課---人造衛(wèi)星中的“失重”現(xiàn)象（1）軌道處的加速度衛(wèi)星正常運行時，地球?qū)λ娜f有引力提供向心力，即，則，此加速度也等于軌道處的重力加速度。因此，衛(wèi)星不可能處于平衡狀態(tài)。（2）衛(wèi)星中的物體處于完全失重狀態(tài)：衛(wèi)星中的物體跟隨衛(wèi)星一起繞地球作勻速圓周運動，受到的引力全部提供圓周運動所需要的向心力，其加速度即為軌道處的重力加速度，而對支持物沒有彈力作用，處在完全失重狀態(tài)。凡是工作原理與重力有關(guān)的儀器（如天平、水銀氣壓計等）在衛(wèi)星中都無法使用，凡是與重力有關(guān)的實驗，在衛(wèi)星中也無法進行。引導(dǎo)學(xué)生思考：在正常運行的衛(wèi)星中，有一物體自行脫落，該物體作何種運動？引入：由于衛(wèi)星受到的萬有引力提供了它繞地球運行的向心力，軌道半徑越大的衛(wèi)星，運行速度越小，不同衛(wèi)星可能在不同軌道上運行，滿足什么樣的條件，衛(wèi)星能和地球自轉(zhuǎn)同步呢？2、地球的同步衛(wèi)星：（1）同步衛(wèi)星與地面相對靜止，與地球自轉(zhuǎn)同步，周期為24h。（2）同步衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同。（3）同步衛(wèi)星定點在赤道正上方，離地高度、運行速率是唯一確定的。分析：萬有引力提供衛(wèi)星運轉(zhuǎn)的向心力，而同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)同步，所以其軌道平面必定與赤道平面重合，且所有同步衛(wèi)星都在赤道正上方。設(shè)地球質(zhì)量M，半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，同步衛(wèi)星質(zhì)量m，離地高度h，由牛頓第二定律：∴又∵∴可見：同步衛(wèi)星的離地高度、線速度大小是唯一確定的。代入具體數(shù)據(jù)可得。（三）例題分析【例題1】我國于1986年2月1日成功發(fā)射了一顆實用地球同步衛(wèi)星，于1999年11月20日又成功發(fā)射“神舟號”試驗飛船，飛船在太空中飛行了21小時，繞地球14圈，又順利返回地面。那么此衛(wèi)星與飛船在軌道上正常運轉(zhuǎn)比較：A．衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)周期較大 B．衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)速率較大C．衛(wèi)星的加速度較大 D．衛(wèi)星的離地高度較大分析：飛船在軌道上正常運行時，地球?qū)λ囊μ峁┫蛐牧Γ渲芷谛r，比同步衛(wèi)星小，可得A、D正確?！纠}2】我國發(fā)射的亞洲一號通訊衛(wèi)星的質(zhì)量為m，如果地球半徑為R，自轉(zhuǎn)角速度為，表面重力加速度為g，則衛(wèi)星：A．距地面的高度B．環(huán)繞速度C．受到地球引力為D．受到地球引力為分析：由和知A、B正確，由，把代入可知C正確，D肯定不對?！纠}3】地球半徑為R，距地心為r處有一顆同步衛(wèi)星，另一星球半徑為3R，距該星球球心為3r處也有一顆同步衛(wèi)星，它的周期為72h，則該星球的平均密度為地球的幾倍？解：對于地球的同步衛(wèi)星：，得，地球密度，同理某星球的密度：（四）課堂小結(jié)1．衛(wèi)星中物體所處的狀態(tài)。2．同步衛(wèi)星的特點。（五）布置作業(yè)課本P111⑹⑺

6.6行星、恒星、星系和宇宙一．教學(xué)目標：1、了解行星、恒星和星系等概念，知道宇宙的幾個主要天體層次。2、了解宇宙大爆炸理論。二．教學(xué)重點：1、宇宙中的主要天體層次。2、掌握解信息題的方法。三．教學(xué)難點：宇宙大爆炸理論四．教學(xué)方法：講授法與引導(dǎo)探索法五．教學(xué)過程：（一）引入新課：宇宙中存在著大小不一，各種各樣的天體，人們在探索宇宙奧秘的過程中碰到了各種各樣的問題。如，天體究竟有多少？宇宙有多大？宇宙是怎樣發(fā)生、演化和發(fā)展的？等等，這節(jié)課我們就來學(xué)習有關(guān)天體、宇宙的知識。（二）進行新課：我們生活的地球與月球構(gòu)成地—月系統(tǒng)，太陽與地球等九大行星構(gòu)成太陽系，太陽系和其他恒星系統(tǒng)組成銀河系，銀河系與河外星系組成星系團、超星系團。這樣由小到大不同層次的天體系統(tǒng)構(gòu)成了宇宙。1、行星和恒星（1）恒星：像太陽一樣，由熾熱氣體組成，能自己發(fā)熱發(fā)光的近似球體的天體叫恒星。古人認識恒星是靜止不動的，故稱為“恒”星，其實恒星也是運動的，如太陽以2.46×108年的周期，繞銀河系中心轉(zhuǎn)動。恒星一般質(zhì)量很大，具有強大的吸引力，能吸引較小的天體繞它運動。（2）行星：沿橢圓軌道繞恒星運轉(zhuǎn)的天體。如地球、火星等。行星表面溫度較低，本身不發(fā)光，銀河系中大約有10％的恒星可能有自己的行星系統(tǒng)，在其他星系中，是否有類似地球，存在地外生命的行星呢？這是一個十分誘人的問題。（3）衛(wèi)星：繞行星轉(zhuǎn)動的星體。如地球衛(wèi)星—月亮，木星衛(wèi)星—4顆“伽利略衛(wèi)星”等。（4）太陽系：太陽與地球等九大行星構(gòu)成太陽系，太陽系中只有太陽一顆恒星，而太陽系外卻有無數(shù)顆恒星，其實恒星才是宇宙中主要天體。夜晚，我們看到天空中的點點繁星，除了5顆行星（？）外，都是恒星。銀河系中大約有1011顆像太陽一樣的恒星，銀河系中有1022顆。2、星系和宇宙（1）星系：最簡單的恒星系統(tǒng)是兩顆互相繞轉(zhuǎn)的雙星，當在一起繞轉(zhuǎn)的恒星數(shù)目超過10顆時，稱為星團。無數(shù)的恒星、雙星星團組成更高層次的系統(tǒng)—星系。目前已觀測到的星系有10億個，銀河系是其中之一，銀河系以外的其他星系統(tǒng)稱為河外星系。肉眼能見到的最近的河外星系是距銀河系16.9萬光年的大麥哲倫星系。（2）星系團、超星系團：星系也像恒星一樣的相互聚集，組成更高層次的系統(tǒng)—星系團，超星系團。目前已觀測到的星系團有2700個，最近的星系團是處女座星系團，約6000萬光年。（3）宇宙：由小到大，不同層次的天體世界組成宇宙。①宇宙的尺度（參照課本“各種天體層次表”）在探索宇宙奧秘中，有兩個有趣的問題：一是宇宙如果是無限的，天空中有無數(shù)顆恒星，為什么還有晝夜之分？二是宇宙是有限的，那么宇宙的中心在哪里？同學(xué)們可以通過課外查閱資料去研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們的宇宙視野不斷擴大，宇宙是無限的，沒有邊緣和形狀，也沒有中心。②宇宙大爆炸理論：大約在200億年前，宇宙是由一個密度極大，溫度極高的原始火球爆炸而產(chǎn)生的。以后，宇宙不斷膨脹，溫度越來越低，才開始有了簡單的元素，逐漸形成星系、微生物、生命等?，F(xiàn)代觀測表明，除了銀河系附近的幾個星系