2024-2025學(xué)年新教材高中物理第4章萬有引力定律及航天第2節(jié)萬有引力定律的應(yīng)用教案2魯科版必修第二冊VIP

PAGE1-第2節(jié)萬有引力定律的應(yīng)用本節(jié)先從問題引入，學(xué)生帶著萬有引力定律如何幫助人類實現(xiàn)“飛天”夢的問題綻開本節(jié)的學(xué)習(xí)。本節(jié)課介紹的人造衛(wèi)星中的一些理論，滲透了很多探討物理問題的方法，因此，本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重要內(nèi)容，是學(xué)生進一步探討天體物理問題的理論基礎(chǔ)?！疚锢碛^念】能建立模型計算天體質(zhì)量，能將一些熟識天體的運動抽象成勻速圓周運動模型來進行分析和推理?！究茖W(xué)思維】通過相關(guān)實例，了解萬有引力定律在宇宙探討中的重要作用，能用萬有引力定律說明一些天體運動問題。【科學(xué)探究】能建立放射人造衛(wèi)星的模型，能計算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度，探究其次宇宙速度和第三宇宙速度。【科學(xué)看法與責(zé)任】能感受到科學(xué)定律的預(yù)料作用，體會萬有引力定律對人類探究和相識未知世界的作用。【教學(xué)重點】綜合運用萬有引力定律對天體進行有關(guān)運算，如計算天體質(zhì)量、第一宇宙速度等?！窘虒W(xué)難點】將一些天體的運動抽象成勻速圓周運動模型進行分析和推理?！緦?dǎo)入新課】古代“飛天”傳聞嫦娥三號奔月思索:萬有引力定律如何幫助人們實現(xiàn)“飛天”的幻想？【新課講授】一、天體質(zhì)量的計算阿基米德:“給我一個支點，我可以撬動地球”思索：能通過杠桿原理（天平）干脆稱量地球的質(zhì)量嗎？當(dāng)時已知：地球的半徑R；地球表面重力加速度g；卡文迪許已測出的引力常量G卡文迪許被稱為能“稱出地球質(zhì)量”的人?！局亓?、萬有引力和向心力之間的關(guān)系】（1）靜止在地面上的物體，若考慮地球自轉(zhuǎn)的影響重力和向心力是萬有引力的兩個分力；兩極:F引=G赤道:F引=G+F向思索：可以不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響么？試求：質(zhì)量為1kg的物體靜止在赤道上時的向心加速度。（已知地球半徑R=6.×106m)答案：a=0.034m/s2結(jié)論：向心力遠小于重力，萬有引力大小近似等于重力。因此一般粗略計算中不考慮（或忽視）地球自轉(zhuǎn)的影響。（2）靜止在地面上的物體，若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響萬有引力全部用來供應(yīng)向心力（已知g=9.8m/s2，地球的半徑R=6400km，萬有引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2）帶入即可得地球質(zhì)量。思索：你還有其他方法測量出地球的質(zhì)量嗎？須要測量那些物理量呢？依據(jù)衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動方法1、選定一顆繞地球轉(zhuǎn)動的衛(wèi)星(例如月球），測定衛(wèi)星的軌道半徑和周期。方法2、若已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的的軌道半徑r和運行的線速度v?！拘行牵ɑ蛐l(wèi)星）的運動】1.將行星（或衛(wèi)星）的運動看成是勻速圓周運動。2.萬有引力充當(dāng)向心力F引=Fn或在球體表面旁邊F引=G重二、人造衛(wèi)星上天【牛頓的設(shè)想】思索：當(dāng)物體速度特別大時，物體會怎樣運動？在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，牛頓設(shè)想拋出速度很大時，物體就不會落回地面。思索：那么，拋出速度為多大時，物體將不會落回地面而圍著地球表面運動呢？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球質(zhì)量M=5.98×1024kg,地球半徑R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2)【方法一】萬有引力供應(yīng)物體作圓周運動的向心力 【方法二】在地面旁邊，重力供應(yīng)物體作圓周運動的向心力1、第一宇宙速度（環(huán)繞速度）物體在地面旁邊繞地球做勻速圓周運動的速度，叫做第一宇宙速度。v1=7.9km/s說明：（１）假如衛(wèi)星的速度小于第一宇宙速度，衛(wèi)星將落到地面而不能繞地球運轉(zhuǎn)；（２）等于這個速度，衛(wèi)星剛好能在地球表面旁邊作勻速圓周運動；放射速度：指衛(wèi)星進入軌道時的初速度。環(huán)繞速度：指衛(wèi)星在穩(wěn)定的軌道上繞地球轉(zhuǎn)動的線速度。留意：7.9km/s是最小的放射速度,最大的環(huán)繞速度。探究:若衛(wèi)星的放射速度大于7.9km/s，會怎樣呢？2、其次宇宙速度（脫離速度）使衛(wèi)星擺脫地球引力的束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小放射速度。v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）使衛(wèi)星擺脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外的最小放射速度。v3=16.7km/s思索：對于繞地球運動的人造衛(wèi)星：（1）離地面越高，向心力越_____.（2）離地面越高，線速度越_____.（3）離地面越高，周期越_____.（4）離地面越高，角速度越____.4、人造地球衛(wèi)星的運行軌道全部衛(wèi)星都在以地心為圓心的圓或橢圓軌道上。①赤道軌道，衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方②極地軌道，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極上空③一般軌道，衛(wèi)星軌道和赤道成肯定角度?！咎貏e衛(wèi)星的規(guī)律】（1）近地衛(wèi)星對衛(wèi)星：全部地球衛(wèi)星運行速度小于7.9km/s、周期大于1.4小時。（2）同步衛(wèi)星：相對于地面靜止，公轉(zhuǎn)周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同的衛(wèi)星。特點：⑴運行方向肯定（2）周期肯定：T=24h=86400s（3）角速度肯定：相對于地面靜止。（4）速率肯定rvωTa“全部確定”所以h≈3.6×104Km（是定值）（5）高度肯定（6）軌道肯定：同步衛(wèi)星軌道必需在赤道上空三、預(yù)料未知天體海王星的發(fā)覺1781年，英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾用望遠鏡發(fā)覺了太陽系的第七顆行星——天王星；