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1、第2节 万有引力定律的应用,一、内容与地位 本节课是在学习了圆周运动与万有引力定律之后的一节应用课，因此，在教学中应让学生用万有引力定律对天体运动进行探究，采用启发式教学，要求学生知道人造卫星为什么不会从天上掉下来，会用公式计算人造卫星的环绕速度，知道卫星的第二宇宙速度和第三宇宙速度及达到这两个速度的的条件。,二、教学目标,（1）了解人造卫星，会计算人造卫星的环绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。 （2）利用万有引力定律探究第一宇宙速度以及探究运行速率与半径的关系，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体的实际问题，激发学生学习的热情。 （3）通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学
2、生的爱国热情，通过万有引力定律的应用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辨证唯物主义观点。,三、 教学重点与难点,利用万有引力定律探究运行速率与半径的关系、估算中心天体质量、第一宇宙速度以及探究地球同步卫星特点。 本节是一节知识应用与扩展的课。首先根据学生已有的圆周运动与万有引力定律的知识，以及牛顿当年的设想，与学生一起探究人造卫星上天的原理。其次，关注学生已有的认知经验，围绕第一宇宙速度进行讨论，并且向学生介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度以及发现未知天体，让学生形成较正确的卫星运动图景。,四、教学设计,（一） 导入新课 晴朗的夜空，当你抬头仰望满天星斗时，有时会看到一种移动的星星
3、，它像天幕上的神行太保匆匆奔忙，它们是什么星?在忙些什么？这种奇特的星星并不是宇宙间的星球，而是人类挂上天宇的明灯人造地球卫星。它们巡天遨游 ，穿梭往来，忠实地为人类服务，给冷寂的宇宙增添了生气和活力。别看人造卫星个头不大，五脏可齐全呢！它的通用系统有结构，温度控制，姿态控制，能源，跟踪，遥测，遥控，通信，轨道控制，天线等等系统，返回式卫星还有回收系统，此外还有根据任务需要而设的各种专用系统。,（二） 人造卫星上天,1给出牛顿的抛体运动图，提出问题，在地面上抛出的物体为什么要落回地面？引导学生讨论：由于受到地球引力的作用，所以最终会落到地面。 再深入探究：（1）月球也要受到地球引力的作用，为什
4、么月亮不会落到地面上来？ （2）若抛出的物体的速度足够大，物体将会怎样？,学生分小组讨论，得到月球受到的地球的引力，用来充当绕地球运转的向心力，故而月球并不会落到地面上。如果抛出的物体的速度足够大，物体飞行的距离也很大，由于地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转的人造卫星。,2从上面学习可知，当抛出的物体的速度足够大时就可以成为卫星，那么如何获得这么大的速度呢？ 向学生介绍俄国科学家齐奥尔科夫斯基利用多级火箭克服地球引力实现宇宙航行的构想。 介绍中国成功发射的运载火箭。,3教师进一步提出：当抛出的物体的速度足够大时就可以成为卫星，那速度要大到什么程度就叫足够大了。请同学们
5、思考如何计算这个速度。 可以分小组讨论，首先要弄清楚：要求这个速度，我们已经知道的并可能被利用的数据有哪些？（让学生自己寻找已知条件）,预测：学生的回答可能这样：知道G、 g 、M地、R地、r月、T卫、 T月、v等； 教师进一步引导，根据大家所给的已知条件，可以联想到与之有关的什么公式？ 预测：学生的回答可能这样：,如果学生只提出其中的一种或两种求法，教师可以启发学生得到各种计算方法。 可以根据学生给的 ： 让学生用不同的公式计算速度。代入数据算出速度为7.9km/s。这个速度称为第一宇宙速度,也称为环绕速度。,7.9km/s这个速度到底有多大，学生没有感性认识，可以给学生举一些例子来说明。比
6、如：在高速公路上乘过车的同学可以推算，高速公路上最高限速为120km/h，换算成33.3m/s，第一宇宙速度将近是它的240倍；农村学生如果家离学校较远，可以推算以第一宇宙速度从家到校只需几秒。通过这些例子，让学生体会第一宇宙速度的“快”，体会现代科学技术的伟大。,4如果物体发射的速度更大，第二宇宙速度v2 =11.2km/s时，物体将能够摆脱地球引力束缚，v3= 16.7km/s这个速度称为第三宇宙速度，物体将能够摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外。,5迷你实验：要求学生体会：用手拉着绳子的一端，让小球旋转时，手有什么感觉。当旋转很快时，小球会挣断绳子飞出去，想想这是为什么。用一根更细的绳子，
7、小球更容易挣脱，这又是为什么？引导学生理解这是因为绳子的拉力不足以提供小球做圆周运动的向心力，所以出现了离心现象。,6讨论与交流：由“阿波罗”登月往返航线引发的思考。可以让学生在课堂各抒己见，教师对学生的各种思考给予分析评价，如果出现不能解决的问题，可以作为学生课后研究性学习的一个课题。,7.探究运行速率与半径的关系,预测：学生的回答有两种可能： 教师引导当r改变，g、v会变，不能得到v与 r的关系 只能认为 得出卫星的运行速度与其本身质量无关，与其轨道半径的平方根成反比。这是一个非常有用的结论。,（三）预测未知天体,可以让学生阅读课文，回答老师提出问题： （1）用万有引力定律发现了哪些行星？
8、 （2）人们是怎样应用万有引力定律来发现未知天体的？引导学生得出用万有引力定律发现了海王星，冥王星。,人们在长期的观察中发现天王星的运行轨道与用万有引力定律计算出的有较大的偏差。于是，有人推测，在天王星的轨道外侧可能还有一颗行星，它对天王星的引力使天王星的轨道发生偏离。而且人们计算出这颗行星的可能轨道，并且在计算出的位置终于观测到了这颗新的行星，将它命名为海王星。 再后，又发现海王星的轨道也与计算值有偏差，人们进一步推测，海王星轨道外侧还有一颗行星，于是用同样的方法发现了冥王星。可见万有引力定律在天文学中的应用价值。,三、案例心得,本节课教学设计在利用万有引力定律推导第一宇宙速度和运行速率与半径的关系，教师要注重创设问题情景，激发学生的探究热情，根据学生的认知发展，有步骤的提出几个问题，使学生在自己的独立思考和交流过程中，不断的发展自己的观点，经历了学习过程的体验。 迷你实验室：由“阿波罗”登月往返航线引发的讨论中，给了学生动手的机会，培养学生利用互联网收集、处理信息的能力。,