《万有引力定律的应用》与《人类对太空的不懈追求》(晋江一中).doc

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第2节万有引力定律的应用、第3节人类对太空的不懈追求（２课时）
福建省晋江第一中学高一物理备课组

【教学目标】
知识与技能：
知道卫星所受的万有引力等于卫星做圆周运动的向心力。
理解第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度
了解经典力学的发展历程和伟大成就；知道经典力学对航天技术发展的重大贡献；知道万有引力定律对科学发展所起的重要作用。
过程与方法：
会以抛体运动为出发点导出卫星上天的粗略道理。
会计算第一宇宙速度。
会计算天体的质量和密度。
收集我国和世界航天事业发展史和前景的资料，进一步体会科学知识对人类探索未知世界的作用
情感、态度与价值观：
通过牛顿抛体运动图的解说及齐奥尔科夫斯基火箭公式等经典力学发展的伟大成就介绍，使学生体会经典力学创立的价值与意义。
通过介绍人造卫星的应用及我国航天技术的发展，激发学生勇攀科学高峰的热情。
通过介绍人们如何发现海王星和冥王星，体会科学定律对人类探索未知世界的作用。
体会科学研究方法对人们认识发展学生对科学的好奇心和求知欲。
使学生体会到科学探索的艰辛，挖掘德育的素材。
【教学重点】
计算第一宇宙速度的两种方法。
计算天体的质量和密度。
经典力学对航天技术发展的重大贡献。
万有引力定律对科学发展所起的重要作用。
【教学方法】
问题教学法、理论探究法
【教学过程】
【导入】：
复习：
提问：行星运动的开普勒三定律；万有引力定律。
学生回答：(略)。
新课引入：
多媒体展示：我国神舟六号的发射、在轨运行、回收情况；我国嫦娥探月工程的基本情况。
提问：为什么宇宙飞船能登上月球？为什么飞船能像月亮那样围绕地球旋转？飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚？在进一步的探索中，人类会对更遥远的星球有些什么了解？请同学们带着这些问题进行这一节课的学习。
【新课教学】
一．人造卫星上天
如何使人造卫星上天：
提出探究课题：站在高山顶端，水平抛出一块石头，石头的水平射程跟什么有关？若不断增大水平抛射石头的投掷速度，当速度达到足够大时，石头是否不再落回地面而绕地球旋转？
学生探究，发表见解。
教师引导学生利用牛顿的抛体运动图总结卫星上天的道理：只要抛出的速度足够大，被抛出的物体就会像月球那样不再掉下来，这实际上就是人造地球卫星或宇宙飞船上天的原理。
教师提问：如何使用人造卫星和飞船获得这样大的初始速度？
学生阅读课本，了解齐奥尔科夫斯基的多级火箭构想。
第一宇宙速度(环绕速度)：
利用多媒体向学生解说什么叫做近地卫星：如果卫星绕地球运行的轨道可视为圆形，并且卫星距地面的高度远小于地球半径，则卫星轨道半径可近似为地球半径。
提问：如何使近地卫星在圆周轨道上运动而不偏离轨道呢？
学生探究，发表见解。
利用多媒体引导学生回顾前一章学过的“近心运动”、“圆周运动”和“离心运动”，从而得出近地卫星不脱离轨道的原因：mg=F引=F向，即。
引导学生利用导出第一宇宙速度的计算式
引导学生利用导出第一宇宙速度的计算式
学生自己代数据计算出第一宇宙速度的值为7.9km/h。
第二、三宇宙速度：
做课本P95的“模拟卫星运动”的实验(可教师演示或学生随堂实验)，感受“圆周运动”和“离心运动”
简介第二宇宙速度(脱离速度)和第三宇宙速度(逃逸速度)。
时间允许的话，可让学生阅读P95的“讨论与交流”。
4、例题：1990年3月，紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2753号小行星命名为吴健雄星，其直径为32km，如该小行星的密度和地球相同，则该小行星的第一宇宙速度为________。(已知地球半径R=6400km,地球的第一宇宙速度为8km/s)

二．测天体质量和预测未知天体
1、测天体质量
（问题一）：如何用火星探测器测火星的质量？
引导学生探究并提问学生：探测器在火星上空是如何运行的？
（学生回答一）：探测器在火星上空绕火星运行，探测器相当于火星的人造卫星。
（学生回答二）：这可用探测器的的运行周期T和运行半径r算出火星的质量M。思路如下：
设探测器的质量为m，
由F引＝F向可得：

火星质量为
（问题二）：如何测火星的密度？
（学生回答）：还需要先测火星本身的半径R，
则
（问题三）：有没有更为简便的方法呢？
（学生回答）：若火星探测器在火星近地轨道运行，则问题变得更简单。此时R＝r，故，无须测探测器的轨道半径和火星本身的半径。
（总结）：因此，只要探测器能到达的天体，其质量和密度都可测出。
2、预测未知天体
（多媒体演示）：八大行星中，水星、金星、火星和土星都是人眼能直接看到的。人们第一次通过望远镜发现的新行星是天王星。但是人们发现天王星时，其运行轨道与人们用万有引力定律所算出的轨道有偏差。这是为什么呢？
（引导学生猜想）：（1）万有引力定律是错误的。
（2）天王星外还有一颗