第六章万有引力与航天学案.docx
《第六章万有引力与航天学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章万有引力与航天学案.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第六章万有引力与航天学案
高一物理学案班级____姓名:
_________组别_____-
课题：
必修2第六章第1节行星的运动
课时1课型新授课主备人
一、学习目标：
1.阅读人类探索宇宙奥秘的发展简史，增强求知欲。
2.能记住开普勒三个定律的内容和意义，会运用行星运动的基本特点分析问题。
3.将行星轨道看作圆时，对定律会解说与应用。
二、学习重、难点：
重点：
理解和掌握开普勒行星运动定律，认识行星的运动．
难点：
对开普勒行星运动定律的理解和应用
三、学习过程：
（一）预习导学
阅读必修2课本第32—33页，完成下列各题，用时6分钟
1.地心说与日心说
地心说认为地球是____________，太阳月球及其他星体均绕_______运动，后经人们观察是错误的。
日心说认为太阳是____________，地球和其他星体都绕________运动，实际上，太阳并非宇宙中心。
2.开普勒第一定律
所有行星绕太阳运动的轨道都是_________，太阳处在________的一个_______上。
3.开普勒第三定律
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的____________相等。
4.开普勒第三定律
所有行星轨道半长轴的_________跟它的公转周期的________比值都相等。
（二）合作探究
探究一、开普勒定律
1.规律的发现：
开普勒根据丹麦天文学家___________对行星的观测记录，研究了大量数据，得出了三个定律。
2.规律的理解：
（1）开普勒第一定律打破了“地心说”观念，它的确切描述是什么？
（2）行星运动过程中，在轨道上的不同点上运行得一样快吗？
开普勒第二定律是怎样描述的？
（3）开普勒第三定律说明了在不同轨道上运行的卫星，周期是不同的，该定律如何描述？
3.开普勒定律不仅适用于行星，也适用于绕行星运动的卫星。
【例题1】关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（）
A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B.行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处
C.离太阳越近的行星的运动周期越长
D.所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等
【训练1】下列说法中正确的是（）
A.“地心说”是错误的，“日心说”是对的，太阳是宇宙的中心
B.太阳也在绕银河系转动，运动是绝对的，静止是相对的
C.月球绕地球的运行轨道也是椭圆轨道，可近似看作匀速圆周运动
D.由开普勒定律可知，各行星都有近日点和远日点，且在近日点运动得快，在远日点运动得慢
探究二、太阳系中行星的运动
1.规律的发现：
（1）各行星排列顺序如何？
离太阳远近如何？
（2）它们沿轨道的运动多可看作什么运动？
2.规律的理解：
若按圆轨道处理，行星的运动可总结出怎样的规律？
第一点：
第二点：
第三点：
以上三条只是对行星运动的近似处理，并非行星运动的真实规律。
3．阅读：
“科学足迹“，了解人类对行星运动规律的认识
【例题2】海王星离太阳的距离是地球离太阳距离的n倍，那么海王星绕太阳的公转周期是多少？
（海王星和地球绕太阳公转的轨道可视为圆形轨道）
【训练2】如图6－1所示，在某行星的轨道上有a、b、c、d四个对称点，若行星运动周期为T，则行星（）
A.从a到b的运动时间等于从c到d的时间
B.从d经a到b的运动时间等于从b经c到d的时间
C.从a到b的时间
D.从c到d的时间
（三）知识构建
四、达标检测（5分钟）
1.下列说法正确的是（）
A.太阳系中的八大行星有一个共同的轨道焦点
B.行星的运动方向总是沿着轨道的切线方向
C.行星的运动方向总是与它和太阳的连线垂直
D.日心说的说法是正确的
2.飞船进入正常轨道后，因特殊情况而降低了轨道高度，那么飞船的线速度和周期分别将（）
A.增大，减小B.减小，增大
C.增大，增大D.减小，减小
3.关于开普勒第三定律
，以下理解正确的是（）
A.k是一个与行星无关的常量
B.若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R1，周期为T1，月球绕地球运转轨道的半长轴为R2，周期为T2，则
C.T表示行星运动的自转周期
D.T表示行星运动的公转周期
4.美国宇航局的“深度撞击”计划在距离地球1.3亿千米处实施，上演了一幕“炮打彗星”的景象，目标是“坦普尔一号”彗星。
假设“坦普尔一号”彗星绕太阳运行的轨道是一个椭圆，其轨道周期为5.74年，关于“坦普尔一号”彗星的说法中正确的是（）
A.绕太阳运动的角速度不变
B.近日点处线速度大于远地点处线速度
C.近日点处线速度等于远地点处线速度
D.其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个与太阳质量有关的常数
5.把火星和地球绕太阳运行的轨道视为圆周，由火星和地球绕太阳运动的周期之比可求得（）
A.火星和地球的质量之比
B.火星和太阳的质量之比
C.火星和地球到太阳的距离之比
D.火星和地球绕太阳运行速度之比
6.某行星绕太阳运行的椭圆轨道如图6－2所示，F1和F2是椭圆的两个焦点，行星在A点速率比在B点的速率大，则太阳应位于（）
A.A点B.F1点C.F2点D.B点
五、自我反思
学完本节课，请将你的收获、疑惑及课堂学习表现记录下来。
我的收获：
__________________________________________________________.
我的问题：
__________________________________________________________.
自我评价：
.
高一物理学案班级____姓名:
_________组别_____-
课题：
必修2第六章第2节太阳与行星间的引力
课时1课型新授课主备人
一、学习目标：
1.能说出太阳对行星的引力
2.会运用圆周运动规律解决近似研究行星的运动
3.能说出太阳与行星间力的作用的相互性，并能运用公式讨论相互作用力的大小
二、学习重、难点：
重点：
据开普勒行星运动定律和牛顿第三定律推导出太阳与行星间的引力公式
难点：
太阳与行星间的引力公式的推导过程．
三、学习过程：
（一）预习导学
阅读必修2课本第36—38页，完成下列各题，用时6分钟
1.行星以太阳为圆心做匀速圆周运动需要_____________，设行星质量为m，线速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力Fn＝_____________。
若行星绕太阳运动的周期为T，则v与T的关系是_______，所以Fn还可以表示为_____。
2.根据牛顿第三定律，太阳对行星的引力与行星对太阳的引力应性质相同，大小________，方向__________，规律相同，是一对_______________________________。
3.太阳与行星间的引力大小与_______________、______________成正比，与_________________成反比。
用公式表示F＝___________________
（二）合作探究
探究一、太阳对行星的引力
1.规律的发现：
应用开普勒行星运动定律可知，行星做近似匀速圆周运动时，由运动参量可知：
（1）向心力的基本公式：
（2）用周期表示的向心力公式：
（3）代入开普勒第三定律后的表达式：
2.规律的理解：
太阳对行星的引力与_____________成正比，与_________________成反比；对任何行星都可成立关系式为_________________。
【例题1】冥王星绕太阳运动的轨道半径约为地球绕太阳运动轨道半径的40倍，那么它绕太阳一周需要多少年？
【训练1】月球与地球之间的引力规律与太阳和行星之间的引力规律相同。
若已知月球的周期为T，月球的质量为m，月球离地的高度为h，地球半径为R，则月球受地球的引力大小为F＝_________；地球受月球的引力大小为F′＝_________
探究二、行星与太阳之间的引力
1、行星对太阳的引力
由牛顿第三定律及引力规律可得，行星吸引太阳的力的表达式为_____________________
2、太阳与行星间的引力
（1）概括太阳与行星间的相互引力大小可知：
（2）表达式：
（3）相互引力的方向
【例题2】地球是太阳的引力为F，他们之间的距离为R。
如果地球与太阳的距离变为4R且仍能绕太阳公转，那么太阳对地球的引力F′是F的几倍？
那时地球上的一年（绕太阳公转一周的时间）相当于现在的几年？
（设轨道近似为圆形）
解析：
【训练2】已知月球绕地球做匀速圆周运动，地球对月球的引力为月球提供向心力，假如地球对月球的引力突然消失，则月球的运动情况如何？
假如地球对月球的引力突然增大或减小，月球将如何运动？
（三）知识构建
四、达标检测（5分钟）
1.行星之所以能绕太阳运行，是因为（）
A.行星运动时的惯性作用
B.太阳是宇宙的控制中心，所有的星体都绕太阳旋转
C.太阳对行星有约束运动的引力作用
D.行星对太阳有排斥力的作用
2.若行星的质量为m，运动速度为v，运动周期为T，可看作匀度圆周运动，轨道半径为r，角速度为ω，则行星运动需要的向心力为（）
A.
B.
C.F＝mω2rD.F＝mωv
3.把行星运动近似看作匀速圆周运动以后，开普勒第三定律可以写为T2＝kr3，则可推得（）
A.行星受太阳的引力为
B.行星受太阳的引力都相同
C.行星受太阳的引力为
D.质量越大的行星受太阳的引力一定越小
4.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力相比较
A.是一对大小相等方向相反的作用力与反作用力
B.太阳吸引行星的力大，行星吸引太阳的力小
C.相互引力的大小与太阳和行星的质量的乘积成正比
D.相互引力的作用使行星绕太阳转，太阳也绕行星转
5.地球周围有沿不同轨道运动的人造卫星，他们绕地球的运动规律（）
A.也适合于用开普勒定律来解释B.各颗卫星受到的引力可写为
C.不同半径的轨道上的卫星周期不同D.卫星受地球的引力提供了向心力
6.关于太阳与行星间引力
的下列说法中正确的是（）
A.公式中G是引力常量，是人为规定的
B.这一规律可适用于其他星体间的引力
C.太阳与行星间的引力是一对平衡力
D.检验这一规律是否适用于其他天体的方法是比较观测结果与推理结果的吻合性
7.地球质量约为月球质量的81倍，一飞行器在地球与月球之间，当它受到地球与月球的引力合力为零时，这一飞行器距地心距离与距月心距离之比是______________
8.火星半径是地球半径的一半，火星质量约为地球质量的
，那么在地球表面上质量为50Kg的人受到地球的引力约为火星表面同质量的人受到火星引力的_______倍。
9.行星的质量为m，一个绕它做匀速圆周运动的卫星的轨道半径为R，周期为T，是用两种方法求出卫星在轨道上的向心加速度。
（引力常量G为已知）
五、自我反思
学完本节课，请将你的收获、疑惑及课堂学习表现记录下来。
我的收获：
__________________________________________________________.
我的问题：
__________________________________________________________.
自我评价：
.
高一物理学案班级____姓名:
_________组别_____-
课题：
必修2第六章第3节万有引力定律
课时1课型新授课主备人
一、学习目标：
1．能说出牛顿的“月—地检验”方略，树立科学探索意识.
2．能记住自然界中万有引力的存在，会运用万有引力知识探究有关问题.
3．能说出卡文迪许对引力常量测定的意义，认识科学的发展需要前赴后继不懈努力.
二、学习重、难点：
重点：
万有引力定律的推导过程
难点：
太由于一般物体间的万有引力极小，学生对此缺乏感性认识，又无法进行演示实验，故应加强举例。
三、学习过程：
（一）预习导学
阅读必修2课本第39—41页，完成下列各题，用时6分钟
1.只要能验证月球公转的向心加速度是地面附近的物体下落时的加速度的,就能够证明月球绕地球运动的力与使得苹果下落的力是同一种力.
2.
是的数学表达式,此式中G叫做,其数值为,牛顿发现上述定律后,英国科学家第一次较准确地测出了G的值.
（二）合作探究
探究一、“月—地检验”方略探究
1.规律的发现:
行星与太阳间存在引力,月球与地球间也存在引力,物体在地面附近也受重力,这些力有什么样的内在联系?
2.规律的理解
（1）行星与太阳间的引力遵循“距离平方反比”规律.即
该式是否也适用于地球与月球之间的引力?
（2）地面上的物体也受地球的吸引力,并产生自由落体加速度,月球是否也有加速度?
（3）月球离地心的距离是地面上物体到地心距离的60倍,引力是否会产生同样倍数的加速度?
（4）月球的向心加速度由地球的引力作用产生,由力的大小关系可推得加速度关系,月球的向心加速度应是地面重力加速度的多少倍?
（5）月地距离为r,月球公转周期为T,月球的加速度为多少?
地面上重力加速度可以如何测量?
两者加速度的关系可否验证?
【例题1】对下列现象你会如何解释?
（1）熟透的苹果从树上掉下而不飞上天,为什么?
（2）如果苹果树长的很高,苹果是否也会下落?
（3）如果苹果树高到月球上,苹果是否还会落回地面?
（4）月球为什么不落到地球上?
（5）地球的引力可使物体产生什么形式的加速度?
举例说明.
【训练1】下列各力中,哪些是由万有引力提供的（）
A.月球绕地球运动的向心力B.火星绕太阳运行时的向心力
C.火箭发射时向上的推力D.雨滴下落时受的重力
探究二、万有引力定律
1.什么是万有引力？
定律的内容是什么？
并举出实例。
2.万有引力定律怎样反映物体之间相互作用的规律？
其数学表达式如何？
表达式中各个物理量的含义及单位是什么？
3.万有引力定律的适用条件是什么？
4.引力常量G值的测量
（1）由在实验室中首先测出了较准确的G的数值.
（2）G值的确定给万有引力定律带来什么意义?
G值是常量,有单位.一般计算时G=.
【例题2】最近几十年,人们对探测火星十分感兴趣,先后曾发射过许多探测器,称为“火星探路者”的火星探测器曾于1997年登上火星.2004年,又有“勇气”号和“机遇”号探测器登上火星.已知地球质量约是火星质量的9.3倍,地球直径约是火星直径的1.9倍.探测器在地球表面和火星表面,所受引力的比值是多少?
引申:
假如有一天你能到火星上去旅游,你会感到自己的体重发生了什么变化?
你在火星上走路或运动与地球上有什么不同?
【训练2】两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起时,它们之间的万有引力为F,若两半径为小铁球半径2倍的实心大铁球紧靠在一起时,则它们之间的万有引力为
A.2FB.4FC.8FD.16F
（三）知识构建
四、达标检测（5分钟）
1.设想把质量为m的物体放在地球的中心,地球的质量为M,半径为R,则物体与地球间的万有引力是（）
A．零B．无穷大C．
D．无法确定
2．下列关于万有引力定律的说法正确的是（）
Ａ．万有引力定律是牛顿发现的
Ｂ．
中的G是一个比例常数,是有单位的
Ｃ．万有引力定律适用于质点间的相互作用
Ｄ．两个质量分布均匀的分离的球体之间的相互作用力也可以用
来计算,r是两球体球心的距离
3.一个物体在地球表面所受的重力为G,则在距地面高度为地球半径的2倍时,所受引力为（）
A．
B.
C.
D.
4．宇宙飞船正在离地面高
地的轨道上做匀速圆周运动，飞船内一弹簧测力计下悬挂一质量为m的重物，g为地面处的重力加速度，则弹簧测力计的读数为（）
A．mgB．mg/2C．mg/3D．0
5．苹果落向地球，而不是地球向上运动碰到苹果，发生这种现象的原因是（）
A．由于苹果质量小，对地球的引力小，而地球的质量大，对苹果引力大造成的
B．由于地球对苹果有引力，而苹果对地球无引力造成的
C．苹果与地球间的引力是大小相等的，由于地球的质量极大，不可能产生明显的加速度
D．以上说法都不对
五、自我反思
学完本节课，请将你的收获、疑惑及课堂学习表现记录下来。
我的收获：
__________________________________________________________.
我的问题：
__________________________________________________________.
自我评价：
.
高一物理学案班级____姓名:
_________组别_____-
课题：
必修2第六章第4节万有引力理论的成就
课时2课型新授课主备人
一、学习目标：
1.能说出并记住万有引力定律在天文学中的简单应用.
2.会利用天体表面上的重力与万有引力的关系,计算中心天体的质量,并会由万有引力公式和向心力公式进行其他运算.
3.能说出海王星和冥王星的发现历程,提高对科学家们献身科学研究的认识,培养理论联系实际,用理论指导实践的能力.
二、学习重、难点：
重点：
万有引力与重力的关系以及中心天体质量的计算。
难点：
总结求解天体质量的一般方法。
三、学习过程：
（一）预习导学
阅读必修2课本第41—43页，完成下列各题，用时6分钟
1.“科学真实迷人”，“称量”地球的质量
（1）不考虑地球的自转，“称量”地球质量的原理公式是____________________，需知的条件有_____________________，地球质量的表达式M=____________________。
（2）卡文迪许为什么把自己测定引力常量G的实验说成是“称量地球的重量”？
2.计算太阳的质量
计算太阳质量的原理公式是_____________，需知的条件有___________________，太阳质量的表达式为M=______________，其数值为2×1030Kg。
3.发现未知天体，“笔尖下发现的行星”
人们发现天王星运动轨道有些“古怪”根据万有引力定律计算出的轨道和实际观测结果有一些偏差，物理学家发现了太阳系新的行星，还计算了一颗著名慧星慧星的轨道并正确预言了它的回归。
（二）合作探究
探究一、“科学真实迷人”
引导：
求天体质量的方法一：
是根据重力加速度求天体质量,即引力=重力mg=GMm/R2
1、推导出地球质量的表达式，说明卡文迪许为什么能把自己的实验说成是“称量地球的重量”？
【例题1】设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6.4×106m，引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2，试估算地球的质量。
（写出解题过程。
）
探究二、计算天体的质量
引导：
求天体质量的方法二：
是根据天体的圆周运动,即其向心力由万有引力提供,
1、应用万有引力定律求解中心天体质量的基本思路是什么?
2、根据环绕天体的运动情况求解其向心加速度有几种求法?
3、应用天体运动的动力学方程——万有引力充当向心力求出的天体质量有几种表达式?
各是什么?
各有什么特点?
4、应用此方法能否求出环绕天体的质量?
为什么？
【例题2】1970年我国发射的第一颗人造地球卫星,运行周期为114min,卫星轨道的平均半径为7782Km，请据此计算地球的质量。
（保留一位有效数字）
【训练1】已知地球绕太阳做匀速圆周运动的周期为365天，地球到太阳的距离为1.5×1011m,取
.求太阳的质量.（结果保留一位有效数字）
探究三、发现未知天体
1、应用万有引力定律除可估算天体质量外，还可以在天文学上有何应用？
2、应用万有引力定律发现了哪些行星？
3、怎样应用万有引力定律来发现未知天体的?
发表你的看法。
（交流讨论）
（三）知识构建
四、达标检测（5分钟）
1.如知道太阳的某一颗行星绕太阳运转的轨道半径r,周期T,引力常量G，则可求得（）
A.该行星的质量B.太阳的质量
C.该行星的平均密度D.太阳的平均密度
2.已知引力常量G和下列某几组数据，就能计算出地球的质量，这几组数据是（）
A.地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离
B.月球绕地球运行的周期及月球离地心的距离
C.人造地球卫星在地面附近绕行的速度及运行的距离
D.若不考虑地球自转，已知地球的半径及重力加速度
3.一艘宇宙飞船沿着围绕未知天体表面的圆形轨道飞行，航天员只用一块秒表能测出的物理量有（）
A.飞船的线速度B.飞船的角速度
C.未知天体的质量D.未知天体的密度
4.地球表面的平均重力加速度为g，地球半径为R,万有引力常数为G，则可以用下列哪一式来估算地球的平均密度（）
A.
B.
C.
D.
5．已知海王星的直径为地球的4倍，海王星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度大致相等，求海王星的质量。
（已知地球半径约为6400km，g取10m/s2）
五、自我反思
学完本节课，请将你的收获、疑惑及课堂学习表现记录下来。
我的收获：
__________________________________________________________.
我的问题：
__________________________________________________________.
自我评价：
.
高一物理学案班级____姓名:
_________组别_____-
课题：
必修2第六章第5节宇宙航行
课时1课型新授课主备人
一、学习目标：
1．能说出并记住三个宇宙速度的意义，知其大小.
2．记住人造地球卫星的运行规律,会运用规律计算有关量.
3．能说出人类航天事业的发展,树立探索太空科学的信念.
二、学习重、难点：
重点：
对第一宇宙速度的推导过程和方法，了解第一宇宙速度的应用领域。
难点：
1、人造地球卫星的发射速度与运行速度的区别。
2、掌握有关人造卫星计算及计算过程中的一些代换。
三、学习过程：
（一）预习导学
阅读必修2课本第44—45页，完成下列各题，用时6分钟
1．地球对周围的物体由_____________的作用，因而抛出的物体要.但是抛出的初速度越大,物体就会飞得越.如果没有,当速度足够大时,物体就不会落到地面上,将围绕地球运转,成为一颗绕地球运动的.
2．第一宇宙速度的表达式是,如果地面附近物体与地球间的万有引力近似等于重力,则第一宇宙速度还可表示为,其值为.
3．要使人造卫星绕地球运行,它进入地面附近的轨道速度必需等于或大于__________km/s，并且小于km/s;要使卫星脱离地球引力不再绕地球运行，成为人造行星，必须使它的速度等于或大于km/s；要想使它飞到太阳系以外的地方去，它的速度必须等于或大于km/s.
（二）合作探究
探究一、牛顿的设想
引导1：
牛顿对人造卫星
升级会员 