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2019-2020年高中物理《萬有引力定律的應(yīng)用》教案1 魯科版必修2 【教學(xué)目標】 一、 知識與技能： 1、 知道衛(wèi)星所受的萬有引力等于衛(wèi)星做圓周運動的向心力。 2、 理解第一宇宙速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度 3、 了解經(jīng)典力學(xué)的發(fā)展歷程和偉大成就；知道經(jīng)典力學(xué)對航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻；知道萬有引力定律對科學(xué)發(fā)展所起的重要作用。 二、 過程與方法： 1、 會以拋體運動為出發(fā)點導(dǎo)出衛(wèi)星上天的粗略道理。 2、 會計算第一宇宙速度。 3、 會計算天體的質(zhì)量和密度。 4、 收集我國和世界航天事業(yè)發(fā)展史和前景的資料，進一步體會科學(xué)知識對人類探索未知世界的作用 三、 情感、態(tài)度與價值觀： 1、 通過牛頓拋體運動圖的解說及齊奧爾科夫斯基火箭公式等經(jīng)典力學(xué)發(fā)展的偉大成就介紹，使學(xué)生體會經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立的價值與意義。 2、 通過介紹人造衛(wèi)星的應(yīng)用及我國航天技術(shù)的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生勇攀科學(xué)高峰的熱情。 3、 通過介紹人們?nèi)绾伟l(fā)現(xiàn)海王星和冥王星，體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用。 4、 體會科學(xué)研究方法對人們認識發(fā)展學(xué)生對科學(xué)的好奇心和求知欲。 5、 使學(xué)生體會到科學(xué)探索的艱辛，挖掘德育的素材。 【教學(xué)重點】 1、 計算第一宇宙速度的兩種方法。 2、 計算天體的質(zhì)量和密度。 3、 經(jīng)典力學(xué)對航天技術(shù)發(fā)展的重大貢獻。 4、 萬有引力定律對科學(xué)發(fā)展所起的重要作用。 【教學(xué)方法】 問題教學(xué)法、理論探究法 【教學(xué)過程】 【導(dǎo)入】： 1、 復(fù)習(xí)： (1) 提問：行星運動的開普勒三定律；萬有引力定律。 (2) 學(xué)生回答：(略)。 2、 新課引入： (1) 多媒體展示：我國神舟六號的發(fā)射、在軌運行、回收情況；我國嫦娥探月工程的基本情況。 (2) 提問：為什么宇宙飛船能登上月球？為什么飛船能像月亮那樣圍繞地球旋轉(zhuǎn)？飛船在什么條件下能掙脫地球的束縛？在進一步的探索中，人類會對更遙遠的星球有些什么了解？請同學(xué)們帶著這些問題進行這一節(jié)課的學(xué)習(xí)。 【新課教學(xué)】 一．人造衛(wèi)星上天 1、 如何使人造衛(wèi)星上天： (1) 提出探究課題：站在高山頂端，水平拋出一塊石頭，石頭的水平射程跟什么有關(guān)？若不斷增大水平拋射石頭的投擲速度，當(dāng)速度達到足夠大時，石頭是否不再落回地面而繞地球旋轉(zhuǎn)？ (2) 學(xué)生探究，發(fā)表見解。 (3) 教師引導(dǎo)學(xué)生利用牛頓的拋體運動圖總結(jié)衛(wèi)星上天的道理：只要拋出的速度足夠大，被拋出的物體就會像月球那樣不再掉下來，這實際上就是人造地球衛(wèi)星或宇宙飛船上天的原理。 (4) 教師提問：如何使人造衛(wèi)星和飛船獲得這樣大的初始速度？ (5) 學(xué)生閱讀課本，了解齊奧爾科夫斯基的多級火箭構(gòu)想。 2、 第一宇宙速度(環(huán)繞速度)： (1) 利用多媒體向?qū)W生解說什么叫做近地衛(wèi)星：如果衛(wèi)星繞地球運行的軌道可視為圓形，并且衛(wèi)星距地面的高度遠小于地球半徑，則衛(wèi)星軌道半徑可近似為地球半徑。 (2) 提問： 如何使近地衛(wèi)星在圓周軌道上運動而不偏離軌道呢？ (3) 學(xué)生探究，發(fā)表見解。 (4) 利用多媒體引導(dǎo)學(xué)生回顧前一章學(xué)過的“近心運動”、“圓周運動”和“離心運動”，從而得出近地衛(wèi)星不脫離軌道的原因：mg=F引=F向， 即。 (5) 引導(dǎo)學(xué)生利用導(dǎo)出第一宇宙速度的計算式 (6) 引導(dǎo)學(xué)生利用導(dǎo)出第一宇宙速度的計算式 (7) 學(xué)生自己代數(shù)據(jù)計算出第一宇宙速度的值為7.9km/h。 3、 第二、三宇宙速度： (1) 做課本P95的“模擬衛(wèi)星運動”的實驗(可教師演示或?qū)W生隨堂實驗)，感受“圓周運動”和“離心運動” (2) 簡介第二宇宙速度(脫離速度)和第三宇宙速度(逃逸速度)。 (3) 時間允許的話，可讓學(xué)生閱讀P95的“討論與交流”。 4、例題：1990年3月，紫金山天文臺將1965年9月20日發(fā)現(xiàn)的第2753號小行星命名為吳健雄星，其直徑為32km，如該小行星的密度和地球相同，則該小行星的第一宇宙速度為________。(已知地球半徑R=6400km,地球的第一宇宙速度為8km/s) 二．測天體質(zhì)量和預(yù)測未知天體 1、測天體質(zhì)量 （問題一）：如何用火星探測器測火星的質(zhì)量？ 引導(dǎo)學(xué)生探究并提問學(xué)生：探測器在火星上空是如何運行的？ （學(xué)生回答一）：探測器在火星上空繞火星運行，探測器相當(dāng)于火星的人造衛(wèi)星。 （學(xué)生回答二）：這可用探測器的的運行周期T和運行半徑r算出火星的質(zhì)量M。思路如下： 設(shè)探測器的質(zhì)量為m， 由F引＝F向可得： 　　　　 火星質(zhì)量為 （問題二）：如何測火星的密度？ （學(xué)生回答）：還需要先測火星本身的半徑R， 　　　　　　則 （問題三）：有沒有更為簡便的方法呢？ （學(xué)生回答）：若火星探測器在火星近地軌道運行，則問題變得更簡單。此時R＝r，故，無須測探測器的軌道半徑和火星本身的半徑。 （總結(jié)）：因此，只要探測器能到達的天體，其質(zhì)量和密度都可測出。 2、預(yù)測未知天體 （多媒體演示）：八大行星中，水星、金星、火星和土星都是人眼能直接看到的。人們第一次通過望遠鏡發(fā)現(xiàn)的新行星是天王星。但是人們發(fā)現(xiàn)天王星時，其運行軌道與人們用萬有引力定律所算出的軌道有偏差。這是為什么呢？ （引導(dǎo)學(xué)生猜想）：（1）萬有引力定律是錯誤的。 　　　　　　　?。?）天王星外還有一顆未知行星，它對天王星有較大的引力作用。 （多媒體演示并介紹海王星的發(fā)現(xiàn)）：萬有引力定律已被大量的事實所證實，現(xiàn)在我們大家都知道它是自然界普遍的規(guī)律。 人們根據(jù)猜想（2），用萬有引力定律計算出天王星外的未知天體的軌道半徑。果然在所算出的位置人們發(fā)現(xiàn)海王星。 （總結(jié)）：發(fā)現(xiàn)海王星有什么意義？ （1） 進一證明了萬有引力定律的正確性。 （2） 根據(jù)同樣方法發(fā)現(xiàn)了冥王星。 （3） 說明科學(xué)理論具有預(yù)見性。（學(xué)生舉例說明：哈雷慧星的回歸，探測礦藏分布等） 三、對太空的探索 1、飛天路上，先驅(qū)烙下的深深足跡 生活在這個星球上的最高等智慧生物，是充滿好奇心的白皮膚、黃皮膚、黑皮膚的人類。人類想要知道海洋的盡頭是什么，五六百年前就創(chuàng)造了遠洋航海技術(shù)，“全球文明”即由此發(fā)端；人類想要像鳥兒一樣展翅高飛，１００多年前就發(fā)明了飛機，寂寥長空從此成為旅行的驛站；人類想要擺脫地球引力到大氣層外的空間看一看，半個世紀間，各式各樣的航天器就紛紛射向太空…… 從自立行走于腳下這片土地到飛出藍色地球村，人類就是這般孜孜不倦地幻想著，并一步一步地拓展著他們的活動空間。 夢想：腳步開始的地方。在東方的傳說中，美貌的嫦娥偷吃了靈藥飛天成仙，從此獨守寂寞蟾宮；而在古希臘的神話里，太陽神阿波羅則駕著太陽車巡游九天，為人間送來光明和溫暖。 那是人類對太空最初的思考與渴望。直到500多年前，波蘭天文學(xué)家哥白尼用“日心說”掀起了一場轟轟烈烈的認知革命，人類才開始了對宇宙的科學(xué)審視。 就在“日心說”與統(tǒng)治歐洲一千多年的“地心說”艱難斗爭的同一時代，中國的明朝官員萬戶——一位試圖飛出天外的幻想家，卻成了人類第一位飛天的真正實踐者。美國學(xué)者基姆在其著作《火箭與噴氣》中這樣描述人類歷史上的第一次火箭飛行嘗試：萬戶先做了兩個大風(fēng)箏，并排裝在一把椅子的兩邊，然后在椅子下面捆綁了47支大火箭——中國人發(fā)明的一種以火藥作燃料的兵器。準備完畢后，萬戶坐在椅子當(dāng)中，命仆人點燃火箭…… “人類航天始祖”萬戶勇敢的生命，最后殞落在了點燃火箭后的巨響中。多年后，月球上的一座環(huán)形山被命名為萬戶山。 1903年，人類飛天史上的一個里程碑。那一年，萊特兄弟駕駛著他們在自行車修理車間里制造的第一架飛機“飛行者1號”，實現(xiàn)了人類歷史上第一次成功的空中飛行。 同樣在這一年，雙耳失聰?shù)亩韲茖W(xué)家齊奧爾科夫斯基在論文中提出了著名的“火箭公式”，論證了用火箭發(fā)射航天器的可行性。他指出：最理想的推進劑不是火藥，而是液體燃料；單級火箭在當(dāng)時達不到宇宙速度，必須用多級火箭接力的辦法才能進入宇宙空間。 1957年10月，在哈薩克的大荒原里，前蘇聯(lián)用火箭把第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼號”送上了天。這顆直徑580毫米、太空運行僅92天的小衛(wèi)星，宣告著人類進入到一個空間探索的新時代。 1961年4月，在9次無人飛船試驗后，“東方1號”飛船載著27歲的前蘇聯(lián)空軍少校加加林，進行了108分鐘的太空旅行。這是人類歷史上第一次載人航天飛行，加加林也成為人類造訪太空的第一人。 同年，美國啟動“阿波羅登月計劃”。8年之后的7月21日，美國宇航員阿姆斯特朗就在月球上留下了人類的第一個足印。在踏上月球的一刻，人類第一位月宮使者由衷慨嘆：這是個人的一小步，卻是人類的一大步。 1971年4月，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一個試驗性載人空間站——“禮炮1號”空間站。載人航天活動由此進入到規(guī)模較大、飛行時間較長的空間應(yīng)用探索與試驗階段。1975年7月，前蘇聯(lián)的“聯(lián)盟19號”飛船和美國“阿波羅18號”飛船，在太空中成功對接。通過電視轉(zhuǎn)播，全世界數(shù)以億計的觀眾目睹了來自兩國的兩位太空使者相擁的歷史畫面。 1981年4月，美國發(fā)射了可以重復(fù)使用的太空運載工具——航天飛機。6年后，美國邀請歐洲航天局、日本和加拿大參加研制永久性載人空間站計劃。1993年，俄羅斯的加入不僅擴大了空間站的規(guī)模，而且使這個項目成為一項真正意義上的國際性計劃…… 國際空間站，一個共同探索、和平開發(fā)宇宙的平臺。從飛船到空間站，人們用不懈的探索搭建起了通往“天宮”的云梯。 然而，通天之路從來充滿艱辛—— 1971年6月，前蘇聯(lián)3名宇航員在飛船氣壓閥失效時因為缺乏航天服的保護而死亡； 1986年1月，美國“挑戰(zhàn)者號”航天飛機起飛后凌空爆炸，7名壯志未酬的宇航員、包括一位即將在太空中為幾十萬美國中學(xué)生講授奇妙太空的中學(xué)教師，在萬眾矚目中獻身藍天； xx年2月，美國“哥倫比亞號”航天飛機在它的第28次飛行返程途中突然解體，再過16分鐘就能踏上地球的7名宇航員全部犧牲；xx年的8月，巴西第三枚ＶＬＳ型衛(wèi)星運載火箭在發(fā)射前的最后檢測中發(fā)生爆炸，“咖啡王國”的航天夢再次遭受重創(chuàng)…… 收獲大喜，卻也歷盡大悲。在悲喜交加的太空旅程中，人類一點一滴地感悟著“科學(xué)”二字，那沉甸甸的分量。 2、飛天路上，中國人烙下深深足跡 在人類大步邁向太空的旅程中，中國人追夢的步伐一天也沒有停止過。 1970年4月24日，中國第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。 “長征二號Ｆ”型火箭托舉著神舟五號載人飛船轟然起飛。浩瀚太空迎來了第一位中國訪客——38歲的中國航天員楊利偉。在343公里的高度上，中國人第一次在自己的航天器上看到了人類美麗的地球家園。 這是中國的高度，一個崇尚獨立自主的民族以自己的方式叩問天宇的高度。 從這一天起，中國成為第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家。戚發(fā)軔說，夢圓那刻，是他這一生笑得最燦爛、哭得最痛快的一次。神舟五號的順利升空，不僅僅使得中國人的千年飛天夢想變?yōu)楝F(xiàn)實，更重要的是它標志著在人類探索太空的隊伍中，又加入了一支強大而富于創(chuàng)造性的力量。 神舟的六號載人飛船轟然起飛。浩瀚太空再度迎來的是兩位中國訪客。在343公里的高度上，中國人第一次出現(xiàn)在自己的組合。 ——中國已形成12個型號的“長征”系列運載火箭。未來的新一代大推力運載火箭，將滿足不同用途大型衛(wèi)星和空間站的發(fā)射需要； ——中國已初步形成了返回式遙感衛(wèi)星、通信廣播衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、科學(xué)探測與技術(shù)試驗衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星等多種類型的衛(wèi)星系列。將來，中國還要建立長期穩(wěn)定運行的衛(wèi)星對地觀測體系，自主的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，以及產(chǎn)業(yè)化、市場化的空間應(yīng)用體系； ——中國已啟動無人月球探測的“嫦娥工程”，那輪在唐詩宋詞里無數(shù)次被吟誦過的月亮，就要迎接來自中國的親密接觸…… 在跨越式地實現(xiàn)了載人航天工程的第一步目標之后，中國正在穩(wěn)步走向以交會對接為特征的第二步和更遠的未來。中國的航天專家們已經(jīng)在計劃著實現(xiàn)載人航天后，著手建立太空實驗室，建立包括永久性空間站在內(nèi)的“地面——太空綜合網(wǎng)”，將大型空間站發(fā)展成為空間航天基地…… 在太空建立實驗室的近期目標，以及太空開發(fā)的無窮遠景，令所有的中國航天人，令所有愛好夢想的中國人，愉快地幻想并熱切地期待著。 課堂小結(jié) 一、古希臘人的探索：亞里士多德為代表的地心說 二、文藝復(fù)興的撞擊:哥白尼的日心說，開普勒三大定律 三、牛頓的大綜合：萬有引力定律 三、四、人類對太空的探索：人造衛(wèi)星上天 布置作業(yè) 課本P98－3、5、6 課本P104 1、2、4