1、高中物理粤教版必修二 第三章第二节万有引力定律的应用教学设计一、教学背景分析教材分析本节内容是这一章的重点，这是万有引力定律在实际中的具体应用。用万有引力定律计算中心天体的质量，发现未知天体显示了该定律在天文研究上的重大意义。本节教材还讲述了人造地球卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度。通过这节的教学应使学生了解，在天体运动中，由于天体的质量很大，万有引力起决定性的作用，万有引力定律的发现对天文学的发展起了很大推动作用。同时，万有引力定律的发现把地面上的运动与天体运动统一起来，对人类文明的发展具有重要意义。应使学生确切地理解第一宇宙速度是卫星轨道半径等于地球半径时，即卫星在地面附近环绕地球做匀速
2、圆周运动的速度，当轨道半径r增大时，卫星做匀速圆周运动各个物理量如何变化。应用万有引力定律解决天体问题主要解决的是：天体的质量、天体的密度、天体的重力加速度、天体运行的速度等天文学的初步知识。在讲课时，应用万有引力定律有两条思路要交待清楚：1.把天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，即F引=F向，用于计算天体（中心天体）的质量，讨论卫星的速度、角速度、周期及半径等问题。2.在地面附近把万有引力看成物体的重力，即F引=mg.主要用于计算涉及重力加速度的问题。学情分析学生已经学习了运动的合成与分解、牛顿运动定律、圆周运动等章节前置知识，并初步掌握了万有引力定律。可以围绕“为什么行星（卫星）运动的
3、向心力等于恒星（行星）对它的万有引力？”展开，引导学生由运动和力的关系理论推出向心力来源于万有引力，让学生自行应用万有引力提供向心力这个特点来得到求中心天体的质量和密度的方法。二、内容要求1认识发现万有引力定律的重要意义2认识科学定律对人类探索未知世界的作用3会计算人造地球卫星的环绕速度4知道第二宇宙速度和第三宇宙速度5关注物理学定律与航天技术等现代科技的联系，了解人类对宇宙天体的探究历程，从万有引力定律的普适性认识自然界的统一性三、重难点教学重点1人造卫星、月球绕地球的运动2行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的3会用已知条件求中心天体的质量教学难点根据已有条件求天体的质量和人造卫星的应
4、用四、教学过程温故知新，引入新课万有引力定律的发现对天文学的发展起到了巨大的推动作用，尤其在天体物理学计算、天文观测、卫星发射和回收等天文活动中，万有引力定律可称为最有力的工具。有了万有引力定律，我们的目光就可以从研究地面转向太空。比如说，我们可以测量天体的质量。如何进行呢？先回顾前面的知识：1向心力公式；2万有引力表达式；从地球表面的物体入手，引导学生得出地球质量的表达式：新课学习计算天体的质量（一）已知某星球和地球的半径之比R1/R21/2，星球表面和地球表面的重力加速度之比g1/g21/1，试求该星球和地球的质量之比。提醒学生解题的突破口在于在星球表面，重力等于万有引力，找到结果。并有结
5、论：已知星球的半径和表面加速度可以求得天体的质量。从而引出新的问题：如果无法测出星体的半径，如何求天体的质量？计算天体的质量（二）例1若已知地球绕太阳公转的半径为r,公转的周期为T，万有引力恒量为G。试求出太阳的质量。指出，虽然地球绕太阳的轨道是椭圆，但是可以近似看成圆周轨道，利用万有引力提供向心力来解决问题。得出 那能不能根据地球环绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径和周期能测出地球的质量呢？通过引导学生分析得出：根据周期和半径只能求出中心天体的质量，无法求出行星的质量。如果要测地球的质量，必须找出地球卫星的周期和轨道半径才能求解。学生完成学卷上的总结“三、基本思路：”在忽略天体自转的影响时，我们
6、可以认为天体表面处的物体受到的重力天体对物体的万有引力。其基本表达式：。把天体的运动看成运动，其所需向心力由提供。（说明：虽然行星的轨道不是圆，但是实际上和圆十分接近，在高中阶段的研究中我们把天体运动按匀速圆周运动来处理。）其基本关系式为：。学生练习：人造地球卫星离地面的高度为h，绕地球转动的角速度为，已知地球半径为R，万有引力常量为G，试根据上述条件求出地球的质量。学生错解：指出错误： 轨道半径应为 R+h，而不是 h。小结：处理天体质量问题的思路：1、确定问题的类型：星体表面重力加速度万有引力=重力“行星环绕中心天体”万有引力提供向心力2、“万有引力提供向心力”只能求出 “中心天体”的质量
7、3、注意挖掘“隐含条件”，关键字： “同步”、“表面附近”等地球BA例2质量相等的两人造地球卫星A和B，分别在不同的轨道上绕地球作匀速圆周运动. 两卫星的轨道半径的分别为rA和rB，且rArB。则A和B两卫星相比较，以下说法中正确的是 () A卫星A的运行周期较小 B卫星A的线速度较大 C卫星B的角速度较大 D卫星B的向心加速度较小学生演示解题过程，老师点评。易错点：把两个卫星当成“同轴”来处理，认为角速度相同。小结：卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系有怎样的规律？变式练习：两颗人造卫星A、B绕地球做圆周运动，轨道半径之比rA：rB=1：4，则下列关系正确的是（ ）AvA：vB=2：1 BA：B=2：1CTA：TB=1：8 DA：B=4：1
