小學(xué)教案比的應(yīng)用
發(fā)表時(shí)間:2022-02-05萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用6。
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第四節(jié)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用
●本節(jié)教材分析
這節(jié)課通過(guò)對(duì)一些天體運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析,使學(xué)生了解:通常物體之間的萬(wàn)有引力很小,常常覺(jué)察不出來(lái),但在天體運(yùn)動(dòng)中,由于天體的質(zhì)量很大,萬(wàn)有引力將起決定性作用,對(duì)天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用,其中一個(gè)重要的應(yīng)用就是計(jì)算天體的質(zhì)量.?(Ys575.COM 述職報(bào)告之家)
在講課時(shí),應(yīng)用萬(wàn)有引力定律有兩條思路要交待清楚.?
1.把天體(或衛(wèi)星)的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng),即F引=F向,用于計(jì)算天體(中心體)的質(zhì)量,討論衛(wèi)星的速度、角速度、周期及半徑等問(wèn)題.?
2.在地面附近把萬(wàn)有引力看成物體的重力,即F引=mg.主要用于計(jì)算涉及重力加速度的問(wèn)題.?
這節(jié)內(nèi)容是這一章的重點(diǎn),這是萬(wàn)有引力定律在實(shí)際中的具體應(yīng)用.主要
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第六章 萬(wàn)有引力定律(四、萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用)
第六章萬(wàn)有引力定律(四、萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用)
教材分析
這節(jié)課通過(guò)對(duì)一些天體運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析,使學(xué)生了解:通常物體之間的萬(wàn)有引力很小,常常覺(jué)察不出來(lái),但在天體運(yùn)動(dòng)中,由于天體的質(zhì)量很大,萬(wàn)有引力將起決定性作用,對(duì)天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用,其中一個(gè)重要的應(yīng)用就是計(jì)算天體的質(zhì)量。
在講課時(shí),應(yīng)用萬(wàn)有引力定律有兩條思路要交待清楚。?
1.把天體(或衛(wèi)星)的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng),即F引=F向,用于計(jì)算天體(中心體)的質(zhì)量,討論衛(wèi)星的速度、角速度、周期及半徑等問(wèn)題。?
2.在地面附近把萬(wàn)有引力看成物體的重力,即F引=mg.主要用于計(jì)算涉及重力加速度的問(wèn)題。?
這節(jié)內(nèi)容是這一章的重點(diǎn),這是萬(wàn)有引力定律在實(shí)際中的具體應(yīng)用.主要知識(shí)點(diǎn)就是如何求中心體質(zhì)量及其他應(yīng)用,還是可發(fā)現(xiàn)未知天體的方法。
教學(xué)目標(biāo)
一知識(shí)目標(biāo)
1.了解行星繞恒星運(yùn)動(dòng)及衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)的共同點(diǎn):萬(wàn)有引力作為行星、衛(wèi)星圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。?
2.了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上有重要應(yīng)用。
3.會(huì)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量。?
二能力目標(biāo)?
通過(guò)萬(wàn)有引力定律在實(shí)際中的應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。?
教學(xué)重點(diǎn)
1.人造衛(wèi)星、月球繞地球的運(yùn)動(dòng);行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬(wàn)有引力提供的。
2.會(huì)用已知條件求中心天體的質(zhì)量。
教學(xué)難點(diǎn)
根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量。?
教學(xué)步驟
一導(dǎo)入新課?
復(fù)習(xí)舊課:?
1.卡文迪許實(shí)驗(yàn)測(cè)萬(wàn)有引力常量的原理是什么??
答:利用引力矩與金屬絲的扭轉(zhuǎn)力矩的平衡來(lái)求得。?
2.萬(wàn)有引力常量的測(cè)出的物理意義。
答:使萬(wàn)有引力定律有了其實(shí)際意義,可以求得地球的質(zhì)量等。
對(duì)了,萬(wàn)有引力常量一經(jīng)測(cè)出,萬(wàn)有引力定律對(duì)天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用,這節(jié)課我們來(lái)學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。?
二新課教學(xué)?
(一)天體質(zhì)量的計(jì)算
提出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考:在天文學(xué)上,天體的質(zhì)量無(wú)法直接測(cè)量,能否利用萬(wàn)有引力定律和前面學(xué)過(guò)的知識(shí)找到計(jì)算天體質(zhì)量的方法呢?
1.基本思路:在研究天體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中,我們近似地把一個(gè)天體繞另一個(gè)天體的運(yùn)動(dòng)看作勻速圓周運(yùn)動(dòng),萬(wàn)有引力提供天體作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。
2.計(jì)算表達(dá)式:
例如:已知某一行星到太陽(yáng)的距離為r,公轉(zhuǎn)周期為T(mén),太陽(yáng)質(zhì)量為多少?
分析:設(shè)太陽(yáng)質(zhì)量為M,行星質(zhì)量為m,由萬(wàn)有引力提供行星公轉(zhuǎn)的向心力得:
,∴
提出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考:如何計(jì)算地球的質(zhì)量?
分析:應(yīng)選定一顆繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的衛(wèi)星,測(cè)定衛(wèi)星的軌道半徑和周期,利用上式求出地球質(zhì)量。因此上式是用測(cè)定環(huán)繞天體的軌道半徑和周期方法測(cè)被環(huán)繞天體的質(zhì)量,不能測(cè)定環(huán)繞天體自身質(zhì)量。
對(duì)于一個(gè)天體,M是一個(gè)定值.所以,繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的行星都有。即開(kāi)普勒第三定律。?
老師總結(jié):應(yīng)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量的基本思路是:根據(jù)行星(或衛(wèi)星)運(yùn)動(dòng)的情況,求出行星(或衛(wèi)星)的向心力,而F向=F萬(wàn)有引力。根據(jù)這個(gè)關(guān)系列方程即可。
例如:已知月球到地球的球心距離為r=4×108m,月亮繞地球運(yùn)行的周期為30天,求地球的質(zhì)量。?
解:月球繞地球運(yùn)行的向心力即月地間的萬(wàn)有引力即有:?
F向=F引=
得:
求某星體表面的重力加速度
例:一個(gè)半徑比地球大2倍,質(zhì)量是地球的36倍的行星,它表面的重力加速度是地球表面的重力加速度的?
A.6倍B.18倍C.4倍D.13.5倍??
分析:在星體表面處,F(xiàn)引≈mg.所以,在地球表面處:
在某星球表面處:
∴
即正確選項(xiàng)為C
學(xué)生自己總結(jié):求某星球表面的重力加速度,一般采用某物體在星體表面受到的重力等于其萬(wàn)有引力.一般采用比例計(jì)算法。
練習(xí):金星的半徑是地球的0.95倍,質(zhì)量是地球的0.82倍,金星表面的重力加速度是多大??
3.發(fā)現(xiàn)末知天體
用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量是天文學(xué)上的重要應(yīng)用之一,一個(gè)科學(xué)的理論,不但要能說(shuō)明已知事實(shí),而且要能預(yù)言當(dāng)時(shí)不知道的事實(shí),請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本并思考:科學(xué)家是如何根據(jù)萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)海王星的?
請(qǐng)同學(xué)們推導(dǎo):已知中心天體的質(zhì)量及繞其運(yùn)動(dòng)的行星的運(yùn)動(dòng)情況,在太陽(yáng)系中,行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的半徑r為:?
根據(jù)F萬(wàn)有引力=F向=,而F萬(wàn)有引力=,兩式聯(lián)立得:?
在18世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的第七個(gè)行星──天王星的運(yùn)動(dòng)軌道,總是同根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的有一定偏離。當(dāng)時(shí)有人預(yù)測(cè),肯定在其軌道外還有一顆未發(fā)現(xiàn)的新星。后來(lái),亞當(dāng)斯和勒維列在預(yù)言位置的附近找到了這顆新星。后來(lái),科學(xué)家利用這一原理還發(fā)現(xiàn)了許多行星的衛(wèi)星,由此可見(jiàn),萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用,有極為重要的意義。
海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn),顯示了萬(wàn)有引力定律對(duì)研究天體運(yùn)動(dòng)的重要意義,同時(shí)證明了萬(wàn)有引力定律的正確性。
三例題分析
例1.木星的一個(gè)衛(wèi)星運(yùn)行一周需要時(shí)間1.5×104s,其軌道半徑為9.2×107m,求木星的質(zhì)量為多少千克?
解:木星對(duì)衛(wèi)星的萬(wàn)有引力提供衛(wèi)星公轉(zhuǎn)的向心力:
,
例2.地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn),軌道半徑為R,周期為T(mén)。月球繞地球運(yùn)行軌道半徑為r,周期為t,則太陽(yáng)與地球質(zhì)量之比為多少?
解:⑴地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn),太陽(yáng)對(duì)地球的引力提供向心力
則,得:
⑵月球繞地球公轉(zhuǎn),地球?qū)υ虑虻囊μ峁┫蛐牧?/p>
則,得:
⑶太陽(yáng)與地球的質(zhì)量之比
例3.一探空箭進(jìn)入繞太陽(yáng)的近乎圓形的軌道運(yùn)行,軌道半徑是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)半徑的9倍,則探空火箭使太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期為多少年?
解:方法一:設(shè)火箭質(zhì)量為m1,軌道半徑R,太陽(yáng)質(zhì)量為M,地球質(zhì)量為m2,軌道半徑為r。
⑴火箭繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn),則
得:………………①
⑵地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn),
則
得:………………②
∴∴火箭的公轉(zhuǎn)周期為27年。
方法二:要題可直接采用開(kāi)普勒第三定律求解,更為方便。
四鞏固練習(xí)?
1.將一物體掛在一彈簧秤上,在地球表面某處伸長(zhǎng)30mm,而在月球表面某處伸長(zhǎng)5mm.如果在地球表面該處的重力加速度為9.84m/s2,那么月球表面測(cè)量處相應(yīng)的重力加速度為
?A.1.64m/s2B.3.28m/s2
C.4.92m/s2D.6.56m/s2??
2.地球是一個(gè)不規(guī)則的橢球,它的極半徑為6357km,赤道半徑為6378km,物體在兩極所受的引力與在赤道所受的引力之比為?
參考答案:?
1.A2.1.0066??
五小結(jié)(用投影片出示)?
這節(jié)課我們主要掌握的知識(shí)點(diǎn)是:?
1.萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用,一般有兩條思路:?
(1)F萬(wàn)有引力=環(huán)繞體所需的向心力?
(2)地面(或某星球表面)的物體的重力=F萬(wàn)有引力。?
2.了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)中具有的重要意義。?
五作業(yè)?
高一物理萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用教案49
教案課件是每個(gè)老師工作中上課需要準(zhǔn)備的東西,大家在認(rèn)真準(zhǔn)備自己的教案課件了吧。我們制定教案課件工作計(jì)劃,可以更好完成工作任務(wù)!你們清楚教案課件的范文有哪些呢?小編特地為您收集整理“高一物理萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用教案49”,歡迎您閱讀和收藏,并分享給身邊的朋友!
6.4萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用一、教學(xué)目標(biāo)
1.通過(guò)對(duì)行星繞恒星的運(yùn)動(dòng)及衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)的研究,使學(xué)生初步掌握研究此類(lèi)問(wèn)題的基本方法:萬(wàn)有引力作為物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。
2.使學(xué)生對(duì)人造地球衛(wèi)星的發(fā)射、運(yùn)行等狀況有初步了解,使多數(shù)學(xué)生在頭腦中建立起較正確的圖景。
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
1.天體運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬(wàn)有引力提供的,這一思路是本節(jié)課的重點(diǎn)。
2.第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度,是衛(wèi)星運(yùn)行的最大速度,它們的統(tǒng)一是本節(jié)課的難點(diǎn)。
三、教具
自制同步衛(wèi)星模型。
四、教學(xué)過(guò)程
(一)引入新課
1.復(fù)習(xí)提問(wèn):
(1)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式是什么?分別寫(xiě)出向心力與線速
(2)萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容是什么?如何用公式表示?(對(duì)學(xué)生的回答予以糾正或肯定。)
(3)萬(wàn)有引力和重力的關(guān)系是什么?重力加速度的決定式是什么?(學(xué)生回答:地球表面物體受到的重力是物體受到地球萬(wàn)有引力的一個(gè)分力,但這個(gè)分力的大小基本等于物體受到地球的萬(wàn)有引力。如不全面,教師予以補(bǔ)充。)
2.引課提問(wèn):根據(jù)前面我們所學(xué)習(xí)的知識(shí),我們知道了所有物體之間都存在著相互作用的萬(wàn)有引力,而且這種萬(wàn)有引力在天體這類(lèi)質(zhì)量很大的物體之間是非常巨大的。那么為什么這樣巨大的引力沒(méi)有把天體拉到一起呢?(可由學(xué)生討論,教師歸納總結(jié)。)
因?yàn)樘祗w都是運(yùn)動(dòng)的,比如恒星附近有一顆行星,它具有一定的速度,根據(jù)牛頓第一定律,如果不受外力,它將做勻速直線運(yùn)動(dòng)?,F(xiàn)在它受到恒星對(duì)它的萬(wàn)有引力,將偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向。這樣,它既不能擺脫恒星的控制遠(yuǎn)離恒星,也不會(huì)被恒星吸引到一起,將圍繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng)。此時(shí),行星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由恒星對(duì)它的萬(wàn)有引力提供。(教師邊講解,邊畫(huà)板圖。)
可見(jiàn)萬(wàn)有引力與天體的運(yùn)動(dòng)密切聯(lián)系,我們這節(jié)課就要研究萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。
板書(shū):萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用人造衛(wèi)星
(二)教學(xué)過(guò)程
1.研究天體運(yùn)動(dòng)的基本方法
剛才我們分析了行星的運(yùn)動(dòng),發(fā)現(xiàn)行星繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng),此時(shí),恒星對(duì)行星的萬(wàn)有引力是行星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。其實(shí),所有行星繞恒星或衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)都可以基本上看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。這時(shí)運(yùn)動(dòng)的行星或衛(wèi)星的受力情況也非常簡(jiǎn)單:它不可能受到彈力或摩擦力,所受到的力只有一種——萬(wàn)有引力。萬(wàn)有引力作為其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。
板書(shū):F萬(wàn)=F向
下面我們根據(jù)這一基本方法,研究幾個(gè)天文學(xué)的問(wèn)題。
(1)天體質(zhì)量的計(jì)算
如果我們知道了一個(gè)衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的周期,知道了衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道半徑,能否求出行星的質(zhì)量呢?根據(jù)研究天體運(yùn)動(dòng)的基本方法:萬(wàn)有引力做向心力,F(xiàn)萬(wàn)=F向
(指副板書(shū))此時(shí)知道衛(wèi)星的圓周運(yùn)動(dòng)周期,其向心力公式用哪個(gè)好呢?
等式兩邊都有m,可以約去,說(shuō)明與衛(wèi)星質(zhì)量無(wú)關(guān)。我們就可以得
(2)衛(wèi)星運(yùn)行速度的比較
下面我們?cè)賮?lái)看一個(gè)問(wèn)題:某行星有兩顆衛(wèi)星,這兩顆衛(wèi)星的質(zhì)量和軌道半徑都不相同,哪顆衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度快呢?我們?nèi)匀焕醚芯刻祗w運(yùn)動(dòng)的基本方法:以萬(wàn)有引力做向心力
F萬(wàn)=F向
設(shè)行星質(zhì)量為M,某顆衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r,此衛(wèi)星質(zhì)量為m,它受到行星對(duì)它的萬(wàn)有引力為
(指副板書(shū))于是我們得到
等式兩邊都有m,可以約去,說(shuō)明與衛(wèi)星質(zhì)量無(wú)關(guān)。于是我們得到
從公式可以看出,衛(wèi)星的運(yùn)行速度與其本身質(zhì)量無(wú)關(guān),與其軌道半徑的平方根成反比。軌道半徑越大,運(yùn)行速度越??;軌道半徑越小,運(yùn)行速度越大。換句話說(shuō),離行星越近的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度越大。這是一個(gè)非常有用的結(jié)論,希望同學(xué)能夠給予重視。
(3)海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)
剛才我們研究的問(wèn)題只是實(shí)際問(wèn)題的一種近似,實(shí)際問(wèn)題要復(fù)雜一些。比如,行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌道并不是正圓,而是橢圓;每顆行星受到的引力也不僅由太陽(yáng)提供,除太陽(yáng)的引力最大外,還要受到其他行星的引力。這就需要更復(fù)雜一些的運(yùn)算,而這種運(yùn)算,導(dǎo)致了海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)。
200年前,人們認(rèn)識(shí)的太陽(yáng)系有7大行星:水星、金星、地球、火星、土星、木星和天王星,后來(lái),人們發(fā)現(xiàn)最外面的行星——天王星的運(yùn)行軌道與用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出的有較大的偏差。于是,有人推測(cè),在天王星的軌道外側(cè)可能還有一顆行星,它對(duì)天王星的引力使天王星的軌道發(fā)生偏離。而且人們計(jì)算出這顆行星的可能軌道,并且在計(jì)算出的位置終于觀測(cè)到了這顆新的行星,將它命名為海王星。再后,又發(fā)現(xiàn)海王星的軌道也與計(jì)算值有偏差,人們進(jìn)一步推測(cè),海王星軌道外側(cè)還有一顆行星,于是用同樣的方法發(fā)現(xiàn)了冥王星??梢?jiàn)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。
2.人造地球衛(wèi)星
下面我們?cè)賮?lái)研究一下人造地球衛(wèi)星的發(fā)射及運(yùn)行情況。
(1)衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行
最早研究人造衛(wèi)星問(wèn)題的是牛頓,他設(shè)想了這樣一個(gè)問(wèn)題:在地面某一高處平拋一個(gè)物體,物體將走一條拋物線落回地面。物體初速度越大,飛行距離越遠(yuǎn)。考慮到地球是圓形的,應(yīng)該是這樣的圖景:(板圖)
當(dāng)拋出物體沿曲線軌道下落時(shí),地面也沿球面向下彎曲,物體所受重力的方向也改變了。當(dāng)物體初速度足夠大時(shí),物體總要落向地面,總也落不到地面,就成為地球的衛(wèi)星了。
從剛才的分析我們知道,要想使物體成為地球的衛(wèi)星,物體需要一個(gè)最小的發(fā)射速度,物體以這個(gè)速度發(fā)射時(shí),能夠剛好貼著地面繞地球飛行,此時(shí)其重力提供了向心力。
其中,g為地球表面的重力加速度,約9.8m/s2。R為地球的半徑,約為6.4×106m。代入數(shù)據(jù)我們可以算出速度為7.9×103m/s,也就是7.9km/s。這個(gè)速度稱(chēng)為第一宇宙速度。
板書(shū):第一宇宙速度v=7.9km/s
第一宇宙速度是發(fā)射一個(gè)物體,使其成為地球衛(wèi)星的最小速度。若以第一宇宙速度發(fā)射一個(gè)物體,物體將在貼著地球表面的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若發(fā)射速度大于第一宇宙速度,物體將在離地面遠(yuǎn)些的軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在同學(xué)思考一個(gè)問(wèn)題:剛才我們分析衛(wèi)星繞行星運(yùn)行時(shí)得到一個(gè)結(jié)論:衛(wèi)星軌道離行星越遠(yuǎn),其運(yùn)動(dòng)速度越小?,F(xiàn)在我們又得到一個(gè)結(jié)論:衛(wèi)星的發(fā)射速度越大,其運(yùn)行軌道離地面越遠(yuǎn)。這兩者是否矛盾呢?
其實(shí),它們并不矛盾,關(guān)鍵是我們要分清發(fā)射速度和運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的速度:比如我們以10km/s的速度發(fā)射一顆衛(wèi)星,由于發(fā)射速度大于7.9km/s,衛(wèi)星不可能在地球表面飛行,將會(huì)遠(yuǎn)離地球表面。而衛(wèi)星遠(yuǎn)離地球表面的過(guò)程中,其在垂直地面方向的運(yùn)動(dòng),相當(dāng)于豎直上拋運(yùn)動(dòng),衛(wèi)星速度將變小。當(dāng)衛(wèi)星速度減小到7.9km/s時(shí),由于此時(shí)衛(wèi)星離地球的距離比剛才大,根據(jù)萬(wàn)有引力定律,此時(shí)受到的引力比剛才小,仍不能使衛(wèi)星在此高度繞地球運(yùn)動(dòng),衛(wèi)星還會(huì)繼續(xù)遠(yuǎn)離地球。衛(wèi)星離地面更遠(yuǎn)了,速度也進(jìn)一步減小,當(dāng)速度減小到某一數(shù)值時(shí),比如說(shuō)5km/s時(shí),衛(wèi)星在這個(gè)位置受到的地球引力剛好滿(mǎn)足衛(wèi)星在這個(gè)軌道以這個(gè)速度運(yùn)動(dòng)所需向心力,衛(wèi)星將在這個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)。而此時(shí)的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。所以,第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小速度,是衛(wèi)星地球運(yùn)行的最大速度。
板書(shū):第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小速度,是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大速度。
如果物體發(fā)射的速度更大,達(dá)到或超過(guò)11.2km/s時(shí),物體將能夠擺脫地球引力的束縛,成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星或飛到其他行星上去。11.2km/s這個(gè)速度稱(chēng)為第二宇宙速度。
板書(shū):第二宇宙速度v=11.2km/s
如果物體的發(fā)射速度再大,達(dá)到或超過(guò)16.7km/s時(shí),物體將能夠擺脫太陽(yáng)引力的束縛,飛到太陽(yáng)系外。16.7km/s這個(gè)速度稱(chēng)為第三宇宙速度。
板書(shū):第三宇宙速度v=16.7km/s
(2)同步通訊衛(wèi)星
下面我們?cè)賮?lái)研究一種衛(wèi)星——同步通信衛(wèi)星。這種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的角速度與地球自轉(zhuǎn)的速度相同,所以從地面上看,它總在某地的正上方,因此叫同步衛(wèi)星。這種衛(wèi)星一般用于通訊,又叫同步通訊衛(wèi)星。我們平時(shí)看電視實(shí)況轉(zhuǎn)播時(shí)總聽(tīng)到解說(shuō)員講:正在通過(guò)太平洋上空或印度洋上空的通訊衛(wèi)星轉(zhuǎn)播電視實(shí)況,為什么北京上空沒(méi)有同步衛(wèi)星呢?大家來(lái)看一下模型(出示模型):
若在北緯或南緯某地上空真有一顆同步衛(wèi)星,那么這顆衛(wèi)星軌道平面的中心應(yīng)是地軸上的某點(diǎn),而不是地心,其需要的向心力也指向這一點(diǎn)。而地球所能夠提供的引力只能指向地心,所以北緯或南緯某地上空是不可能有同步衛(wèi)星的。另外由于同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,所以此衛(wèi)星離地球的距離只能是一個(gè)定值。換句話說(shuō),所有地球的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一條圓弧上,而為了衛(wèi)星之間不相互干擾,大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星,地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆??梢?jiàn),空間位置也是一種資源。(可視時(shí)間讓學(xué)生推導(dǎo)同步衛(wèi)星的高度)
五、課堂小結(jié)
本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了如何用萬(wàn)有引力定律來(lái)研究天體運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題;掌握了萬(wàn)有引力是向心力這一研究天體運(yùn)動(dòng)的基本方法;了解了衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行的一些情況;知道了第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度,是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大速度。最后我們還了解了通訊衛(wèi)星的有關(guān)情況,本節(jié)課我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容較多,希望及時(shí)復(fù)習(xí)。
六、說(shuō)明
1.設(shè)計(jì)思路:本節(jié)課是一節(jié)知識(shí)應(yīng)用與擴(kuò)展的課程,所以設(shè)計(jì)時(shí)注意加大知識(shí)含量,引起學(xué)生興趣。同時(shí)注意方法的培養(yǎng),讓學(xué)生養(yǎng)成用萬(wàn)有引力是天體運(yùn)動(dòng)的向心力這一基本方法研究問(wèn)題的習(xí)慣,避免套公式的不良習(xí)慣。圍繞第一宇宙速度的討論,讓學(xué)生形成較正確的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)圖景。
2.同步衛(wèi)星模型是用一地球儀改制而成,用一個(gè)小球當(dāng)衛(wèi)星,小球與地球儀用細(xì)線相連,細(xì)線的一端可在地球儀的不同緯度處固定。
高一物理教案:《萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)
一名愛(ài)崗敬業(yè)的教師要充分考慮學(xué)生的理解性,作為高中教師就要好好準(zhǔn)備好一份教案課件。教案可以讓學(xué)生更好地進(jìn)入課堂環(huán)境中來(lái),有效的提高課堂的教學(xué)效率。那么如何寫(xiě)好我們的高中教案呢?為此,小編從網(wǎng)絡(luò)上為大家精心整理了《高一物理教案:《萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)》,相信您能找到對(duì)自己有用的內(nèi)容。
高一物理教案:《萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
1、使學(xué)生能應(yīng)用萬(wàn)有引力定律解決天體問(wèn)題:
2、通過(guò)萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量、天體的密度、天體的重力加速度、天體運(yùn)行的速度等;
3、通過(guò)應(yīng)用萬(wàn)有引力定律使學(xué)生能在頭腦中建立一個(gè)清晰的解決天體問(wèn)題的圖景:衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是兩行星間的萬(wàn)有引力提供的。
能力目標(biāo)
1、通過(guò)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用使學(xué)生能熟練的掌握萬(wàn)有引力定律;
情感目標(biāo)
1、通過(guò)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用使學(xué)生感受到自己能應(yīng)用所學(xué)物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題——天體運(yùn)動(dòng)。
教學(xué)建議
應(yīng)用萬(wàn)有引力定律解決天體問(wèn)題主要解決的是:天體的質(zhì)量、天體的密度、天體的重力加速度、天體運(yùn)行的速度天文學(xué)的初步知識(shí)等。教師在備課時(shí)應(yīng)了解下列問(wèn)題:
1、天體表面的重力加速度是由天體的質(zhì)量和半徑?jīng)Q定的.
2、地球上物體的重力和地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力的關(guān)系:物體隨地球的自轉(zhuǎn)所需的向心力,是由地球?qū)ξ矬w引力的一個(gè)分力提供的,引力的另一個(gè)分力才是通常所說(shuō)的物體受到的重力.(相關(guān)內(nèi)容可以參考擴(kuò)展資料)
萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)重點(diǎn):萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用
教學(xué)難點(diǎn):地球重力加速度問(wèn)題
教學(xué)方法:討論法
教學(xué)用具:計(jì)算機(jī)
教學(xué)過(guò)程:
一、地球重力加速度
問(wèn)題一:在地球上是赤道的重力加速度大還是兩極的加速度大?
這個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生充分討論:
1、有的學(xué)生認(rèn)為:地球上的加速度是不變化的.
2、有的學(xué)生認(rèn)為:兩極的重力加速度大.
3、也有的的學(xué)生認(rèn)為:赤道的重力加速度大.
出現(xiàn)以上問(wèn)題是因?yàn)椋簩W(xué)生可能沒(méi)有考慮到地球是橢球形的,也有不記得公式的等.
教師板書(shū)并講解:
在質(zhì)量為 、半徑為 的地球表面上,如果忽略地球自轉(zhuǎn)的影響,質(zhì)量為 的物體的重力加速度 ,可以認(rèn)為是由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力產(chǎn)生的.由萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律有:
則該天體表面的重力加速度為:
由此式可知,地球表面的重力加速度是由地球的質(zhì)量和半徑?jīng)Q定的.而又因?yàn)榈厍蚴菣E球的赤道的半徑大,兩極的半徑小,所以赤道上的重力加速度小,兩極的重力加速度大.也可讓學(xué)生發(fā)揮得:離地球表面的距離越大,重力加速度越小.
問(wèn)題二:有1kg的物體在北京的重力大還是在上海的重力大?
這個(gè)問(wèn)題有學(xué)生回答
問(wèn)題三:
1、地球在作什么運(yùn)動(dòng)?人造地球衛(wèi)星在作什么運(yùn)動(dòng)?
通過(guò)展示圖片為學(xué)生建立清晰的圖景.
2、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是誰(shuí)提供的?
回答:地球與衛(wèi)星間的萬(wàn)有引力即由牛頓第二定律得:
3、由以上可求出什么?
①衛(wèi)星繞地球的線速度:
②衛(wèi)星繞地球的周期:
③衛(wèi)星繞地球的角速度:
教師可帶領(lǐng)學(xué)生分析上面的公式得:
當(dāng)軌道半徑不變時(shí),則衛(wèi)星的周期不變、衛(wèi)星的線速度不變、衛(wèi)星的角速度也不變.
當(dāng)衛(wèi)星的角速度不變時(shí),則衛(wèi)星的軌道半徑不變.
課堂練習(xí):
1、假設(shè)火星和地球都是球體,火星的質(zhì)量 和地球質(zhì)量 .之比 ,火星的半徑 和地球半徑 之比 ,那么離火星表面 高處的重力加速度 和離地球表面 高處的重力加速度 . 之比等于多少?
解:因物體的重力來(lái)自萬(wàn)有引力,所以:
則該天體表面的重力加速度為:
所以:
2、若在相距甚遠(yuǎn)的兩顆行星 和 的表面附近,各發(fā)射一顆衛(wèi)星 和 ,測(cè)得衛(wèi)星 繞行星 的周期為 ,衛(wèi)星 繞行星 的周期為 ,求這兩顆行星密度之比 是多大?
解:設(shè)運(yùn)動(dòng)半徑為 ,行星質(zhì)量為 ,衛(wèi)星質(zhì)量為 .
由萬(wàn)有引力定律得:
解得:
所以:
3、某星球的質(zhì)量約為地球的的9倍,半徑約為地球的一半,若從地球上高 處平拋一物體,射程為60米,則在該星球上,從同樣高度以同樣的初速度平拋同一物體,射程應(yīng)為:
A、10米 B、15米 C、90米 D、360米
解得:(A)
布置作業(yè):
探究活動(dòng)
組織學(xué)生收集資料,編寫(xiě)相關(guān)論文,可以參考下列題目:
1、月球有自轉(zhuǎn)嗎?(針對(duì)這一問(wèn)題,學(xué)生會(huì)很容易回答出來(lái),但是關(guān)于月球的自轉(zhuǎn)情況卻不一定很清楚,教師可以加以引伸,比如月球自轉(zhuǎn)周期,為什么我們看不到月球的另一面?)
2、觀察月亮
有條件的讓學(xué)生觀察月亮以及星體,收集相關(guān)資料,練習(xí)地理天文知識(shí)編寫(xiě)小論文.
萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用
一名優(yōu)秀的教師在教學(xué)方面無(wú)論做什么事都有計(jì)劃和準(zhǔn)備,教師要準(zhǔn)備好教案,這是教師工作中的一部分。教案可以保證學(xué)生們?cè)谏险n時(shí)能夠更好的聽(tīng)課,幫助教師提前熟悉所教學(xué)的內(nèi)容。您知道教案應(yīng)該要怎么下筆嗎?下面的內(nèi)容是小編為大家整理的萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用,供大家參考,希望能幫助到有需要的朋友。
第3節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.知道天體間的相互作用主要是萬(wàn)有引力。
2.知道如何應(yīng)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量的方法。
3.通過(guò)了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用,體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的作用。
【閱讀指導(dǎo)】
1.1781年(清朝乾隆年間)人們通過(guò)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系的一顆新行星——_________。1846年(清朝道光年間)伽勒在預(yù)定的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系的另一顆新行星——__________。1930年(民國(guó)年間)湯姆博夫根據(jù)海王星自身運(yùn)動(dòng)不規(guī)則性的記載又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新星——____________。這可以說(shuō)是前一成就的歷史回聲,進(jìn)一步提高了萬(wàn)有引力定律的權(quán)威性。
2.1682年(清朝康熙年間)哈雷根據(jù)牛頓的引力理論,預(yù)言了_________將于1758年光臨地球??死茁鍖?duì)哈雷的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行了修正,這個(gè)預(yù)言最終得到了證實(shí)。
3.如果測(cè)出行星的公轉(zhuǎn)周期T以及它和太陽(yáng)的距離r,就可以計(jì)算出太陽(yáng)的質(zhì)量。寫(xiě)出計(jì)算式_______________。
【課堂練習(xí)】
★夯實(shí)基礎(chǔ)
1.下列說(shuō)法中正確的是()
A.海王星和冥王星是人們依據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算的軌道而發(fā)現(xiàn)的
B.天王星是人們依據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算的軌道而發(fā)現(xiàn)的
C.天王星的運(yùn)行軌道偏離根據(jù)萬(wàn)有引力計(jì)算出來(lái)的軌道,其原因是由于天王星受到軌道外面其它行星的引力作用
D.以上均不正確
2.若已知太陽(yáng)的一個(gè)行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑為r,周期為T(mén),引力常量為G,則可求()
A.該行星的質(zhì)量B.太陽(yáng)的質(zhì)量
C.該行星的平均密度D.太陽(yáng)的平均密度
3.設(shè)想人類(lèi)開(kāi)發(fā)月球,不斷地把月球上的礦藏搬運(yùn)到地球上。假如經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)采后,地球仍可看做均勻的球體,月球仍沿開(kāi)采前的圓周軌道運(yùn)動(dòng),則與開(kāi)采前比較()
A.地球與月球間的萬(wàn)有引力將變大
B.地球與月球間的萬(wàn)有引力將變小
C.月球繞地球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間將變長(zhǎng)
D.月球繞地球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間將變短
4.引力常量很小,說(shuō)明了()
A.萬(wàn)有引力很小
B.萬(wàn)有引力很大
C.只有當(dāng)物體的質(zhì)量大到一定程度,物體間才會(huì)有萬(wàn)有引力
D.很難察覺(jué)到日常接觸的物體間有萬(wàn)有引力,因?yàn)樗鼈兊馁|(zhì)量不是很大
★能力提升
5.已知地球赤道半徑R=6378km,計(jì)算赤道上的人們隨地球自轉(zhuǎn)的線速度(列公式求解)。解釋為什么人不會(huì)因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)而被地球甩到空中。
6.已知地月平均距離為38.4×104km,引力常量G=6.67×10–11Nm2/kg2,地球的平均半徑為6371km。求地球質(zhì)量是多少?密度是多少?(已知:月球公轉(zhuǎn)周期為T(mén)=27.32天)
7.地球A和某一行星B的半徑之比為R1:R2=1:2,平均密度之比為ρ1:ρ2=4:1,若地球表面的重力加速度為10m/s2,那么B行星表面的重力加速度是多少?若在地球表面以某一初速度豎直上拋的物體最高可達(dá)20m,那么在B行星表面以同樣的初速度豎直上拋一物體,經(jīng)多少時(shí)間該物體可落回原地?(氣體阻力不計(jì))
第3節(jié)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用
【閱讀指導(dǎo)】
1.天王星海王星冥王星
2.哈雷彗星
3.
【課堂練習(xí)】
1.AC2.B3.BD
4.
解:(1)根據(jù)有:。
(2)從受力角度去考慮,人隨地球自轉(zhuǎn)所需要的向心力為:。
人受到的萬(wàn)有引力為:
可見(jiàn),F(xiàn)萬(wàn)F向,即:人受到的萬(wàn)有引力足可以提供人所需的向心力,所以,人不會(huì)被甩到太空。
5.
解:人在兩極F萬(wàn)=N=mg。
說(shuō)明:計(jì)算所得與測(cè)量值間的差異來(lái)源于假想地球?yàn)橐粋€(gè)質(zhì)量均勻分布的球體。
6.
解:以月球?yàn)檠芯繉?duì)象,根據(jù)牛頓第二定律有
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