【导学案】2015年高中物理人教版必修二教师用书 6.7 《万有引力与航天》整合与评价.doc

课时6.7 《万有引力与航天》整合与评价 1.了解开普勒定律对行星运动的描述,掌握万有引力定律的内容、公式和适用范围。 2.能熟练解析万有引力定律在天文学上的应用问题,知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度。 3.理解人造卫星原理及其运行规律,能灵活运用牛顿第二定律和万有引力定律及匀速圆周运动规律来分析有关人造卫星的运动或行星的运动问题。 重点难点:理解和掌握万有引力定律,运用牛顿第二定律 和万有引力定律及匀速圆周运动规律来分析有关天体的各种运动问题。 教学建议:万有引力定律的应用是万有引力定律和圆周运动知识的综合,要掌握天体运动的分析方法和思路,在本节课复习过程中要注意对发散思维和综合思维能力的培养,学会从现实生活和科普资料中提取有效信息,能用相关知识解决各种问题,特别是对信息题的处理是本节课学习过程中必须掌握的内容,这是在新课改理念下高考命题的发展方向。 主题1:万有引力定律的综合应用 问题:(1)应用万有引力定律的基本方法是什么? (2)解决天体圆周运动问题的两条思路是什么? (3)计算天体质量和密度一般有哪几种途径? 解答:(1)应用万有引力定律的基本方法是把天体(或人造卫星)的运动看成匀速圆周运动, 其所需向心力由万有引力提供。 (2)解决天体圆周运动问题的两条思路如下: ①在地面附近万有引力近似等于物体的重力,F引=mg,即G=mg, 整理得GM=gR2。 ②天体运动都可以近似地看成匀速圆周运动, 其向心力由万有引力提供, 即F引=F向。 一般有以下几种表述形式。 G=m;G=mω2r;G=mr。 (3)天体质量和密度的计算如下: ①利用天体表面的重力加速度g和天体半径R。由于G=mg, 故天体质量M=,天体密度ρ===。 ②已知卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和轨道半径r。 由万有引力提供向心力,有G=mr,得出中心天体质量M=;已知天体的半径R, 则天体的密度ρ===。 知识链接:天体表面上的物体所受到的重力可以近似看作是天体对它的引力,即mg=G;绕中心天体运动的物体,它所需的向心力由万有引力提供,即G=man=m=mω2r=m()2r。 主题2:近地卫星、同步卫星、赤道上的物体 情景:人造卫星是人类探索宇宙奥秘的一个工具,也是人类通过高空探测认识地球、保护地球、开发空间的重要仪器。人造卫星的种类很多,如近地卫星、同步卫星等。只要发射速度合适,就可以成为近地卫星或者同步卫星,当然也可以成为其他类型的卫星。许多同学往往不能把近地卫星、同步卫星以及赤道上的物体区别开,造成理解上的偏差。通过查阅资料请回答下列问题。 问题:(1)如何理解地球近地卫星、地球同步卫星,其特点是什么? (2)近地卫星与赤道上物体有何不同? (3)同步卫星与赤道上物体有何不同? 解答:(1)近地卫星的轨道平面通过地心,其发射速度与环绕速度相等,均等于第一宇宙速度。其特点如下。 ①轨道半径r≈R(R为地球的半径);运行速度v=7.9 km/s,是地球卫星的最大绕行速度; ②运行的周期为T=85 min,是地球卫星的最小周期; ③向心加速度a=g=9.8 m/s2,是地球卫星的最大加速度。 地球同步卫星一般用于通讯,又叫作同步通讯卫星。它有五个特点。 ①位置一定(必须位于地球赤道上空,轨道与赤道在同一平面内); ②周期一定(T=24 h); ③高度一定(h=3.6×104 km); ④速率一定(v=3.1 km/s); ⑤运行方向一定(自西向东运行)。 (2)虽然近地卫星与赤道上的物体的运行半径近似等于或等于地球半径,但它们本质上的区别是向心力的来源不同。近地卫星的向心力由地球对卫星的万有引力提供;赤道上随地球一同自转的物体的向心力仅由地球对物体万有引力的分力提供,但很小,万有引力的另一分力产生重力,且很大,在一些估算中,近似认为mg=。地球表面上不同纬度处的物体的向心加速度和线速度都不同,但所有物体的运动周期和角速度均相等;近地卫星的轨道,可以在赤道平面内,也可以不在赤道平面内,但圆周运动的圆心一定是地球球心。 (3)地球赤道上物体自转运动与同步卫星具有相同的周期。物体可在地球表面不同纬度处随地球自转运动,但同步卫星的轨道只能在赤道平面内确定的高度处。 知识链接:近地卫星和同步卫星是两种典型的人造卫星,它们各自有自己的特点。近地卫星轨道半径等于地球半径,环绕速度等于第一宇宙速度;同步卫星周期等于地球自转周期,轨道只能与赤道共面。 主题3:天体问题中的三个不同 情景:在学习天体运动时,由于涉及的物理量比较多,相似的概念、规律、物理量多,公式的形式复杂多变,学生在解题时由于知识欠缺,基础不扎实,往往出现张冠李戴的错解,造成不应有的失分。请查阅相关资料回答下列问题。 问题:(1)万有引力定律