2022年高三物理《萬(wàn)有引力 天體運(yùn)動(dòng)》教案

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1、 2022年高三物理《萬(wàn)有引力 天體運(yùn)動(dòng)》教案 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1．萬(wàn)有引力定律在衛(wèi)星問(wèn)題中的應(yīng)用 2．萬(wàn)有引力定律在天體系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面的應(yīng)用-雙星問(wèn)題和三星問(wèn)題 【問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、自主學(xué)習(xí)】 1．解決天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的兩條基本思路是什么？天上一條龍，地上有黃金。 2.三種宇宙速度的數(shù)值？如何推導(dǎo)出第一宇宙速度？ 3．如何實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的變軌？ 4.同步衛(wèi)星有何特點(diǎn)？ 5．穩(wěn)定的天體系統(tǒng)的表現(xiàn)形式有哪些？ 【展示交流、合作探究】 活動(dòng)1. 學(xué)生依據(jù)兩條基本思路推導(dǎo)出衛(wèi)星的線速度、角速度、向心加速度、周期、和軌道半徑的表達(dá)式。 活動(dòng)2. 學(xué)生分組討論隨著高度的變化各個(gè)物理量的大小如何變化

2、 活動(dòng)3.討論常見(jiàn)的中心天體系統(tǒng)、雙星系統(tǒng)、三星系統(tǒng)如何才能保持它們之間的距離不變而穩(wěn)定的運(yùn)行，它們的向心力各是有什么力提供的？ 預(yù)期的學(xué)習(xí)成果： 1. 學(xué)生能夠自己推出衛(wèi)星的線速度、角速度、向心加速度、周期、和軌道半徑的表達(dá)式，以及不同條件下的不同的變形。 2.初步掌握了穩(wěn)定的天體系統(tǒng)的向心力的來(lái)源以及它們的不同。 教學(xué)支撐環(huán)境 多媒體教室、優(yōu)盤等移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。 【知識(shí)梳理、點(diǎn)撥歸納】 衛(wèi)星的線速度、角速度、向心加速度、周期、和軌道半徑的表達(dá)式的推導(dǎo)和應(yīng)用 例1 兩顆人造地球衛(wèi)星質(zhì)量的比，軌道半徑之比。求：（1）這兩顆衛(wèi)星運(yùn)行的周期之比；（2）線速度之比；（

3、3）角速度之比；（4）向心加速度之比；（5）向心力之比。 解析處理這樣的問(wèn)題一般都是建立靜力學(xué)的向心力與動(dòng)力學(xué)向心力相等的式子來(lái)解決。 即 ⑴， ∴ ⑵ 由得， ∴ ⑶由得， ∴ ⑷由得， ⑸由得， 活動(dòng)1.總結(jié)各表達(dá)式的統(tǒng)一的形式 活動(dòng)2.隨著高度的增加，各量的變化是怎樣的？ 萬(wàn)有引力提供向心力． 即G＝m＝mrω2＝m()2r 人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征 (1)線速度v：由G＝m得v＝ ，隨著軌道半徑的增加，衛(wèi)星的線速度減小． (2)角速度ω：由G＝mω2r得ω＝ ，隨著軌道半徑的增加，做

4、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星的角速度減?。? (3)周期：由G＝mr，得T＝2π ，隨著軌道半徑的增加，衛(wèi)星的周期增大． 練習(xí)1：市編資料P82 ：例1 練習(xí)2學(xué)生思考： 教師點(diǎn)撥解答：選AC 例2.如圖所示，A、B、C是在地球大氣層外的圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A．B、C的線速度相等，且大于A的線速度 B．B、C的周期相等，且大于A的周期 C．B、C的向心加速度相等，且大于A的向心加速度 D．若C的速率增大可追上同一軌道上的B 二、宇宙速度

5、 活動(dòng)1：學(xué)生看書，市編資料P82 1．第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：v1＝ ，是人造地球衛(wèi)星的最小 速度，也是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的 速度． 2．第二宇宙速度(脫離速度)：v2＝ ，是使物體掙脫 引力束縛的最小發(fā)射速度． 3．第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝ ，是使物體掙脫 引力束縛的最小發(fā)射速度 活動(dòng)2：衛(wèi)星軌道的可能性分析和討論 關(guān)于地球同步衛(wèi)星要注意的問(wèn)題： 所謂地球同步衛(wèi)星．就是相對(duì)于

6、地面靜止的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同的衛(wèi)星特點(diǎn)：(1)周期T＝24h．(2)地球同步衛(wèi)星位置—定在赤道上空，即衛(wèi)星軌道平面均在赤道平面內(nèi)．(3)軌道半徑和繞行速度均相同．（4）同步衛(wèi)星只能位于赤道正上方某一確定高度h． 由得R表示地球半徑 例3．關(guān)于地球的同步衛(wèi)星下列說(shuō)法正確的是(　　) A．所有地球的同步衛(wèi)星一定處于赤道的正上方，但不一定在同一個(gè)圓周上 B．所有地球的同步衛(wèi)星離地面的高度相同，但不一定位于赤道的正上方 C．所有地球的同步衛(wèi)星的向心加速度、線速度、角速度、周期一定相同 D．所有地球同步衛(wèi)星的向心加速度大小、線速度大小、角速度和周期一定相等 解析：同步衛(wèi)星高度一定，

7、故A錯(cuò)；同步衛(wèi)星都在赤道面內(nèi)，故B錯(cuò)；向心加速度、線速度都是矢量，故C錯(cuò)、D對(duì)．答案：D 三、衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行與變軌運(yùn)行分析 (1)圓軌道上的穩(wěn)定運(yùn)行 G＝m＝mrω2＝mr()2 (2) 變軌運(yùn)行分析 ①當(dāng)v增大時(shí)，所需向心力m增大，即萬(wàn)有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星將做離心運(yùn)動(dòng)，脫離原來(lái)的圓軌道，軌道半徑變大，但衛(wèi)星一旦進(jìn)入新的軌道運(yùn)行，由v＝ 知其運(yùn)行速度要減小，但重力勢(shì)能、機(jī)械能均增加． 例4．(xx年南通模擬)我國(guó)發(fā)射“神舟”號(hào)飛船時(shí)，先將飛船發(fā)送到一個(gè)橢圓軌道上，其近地點(diǎn)M距地面200 km，遠(yuǎn)地點(diǎn)N距地面340 km.進(jìn)入該軌道正常運(yùn)行時(shí)，其周期為T1，通過(guò)M、N點(diǎn)時(shí)的速

8、率分別是v1、v2，加速度大小分別為a1、a2.當(dāng)某次飛船通過(guò)N點(diǎn)時(shí)，地面指揮部發(fā)出指令，點(diǎn)燃飛船上的發(fā)動(dòng)機(jī)，使飛船在短時(shí)間內(nèi)加速后進(jìn)入離地面340 km的圓形軌道，開(kāi)始繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為T2，這時(shí)飛船的速率為v3，加速度大小為a3.比較飛船在M、N、P三點(diǎn)正常運(yùn)行時(shí)(不包括點(diǎn)火加速階段)的速率大小和加速度大小及在兩個(gè)軌道上運(yùn)行的周期，下列結(jié)論正確的是(　　) A．v1>v3 B．v1>v2 C．a(chǎn)2＝a3 D．T1>T2 解：飛船在橢圓軌道運(yùn)行時(shí)，近地點(diǎn)速度大于遠(yuǎn)地點(diǎn)速度，B正確．根據(jù)開(kāi)普勒第三定律，T1

9、定律和牛頓第二定律，a2＝a3，C正確．根據(jù)v＝，可知r越大，v越小，v1>v3，A正確．故選A、B、C. 練習(xí)：發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火將衛(wèi)星送入橢圓軌道2，然后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步軌道3.軌道1、2相切于Q點(diǎn)，2、3相切于P點(diǎn)，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)行時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是( ) A、衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 B、衛(wèi)星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度 C、衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度 四、穩(wěn)定的天體系統(tǒng)——雙星和三星問(wèn)題 例5．天文觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)宇宙中存在著“

10、雙星”，所謂雙星，是兩顆質(zhì)量相近，分別為m1和m2的恒星，它們的距離為r，而r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它們跟其它天體之間的距離，這樣的雙星將繞著它們的連線上的某點(diǎn)O作勻速圓周運(yùn)動(dòng). 求：(1)這兩顆星到O點(diǎn)的距離r1、r2各多大? (2)雙星的角速度和周期為多少？ 解：(1). r1為， r2為 (2).角速度為 ；周期為 練習(xí)：市編資料P83 變式3 【夯實(shí)基礎(chǔ)、挑戰(zhàn)潛能】 課堂鞏固練習(xí) 市編資料：P84 練習(xí)中的：6、10 課后作業(yè) 完成市編資料：P84的其余題。 教學(xué)評(píng)價(jià) 可評(píng)價(jià)的學(xué)習(xí)要素 學(xué)生自學(xué)對(duì)公式的推導(dǎo)是否正確和熟練 2. 能否完成活動(dòng)的討論結(jié)論 評(píng)價(jià)方法：提問(wèn) 評(píng)價(jià)指標(biāo)：正確率 3. .習(xí)題的解答 評(píng)價(jià)方法：教師現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)，學(xué)生互評(píng)。 評(píng)價(jià)指標(biāo)：（1）各選項(xiàng)正誤的判斷。（2）判斷的依據(jù)。 【使用建議】 一、成功之處： 按題型復(fù)習(xí)講解，學(xué)生掌握的較為清晰，效果較好 目標(biāo)達(dá)成都有對(duì)應(yīng)活動(dòng)及例題鞏固跟隨，達(dá)成度高。 二、遺憾之處： 基礎(chǔ)差的比較多的學(xué)生有可能公式的遺忘比較多，公式推導(dǎo)起來(lái)有困難，耗時(shí)較多 三、意圖說(shuō)明： （1）因?yàn)楸菊n是復(fù)習(xí)課，沒(méi)有什么實(shí)驗(yàn)要做，通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的回顧，鞏固做題的方法。 （2）教學(xué)設(shè)計(jì)以按題型分類講解為主，學(xué)生跟著練習(xí)為輔，講練結(jié)合。