2019-2020年高三物理《萬有引力 天體運動》教案.doc

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2019-2020年高三物理《萬有引力 天體運動》教案 學習目標： 1．萬有引力定律在衛(wèi)星問題中的應(yīng)用 2．萬有引力定律在天體系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面的應(yīng)用-雙星問題和三星問題 【問題驅(qū)動、自主學習】 1．解決天體運動問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．如何實現(xiàn)衛(wèi)星的變軌？ 4.同步衛(wèi)星有何特點？ 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1. 學生依據(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、和軌道半徑的表達式。 活動2. 學生分組討論隨著高度的變化各個物理量的大小如何變化 活動3.討論常見的中心天體系統(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)定的運行，它們的向心力各是有什么力提供的？ 預(yù)期的學習成果： 1. 學生能夠自己推出衛(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)的向心力的來源以及它們的不同。 教學支撐環(huán)境 多媒體教室、優(yōu)盤等移動存儲設(shè)備。 【知識梳理、點撥歸納】 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)星運行的周期之比；（2）線速度之比；（3）角速度之比；（4）向心加速度之比；（5）向心力之比。 解析處理這樣的問題一般都是建立靜力學的向心力與動力學向心力相等的式子來解決。 即 ⑴， ∴ ⑵ 由得， ∴ ⑶由得， ∴ ⑷由得， ⑸由得， 活動1.總結(jié)各表達式的統(tǒng)一的形式 活動2.隨著高度的增加，各量的變化是怎樣的？ 萬有引力提供向心力． 即G＝m＝mrω2＝m()2r 人造衛(wèi)星的運動學特征 (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，做勻速圓周運動的衛(wèi)星的角速度減小． (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1：市編資料P82 ：例1 練習2學生思考： 教師點撥解答：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行的三顆人造地球衛(wèi)星，下列說法中正確的是 ( ) 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 活動1：學生看書，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)星繞地球做圓周運動的 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)星要注意的問題： 所謂地球同步衛(wèi)星．就是相對于地面靜止的運轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同的衛(wèi)星特點：(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，故A錯；同步衛(wèi)星都在赤道面內(nèi)，故B錯；向心加速度、線速度都是矢量，故C錯、D對．答案：D 三、衛(wèi)星的穩(wěn)定運行與變軌運行分析 (1)圓軌道上的穩(wěn)定運行 G＝m＝mrω2＝mr()2 (2) 變軌運行分析 ①當v增大時，所需向心力m增大，即萬有引力不足以提供向心力，衛(wèi)星將做離心運動，脫離原來的圓軌道，軌道半徑變大，但衛(wèi)星一旦進入新的軌道運行，由v＝ 知其運行速度要減小，但重力勢能、機械能均增加． 例4．(xx年南通模擬)我國發(fā)射“神舟”號飛船時，先將飛船發(fā)送到一個橢圓軌道上，其近地點M距地面200 km，遠地點N距地面340 km.進入該軌道正常運行時，其周期為T1，通過M、N點時的速率分別是v1、v2，加速度大小分別為a1、a2.當某次飛船通過N點時，地面指揮部發(fā)出指令，點燃飛船上的發(fā)動機，使飛船在短時間內(nèi)加速后進入離地面340 km的圓形軌道，開始繞地球做勻速圓周運動，周期為T2，這時飛船的速率為v3，加速度大小為a3.比較飛船在M、N、P三點正常運行時(不包括點火加速階段)的速率大小和加速度大小及在兩個軌道上運行的周期，下列結(jié)論正確的是(　　) A．v1>v3 B．v1>v2 C．a(chǎn)2＝a3 D．T1>T2 解：飛船在橢圓軌道運行時，近地點速度大于遠地點速度，B正確．根據(jù)開普勒第三定律，T1v3，A正確．故選A、B、C. 練習：發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點火將衛(wèi)星送入橢圓軌道2，然后再次點火，將衛(wèi)星送入同步軌道3.軌道1、2相切于Q點，2、3相切于P點，則當衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，下列說法中正確的是( ) 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Q點時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度 四、穩(wěn)定的天體系統(tǒng)——雙星和三星問題 例5．天文觀測中發(fā)現(xiàn)宇宙中存在著“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遠遠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O作勻速圓周運動. 求：(1)這兩顆星到O點的距離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：市編資料P83 變式3 【夯實基礎(chǔ)、挑戰(zhàn)潛能】 課堂鞏固練習 市編資料：P84 練習中的：6、10 課后作業(yè) 完成市編資料：P84的其余題。 教學評價 可評價的學習要素 學生自學對公式的推導(dǎo)是否正確和熟練 2. 能否完成活動的討論結(jié)論 評價方法：提問 評價指標：正確率 3. .習題的解答 評價方法：教師現(xiàn)場評價，學生互評。 評價指標：（1）各選項正誤的判斷。（2）判斷的依據(jù)。 【使用建議】 一、成功之處： 按題型復(fù)習講解，學生掌握的較為清晰，效果較好 目標達成都有對應(yīng)活動及例題鞏固跟隨，達成度高。 二、遺憾之處： 基礎(chǔ)差的比較多的學生有可能公式的遺忘比較多，公式推導(dǎo)起來有困難，耗時較多 三、意圖說明： （1）因為本課是復(fù)習課，沒有什么實驗要做，通過對知識點的回顧，鞏固做題的方法。 （2）教學設(shè)計以按題型分類講解為主，學生跟著練習為輔，講練結(jié)合。