高中物理《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计
第1篇：高中物理《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计
高中物理《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计
高中物理《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计
一、教学目标
1．通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为物体做圆周运动的向心力。
2．使学生对人造地球卫星的发射、运行等状况有初步了解，使多数学生在头脑中建立起较正确的图景。
二、重点、难点分析
1．天体运动的向心力是由万有引力提供的，这一思路是本节课的重点。
2．第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星运行的最大速度，它们的统一是本节课的难点。
三、教具
自制同步卫星模型。
四、教学过程
(一)引入新课
1．复习提问：
(1)物体做圆周运动的向心力公式是什么？分别写出向心力与线速
(2)万有引力定律的内容是什么？如何用公式表示？(对学生的回答予以纠正或肯定。)
(3)万有引力和重力的关系是什么？重力加速度的决定式是什么？(学生回答：地球表面物体受到的重力是物体受到地球万有引力的一个分力，但这个分力的大小基本等于物体受到地球的万有引力。如不全面，教师予以补充。)
2．引课提问：根据前面我们所学习的知识，我们知道了所有物体之间都存在着相互作用的万有引力，而且这种万有引力在天体这类质量很大的物体之间是非常巨大的。那么为什么这样巨大的引力没有把天体拉到一起呢？(可由学生讨论，教师归纳总结。)
因为天体都是运动的，比如恒星附近有一颗行星，它具有一定的速度，根据牛顿第一定律，如果不受外力，它将做匀速直线运动。现在它受到恒星对它的万有引力，将偏离原来的运动方向。这样，它既不能摆脱恒星的控制远离恒星，也不会被恒星吸引到一起，将围绕恒星做圆周运动。此时，行星做圆周运动的向心力由恒星对它的万有引力提供。(教师边讲解，边画板图。)
可见万有引力与天体的运动密切联系，我们这节课就要研究万有引力定律在天文学上的应用。
板书：万有引力定律在天文学上的应用人造卫星
(二)教学过程
1．研究天体运动的基本方法
刚才我们分析了行星的运动，发现行星绕恒星做圆周运动，此时，恒星对行星的万有引力是行星做圆周运动的向心力。其实，所有行星绕恒星或卫星绕行星的运动都可以基本上看成是匀速圆周运动。这时运动的行星或卫星的受力情况也非常简单：它不可能受到弹力或摩擦力，所受到的力只有一种——万有引力。万有引力作为其做圆周运动的向心力。
板书：F万=F向
下面我们根据这一基本方法，研究几个天文学的问题。
(1)天体质量的计算
如果我们知道了一个卫星绕行星运动的周期，知道了卫星运动的轨道半径，能否求出行星的质量呢？根据研究天体运动的基本方法：万有引力做向心力，F万=F向
(指副板书)此时知道卫星的圆周运动周期，其向心力公式用哪个好呢？
等式两边都有m，可以约去，说明与卫星质量无关。我们就可以得
(2)卫星运行速度的比较
下面我们再来看一个问题：某行星有两颗卫星，这两颗卫星的质量和轨道半径都不相同，哪颗卫星运动的速度快呢？我们仍然利用研究天体运动的基本方法：以万有引力做向心力
F万=F向
设行星质量为M，某颗卫星运动的轨道半径为r，此卫星质量为m，它受到行星对它的万有引力为
(指副板书)于是我们得到
等式两边都有m，可以约去，说明与卫星质量无关。于是我们得到
从公式可以看出，卫星的运行速度与其本身质量无关，与其轨道半径的平方根成反比。轨道半径越大，运行速度越小；轨道半径越小，运行速度越大。换句话说，离行星越近的卫星运动速度越大。这是一个非常有用的结论，希望同学能够给予重视。
(3)海王星、冥王星的发现
刚才我们研究的问题只是实际问题的一种近似，实际问题要复杂一些。比如，行星绕太阳的运动轨道并不是正圆，而是椭圆；每颗行星受到的引力也不仅由太阳提供，除太阳的引力最大外，还要受到其他行星的引力。这就需要更复杂一些的运算，而这种运算，导致了海王星、冥王星的发现。
200年前，人们认识的太阳系有7大行星：水星、金星、地球、火星、土星、木星和天王星，后来，人们发现最外面的行星——天王星的运行轨道与用万有引力定律计算出的有较大的偏差。于是，有人推测，在天王星的轨道外侧可能还有一颗行星，它对天王星的引力使天王星的轨道发生偏离。而且人们计算出这颗行星的可能轨道，并且在计算出的位置终于观测到了这颗新的行星，将它命名为海王星。再后，又发现海王星的轨道也与计算值有偏差，人们进一步推测，海王星轨道外侧还有一颗行星，于是用同样的方法发现了冥王星。可见万有引力定律在天文学中的应用价值。
2．人造地球卫星
下面我们再来研究一下人造地球卫星的发射及运行情况。
(1)卫星的发射与运行
最早研究人造卫星问题的是牛顿，他设想了这样一个问题：在地面某一高处平抛一个物体，物体将走一条抛物线落回地面。物体初速度越大，飞行距离越远。考虑到地球是圆形的，应该是这样的图景：(板图)
当抛出物体沿曲线轨道下落时，地面也沿球面向下弯曲，物体所受重力的方向也改变了。当物体初速度足够大时，物体总要落向地面，总也落不到地面，就成为地球的卫星了。
从刚才的分析我们知道，要想使物体成为地球的卫星，物体需要一个最小的发射速度，物体以这个速度发射时，能够刚好贴着地面绕地球飞行，此时其重力提供了向心力。
其中，g为地球表面的重力加速度，约9.8m/s2。R为地球的半径，约为6.4×106m。代入数据我们可以算出速度为7.9×103m/s，也就是7.9km/s。这个速度称为第一宇宙速度。
板书：第一宇宙速度v=7.9km/s
第一宇宙速度是发射一个物体，使其成为地球卫星的最小速度。若以第一宇宙速度发射一个物体，物体将在贴着地球表面的轨道上做匀速圆周运动。若发射速度大于第一宇宙速度，物体将在离地面远些的轨道上做圆周运动。
现在同学思考一个问题：刚才我们分析卫星绕行星运行时得到一个结论：卫星轨道离行星越远，其运动速度越小。现在我们又得到一个结论：卫星的发射速度越大，其运行轨道离地面越远。这两者是否矛盾呢？
其实，它们并不矛盾，关键是我们要分清发射速度和运行速度是两个不同的速度：比如我们以10km/s的速度发射一颗卫星，由于发射速度大于7.9km/s，卫星不可能在地球表面飞行，将会远离地球表面。而卫星远离地球表面的过程中，其在垂直地面方向的运动，相当于竖直上抛运动，卫星速度将变小。当卫星速度减小到7.9km/s时，由于此时卫星离地球的距离比刚才大，根据万有引力定律，此时受到的引力比刚才小，仍不能使卫星在此高度绕地球运动，卫星还会继续远离地球。卫星离地面更远了，速度也进一步减小，当速度减小到某一数值时，比如说5km/s时，卫星在这个位置受到的地球引力刚好满足卫星在这个轨道以这个速度运动所需向心力，卫星将在这个轨道上运动。而此时的运行速度小于第一宇宙速度。所以，第一宇宙速度是发射地球卫星的最小速度，是卫星地球运行的最大速度。
板书：第一宇宙速度是发射地球卫星的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度。
如果物体发射的速度更大，达到或超过11.2km/s时，物体将能够摆脱地球引力的'束缚，成为绕太阳运动的行星或飞到其他行星上去。11.2km/s这个速度称为第二宇宙速度。
板书：第二宇宙速度v=11.2km/s
如果物体的发射速度再大，达到或超过16.7km/s时，物体将能够摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外。16.7km/s这个速度称为第三宇宙速度。
板书：第三宇宙速度v=16.7km/s
(2)同步通讯卫星
下面我们再来研究一种卫星——同步通信卫星。这种卫星绕地球运动的角速度与地球自转的速度相同，所以从地面上看，它总在某地的正上方，因此叫同步卫星。这种卫星一般用于通讯，又叫同步通讯卫星。我们平时看电视实况转播时总听到解说员讲：正在通过太平洋上空或印度洋上空的通讯卫星转播电视实况，为什么北京上空没有同步卫星呢？大家来看一下模型(出示模型)：
若在北纬或南纬某地上空真有一颗同步卫星，那么这颗卫星轨道平面的中心应是地轴上的某点，而不是地心，其需要的向心力也指向这一点。而地球所能够提供的引力只能指向地心，所以北纬或南纬某地上空是不可能有同步卫星的。另外由于同步卫星的周期与地球自转周期相同，所以此卫星离地球的距离只能是一个定值。换句话说，所有地球的同步卫星只能分布在赤道正上方的一条圆弧上，而为了卫星之间不相互干扰，大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种资源。(可视时间让学生推导同步卫星的高度)
五、课堂小结
本节课我们学习了如何用万有引力定律来研究天体运动的问题；掌握了万有引力是向心力这一研究天体运动的基本方法；了解了卫星的发射与运行的一些情况；知道了第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，是卫星绕地球运行的最大速度。最后我们还了解了通讯卫星的有关情况，本节课我们学习的内容较多，希望及时复习。
六、说明
1．设计思路：本节课是一节知识应用与扩展的课程，所以设计时注意加大知识含量，引起学生兴趣。同时注意方法的培养，让学生养成用万有引力是天体运动的向心力这一基本方法研究问题的习惯，避免套公式的不良习惯。围绕第一宇宙速度的讨论，让学生形成较正确的卫星运动图景。
2．同步卫星模型是用一地球仪改制而成，用一个小球当卫星，小球与地球仪用细线相连，细线的一端可在地球仪的不同纬度处固定。
第2篇：《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计
《万有引力定律在天文学上的应用》教学设计
课题名称
万有引力定律在天文学上的应用
科目
物理
年级
高一级
教学时 间 1课时
教材分析
这节课通过对一些天体运动的实例分析，使学生了解：通常物体之间的万有引力很小，常常觉察不出来，但在天体运动中，由于天体的质量很大，万有引力将起决定性作用，对天文学的发展起了很大的推动作用，其中一个重要的应用就是计算天体的质量。
在讲课时，应用万有引力定律有两条思路要交待清楚。
1．地面附近物体与地球间的万有引力约等于物体的重力，即F引＝mg．可得出计算天体质量的另一种方法。
2．把环绕天体（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（中心体）的质量，讨论卫星半径等问题。
本节内容是这一章的重点，是万有引力定律在实际中的具体应用．利用万有引力定律除了可求出中心天体的质量外还可发现未知天体．
学情分析
本节课的学习者特征分析主要是根据学生的实际情况做出的：
1．学生是实验二中高一（5）班学生；
2．学生已经基本掌握万有引力定律和圆周运动的知识；
3．学生的基础和学习习惯不太好。
4．设计重趣味性与知识性的结合。
教学目标
一、知识与技能
1．了解行星绕恒星运动及卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力；
2．了解万有引力定律在天文学上有重要应用；
3．会用万有引力定律计算天体的质量。
二、过程与方法
1．由地面附近物体与地球间的万有引力约等于物体的重力，即F引＝mg．来于计算天体（中心体）的质量。
2．通过把环绕天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，然后根据F引＝F向，用于计算天体（中心体）的质量。
3．通过万有引力定律在实际中的应用，培养学生理论联系实际的能力
三、情感态度与价值观
1．利用设置丰富的问题情境，鼓励学生从多角度思考、探索、交流，激发学生的好奇心和主动学习的欲望；
2．利用万有引力定律可以发现求知天体，学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。
3．通过介绍亚当斯与勒威耶的历史奇缘，激发学生对科学家探究真理的崇拜之情。
教学重点
1．环绕天体的运动：如月球绕地球的运动；行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
2．会用已知条件求中心天体的质量。
教学难点
根据已有条件求中心天体的质量。
教学资源
（1）给同学们准备一些相关资料；
（2）教师自制的多媒体课件；
（3）上课环境为多媒体大屏幕环境。
《万有引力定律在天文学上的应用》教学过程描述
教学活动 1
（一）师生互动，激趣导入
1．教师展示：美国网站2007年8月14日报道，世界上第一个太空旅馆“银河套房酒店”有望在2012年建成，届时太空迷们翱翔宇宙的梦想将成为现实。当然，太空旅馆房价不菲，每位房客入住3天的费用是400万美元（约合人民币3000万元）。2007年从俄罗斯发射升空充气式太空酒店，预计于2015年建造完毕并投入使用。入住费用100万美元。
2．引入课题：万有引力定律的天文学上的应用
教学活动
（二）问题启发，合作探究
1．创设情景：（可以与实际不符）
如姚明在旅馆巧遇卡文迪许，于是他们谈论起测地球质量的问题，于是引入了本节课的第一个问题，测天体的质量。
2．新知识的探究
方法一：
老师：请学生回顾当初卡文迪许测出地球质量的方法，学生：（分组探究）
活动过程：
对象的选取：
站在地面上的姚明
满足的规律：
在可忽略中心天体自转的影响时，根据万有引力等于重力的关系来计算其质量 教学活动
方程的建立：
得出的结论：
在已知所求天体M的半径R和表面重力加速度的情况下可用上式
教学活动
（三）规律探究，另解方法
方法二：
老师：引导学生讨论在太空旅馆里可用上述方法测地地球质量吗？
旅馆里的一些情况介绍
●一天内看15次日出
●感受80多分钟环游地球的快感
●像蜘蛛侠一样在卧室内“飞檐走壁”
学生：不能，太空中处于完全失重
老师：请学生思考在旅馆里有没有其它测量地球质量的方法呢？
活动过程：
对象的选取：
太空酒店里的姚明
满足的规律：
万有引力提供向心力
方程的建立：
得出的结论：
在已知所求天体M的行星或者卫星m轨道半径r和周期T的情况下可用上式
教学活动
（四）例题示范，巩固提高
例如：若把银河套房酒店建在月球上，某同学在资料上查得月球到地球的球心距离为r =4×108m,酒店工作人员记录了他们绕地球运行的周期为30天，求：地球的质量。
解：月球绕地球运行的向心力即月地间的万有引力 即有：
得：
教学活动
（五）规律拓展，密度测量
老师讲授：几种常用的求密度的方法
一、根据环绕天体绕中心天体表面转动时
二、根据环绕天体绕中心天体在以某高度转动时
三、已知中心天体的半径和表面重力加速度时
教学活动
教学活动 7
（六）应用之二，发现未知天体
温馨提示：
只能求中心天体的质量，不能环绕天体的质量。
老师：环绕天体的轨道半径可以计算吗？
根据，而，两式联立得：
在18世纪发现的第七个行星──天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离。当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星。后来，亚当斯和勒威耶在预言位置的附近找到了这颗新星。后来，科学家利用这一原理还发现了许多行星的卫星，由此可见，万有引力定律在天文学上的应用，有极为重要的意义。
老师：介绍亚当斯与勒威耶的历史奇缘（六点对比）
剑桥大学毕业，1843年开始在母校任教：1．巴黎工艺学院毕。1837年任母校天文教师，早在剑桥大学学习时，亚当斯就注意到有关天王星运动出现反常现象的问题。1842年正式研究。2．1845年，当时的巴黎天文台台长阿喇果建议他研究天王星运动的反常问题。3．1844年以后，亚当斯研究了这些观测资料，计算了影响天王星运动的一颗未知行星的轨道要素、质量和日心黄经，并预言未知行星的位置。3．利用有关天王星的18次测资料，运用万有引力定律，通过求解33个方程，计算出对天王星起摄动作用的未知行星的轨道和质量，并且预测了它的位置。4．向格林尼治天文台台长艾里共六次报告了他的计算结果，但未受重视。他将计算结果呈送给法国科学院，他的工作在法国同行中受到了冷遇。5．这样将发现海王星的机会就让给了德国天文学家伽勒和勒威耶。亚当斯是一位十分谦虚的人，在对待海王星发现的优先权问题上没有进行声辩。这样他虽然暂时失去了某些荣誉，但他始终受到同行的赞赏和尊重，5他还写信给当时拥有较大望远镜的几个天文学家，请求帮助观测。伽勒收到勒威耶信的当天晚上，就观测搜寻，仅用一个半小时就在偏离勒威耶预言的位置52'处观测到了这颗当时星图上没有的星。英国皇家学会授予他柯普利奖章6曾（1851～1853年，1874～1876年）两次被选为英国皇家天文学会会长，勒威耶于1854～1870及1873～1877年两度出任巴黎天文台台长
（七）课堂小节，形成体系
主要内容1．天体质量计算；2．天体密度计算；知天体。
主要方法
用万有引力定律和圆周运动知识处理天体问题
3．发现未
主要结论
两个质量表达式
三个密度表达式
第3篇：物理教案－万有引力定律在天文学上的应用
物理教案－万有引力定律在天文学上的应用（精选8篇）由网友 “丰玲” 投稿提供，以下是小编精心整理的物理教案－万有引力定律在天文学上的应用，希望对大家有所帮助。
篇1：物理教案－万有引力定律在天文学上的应用
教学重点：万有引力定律的应用
教学难点 ：地球重力加速度问题
教学方法：讨论法
教学用具：计算机
教学过程 ：
一、地球重力加速度
问题一：在地球上是赤道的重力加速度大还是两极的加速度大？
这个问题让学生充分讨论：
1、有的学生认为：地球上的加速度是不变化的．
2、有的学生认为：两极的重力加速度大．
3、也有的的学生认为：赤道的重力加速度大．
出现以上问题是因为：学生可能没有考虑到地球是椭球形的，也有不记得公式的等．
教师板书并讲解：
在质量为 、半径为 的地球表面上，如果忽略地球自转的影响，质量为 的物体的重力加速度 ，可以认为是由地球对它的万有引力产生的．由万有引力定律和牛顿第二定律有：
则该天体表面的重力加速度为：
由此式可知，地球表面的重力加速度是由地球的质量和半径决定的．而又因为地球是椭球的赤道的半径大，两极的.半
第4篇：6.4第四节 万有引力定律在天文学上的应用
新沂市瓦窑中学
何小孔
编号：
第四节
万有引力定律在天文学上的应用
教学目的:
1、进一步掌握万有引力定律的内容
2、能应用这个定律进行计算一些比较简单的天体问题 教学重点：
巩固万有引力定律的内容
教学难点：
应用万有引力定律解决实际问题
教学方法：
启发、讲练
教学过程：
一、复习提问：
1、什么叫万有引力?
2、万有引力定律的内容如何?公式如何表示?
二、引入新课:
万有引力定律揭示了天体运动的规律, 是研究天体运动的重要理论基础.万有引力定律的发现对天文学的发展起了很大的推动作用,取得了重大的成就.下面我们举例来说明万有引力定律在天文学上的应用.三、讲授新课:
1、太阳和行星的质量:
应用万有引力定律,可以计算太阳和行星的质量,行星围绕太阳的运动,可以近似地看作匀速圆周运动,具体如下:
设M为太阳(或某一天体)的质量,m是行星(或某一卫星)的质量, r是行星(或卫星)的轨道半径,T是行星(或卫星)绕太阳(或天体)公转的周期.那么太阳(或这个天体)对行星(或卫星)的引力就是行星(或卫星)绕太阳(或天体)运动的向心力:
GmM
第5篇：万有引力定律在天文学上的应用练习1
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万有引力定律在天文学上的应用
基础练习
1．已知某行星绕太阳运动的轨道半径为r，周期为T，太阳的半径是R，则太阳的平均密度是________．
2．已知太阳光从太阳射到地球需要500s，地球公转轨道可近似认为是圆轨道．地球的半径为6.410km．试估算太阳的质量M和地球的质量m之比．取2位有效数字．
综合练习
1．两个行星的质量分别为m1和m2，绕太阳做圆周运动的半径分别为r1和r2，若他们只受太阳的万有引力作用，则有：（）
A．两个行星运动的周期之比为
r1r23
2r2
B．两个行星的向心加速度之比为r1r1
C．两个行星的角速度之比是r2r2
D．两个行星的线速度之比是r13/2
1/2
2．月球环绕地球运动的轨道半径是3.810km，月球的线速度是1.02km/s力常量是6.6710-115，万有引Nm/kg22．根据以上数据计算地球的质量．
3．登月密封舱在离月球表面112km的空中沿圆形轨道
第6篇：高中物理《万有引力定律及其应用》教学设计
高中物理《万有引力定律及其应用》教学设计
高中物理《万有引力定律及其应用》教学设计
一、定律的适用条件
万有引力定律的公式F=Gm1m2/r2，只适用于质点之间的相互作用，但下列两种情况下定律也适用。
1、当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点。
2、均匀的球体可视为质点，但r是两球心间的距离。
二、定律在天文学上应用
1、模型
把天体的运动看成是匀速圆周运动，其所需的向心力由万有引力来提供。
2、基本公式：、
（1）GMm/r2=mv2/r=mrω2=mr4π2/T2
（2）GMm/r2=mg
（3）mv2/r = mg
注意：a、（2）、（3）两式中的g为物体所在处的重力加速度
b、应用时应根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算。
3、需要重点掌握的六个问题
（1）求人造卫星的绕行速度问题
（2）求星球表面的第一宇宙速度问题
（3）求天体的质量问题
（4）求天体密度问题
（5）求天体间的距离问题
（6）会分析地球同步卫星问题
动 量
一、动量、冲量、及动量变化的三性
1、动量p=mv，是描述机械运动的状态量，其三
第7篇：高中物理万有引力定律教学设计
高中物理万有引力定律教学设计
作为一名教职工，常常要根据教学需要编写教学设计，借助教学设计可以提高教学效率和教学质量。我们该怎么去写教学设计呢？以下是小编精心整理的高中物理万有引力定律教学设计，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。
高中物理万有引力定律教学设计篇1
知识目标
1、在开普勒第三定律的基础上，推导得到万有引力定律，使学生对此定律有初步理解；
2、使学生了解并掌握万有引力定律；
3、使学生能认识到万有引力定律的普遍性（它存在宇宙中任何有质量的物体之间，不管它们之间是否还有其它作用力）。
能力目标
1、使学生能应用万有引力定律解决实际问题；
2、使学生能应用万有引力定律和圆周运动知识解决行星绕恒星和卫星绕行星运动的天体问题。
情感目标
1、使学生在学习万有引力定律的过程中感受到万有引力定律的发现是经历了几代科学家的不断努力，甚至付出了生命，最后牛顿总结了前人经验的基础上才发现的。让学生在应用万有引力定律的过程中应多观察、多思考。
教学建议
万有引力定律的内容固然重要，让学生了解发现万有引力定律的过程更重要。建议教师
