PAGE10-萬有引力定律的應用一、教學內(nèi)容分析（一）課標要求《一般中學物理課程標準（2025版）》對《萬有引力定律的應用-宇宙航行》的教學要求是：“會計算人造衛(wèi)星的環(huán)繞速度。知道其次宇宙速度和第三宇宙速度。了解牛頓力學對航天技術發(fā)展的重大貢獻?！保ǘ┙滩姆治霰菊隆度f有引力定律及其應用》從學問結構上看，是應用牛頓運動定律對曲線運動的探討。牛頓運用其運動定律探討天體運動并結合開普勒定律建立了宏大的萬有引力定律，牛頓運動定律和萬有引力定律構成了牛頓力學的核心內(nèi)容。人類對行星運動規(guī)律的相識過程和牛頓建立萬有引力定律的過程是發(fā)展學生“科學思維”“科學看法與責任”的好機會。本章教材首先具體地介紹了托勒密的地心說、哥白尼的日心說、第谷·布拉赫的觀測和開普勒行星運動定律，形象、生動地體現(xiàn)了堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學看法、科學精神和科學思維方法。把行星運動軌道簡化為圓周運動，應用牛頓運動定律和開普勒行星運動定律導出太陽與行星間的引力。闡述牛頓進一步放眼宇宙建立了適用于自然界中任何兩個物體間的萬有引力定律，分析說明萬有引力定律和引力常量的意義。教材接著講解并描述萬有引力定律對天體運動的探討和在宇宙航行上的應用。最終，概括闡述了經(jīng)典力學(牛頓力學)的局限性，指出只適用于低速、宏觀、引力的狀況。本章內(nèi)容充分呈現(xiàn)萬有引力定律發(fā)覺的科學過程，發(fā)展學生的科學思維實力，萬有引力定律的發(fā)覺過程如同一部壯美的科學史詩，歌頌了科學家們的科學精神，也呈現(xiàn)了科學發(fā)展過程中科學家們富有創(chuàng)建而又嚴謹?shù)目茖W思維，對于發(fā)展學生思維實力具有重要作用?！度f有引力定律的應用-宇宙航行》屬于航天部分的重要學問，介紹萬有引力的實踐性成就，要求學生知道是萬有引力理論使人類實現(xiàn)“飛天”幻想；重點理解第一宇宙速度，激發(fā)學生科學獻身精神。本節(jié)學問內(nèi)容的核心是牛頓運動定律與萬有引力定律在圓周運動條件下的綜合應用。(1)宇宙速度教科書首先對宇宙航行進行理論上的分析，敬重歷史上牛頓的設想，從已知的平拋運動起先。當平拋物體的初速度很大時，運動區(qū)域就不能簡潔地視為平面，而是球面的一部分，如圖6.5-1所示。假如速度足夠大，物體就不再落回地面，成為一顆人造地球衛(wèi)星，以此引導學生計算這個速度有多大，得出第一宇宙速度的表達式。若地球質(zhì)量未知，而知道地球表面處的重力加速度，能否求得第一宇宙速度?引導學生應用上一節(jié)學問具體計算，得出第一宇宙速度。(2)航天成就結合前面的理論分析，引導學生對于實例中的衛(wèi)星進行一些定量的計算，比如“1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星在蘇聯(lián)放射勝利。衛(wèi)星重83.6kg,每96min繞地球飛行一圈。”可以計算這顆衛(wèi)星的軌道半徑是多少？衛(wèi)星距地面的高度是多少？衛(wèi)星運行的角速度多大？這樣，既鞏固了勻速圓周運動學問在人造衛(wèi)星問題方面的實際運用，還增加學生對于這類問題的愛好。在“問題與練習”中，針對2003年我國勝利放射的“神舟五號”宇宙飛船同樣有類似的計算。補充的2005年10月12日放射的“神舟六號”載人飛船的相關史實和運算，可以提升的民族驕傲感，進行愛國主義教化。本節(jié)內(nèi)容，除了介紹航天成就外，還談到了人類為此付出的代價。全文最終以“一個人最完備和最劇烈的情感來自面對不解之謎”激勵學生進行科學探究的志趣。航天成就的教化價值在于激發(fā)學生對于科學的獻身精神，樹立正確的科學看法與責任。(3)學問拓展教科書中，介紹了黑洞概念的起源、人們對它的種種推想、幾代科學家對于黑洞的理論探討以及黑洞的最新探討和觀測結果，并明確指出在黑洞問題上經(jīng)典力學不適用。給學生打開了一扇窗口，引導學生向窗外的世界望一望，開闊眼界，啟迪思維，加深對本章學問的理解。當代聞名宇宙學家霍金自問道：“為什么人們要探討黑洞呢?因為它就在那里?！边@些都是科學大師對科學不懈追求的動力的說明，是他們樸實的科學價值觀的體現(xiàn)，對學生科學看法與責任的形成起到肯定的作用。教科書在著重給學生展示航天事業(yè)與人類生活的關系。使學生相識到航天事業(yè)雖然是一項高精尖的事業(yè)，但它正在變更著我們的日常生活，與我們的生活休戚相關。例如：衛(wèi)星導航，衛(wèi)星電話、衛(wèi)星轉(zhuǎn)播、衛(wèi)星云圖等等。本節(jié)的宇宙速度只是依據(jù)運動規(guī)律給出第一宇宙速度，其次宇宙速度與第三宇宙速度須要學習完功與能量之后才能進行推導。另外，天體運動模型對于原子的核式結構學習具有對比意義；有利于培育學生的學問遷移實力。二、學習狀況分析（一）學生已有學問儲備學生在前面接連學習了《直線運動》、《曲線運動》。特殊是在“圓周運動”中學習了描述圓周運動的基本概念：線速度、角速度、周期、轉(zhuǎn)速、向心加速度和向心力等基本概念。學習了用圓錐擺粗略驗證向心力公式，分析探討學習了火車拐彎、汽車拐彎、水流星、過山車等生活中的圓周運動，對圓周運動的動力學方程有了初步的理解和駕馭。學生在生活中體驗過圓周運動現(xiàn)象，例如絕大部分同學都體驗過游樂園中的“過山車”、“海盜船”、“旋轉(zhuǎn)魔盤”等，基本視察過洗衣機的脫水甩干過程，對于離心運動與向心運動依據(jù)自身體驗簡潔接受和理解。學生生活中常常聽說航天事務的新聞報道，消遣電影也常常涉及航天類題材，比如《星際穿越》《流浪地球》等。學生人手一部智能手機，對于衛(wèi)星導航、衛(wèi)星定位具有肯定的認知和了解。（二）學生預習成果依據(jù)導學案的完成狀況、前測題的測試結果和部分同學的訪談調(diào)查，發(fā)覺學生的前期預習獲得了如下成果： 1.知道第一宇宙速度、其次宇宙速度、第三宇宙速度的含義和大小。2.知道實際生活中人造地球衛(wèi)星的許多用途。3.能夠推導第一宇宙速度表達式。（三）學生預習暴露問題1.分不清衛(wèi)星放射速度與運行速度；2.思想上接受不了橢圓軌道，認為都是圓軌道；3.對于同步地球衛(wèi)星認知較弱；4.數(shù)據(jù)運算實力較差，不具備基本估算實力，例如無法計算第一宇宙速度；學生對環(huán)繞速度與放射速度不簡潔區(qū)分，教學中須要強調(diào)，第一宇宙速度是放射衛(wèi)星的最小速度，放射速度低于它，衛(wèi)星將不能環(huán)繞地球做圓周運動而落回地面。在環(huán)繞地球做勻速圓周運動的全部可能的速度中，第一宇宙速度是最大的環(huán)繞運行速度，因為，r越大，v越小，軌道半徑的最小值為地球半徑，對應的環(huán)繞速度為最大值，即第一宇宙速度。另外，結合勻速圓周運動的學問，補充對于人造地球衛(wèi)星運行周期T的學問，依據(jù)，可知，軌道半徑越大、周期越長。近地衛(wèi)星的環(huán)繞周期為84.6min，是最小的運行周期。教學中補充有關“地球同步衛(wèi)星”的定量計算和分析。借助模型強調(diào)同步地球衛(wèi)星的相關學問，緯度、周期、軌道、高度等。三、教學目標(1)了解人造地球衛(wèi)星的最初構想。(2)會解決涉及人造地球衛(wèi)星運動的較簡潔的問題。(3)知道三個宇宙速度的含義和數(shù)值，會推導計算第一宇宙速度；(4)增加駕馭同步地球衛(wèi)星的相關學問；(5)感受人類對客觀世界不斷探究的精神和情感。四、教學重難點及其突破依據(jù)前測結果分析，教學重點為第一宇宙速度、地球同步衛(wèi)星，教學難點為地球同步衛(wèi)星的定量計算和軌道限制的理解。

五、教學過程（一）教學流程圖““月地檢驗”提出進一步問題：既然受力本質(zhì)一樣，為什么蘋果落地，月亮不落地？其次宇宙速度拋物線軌跡第一宇宙速度其次宇宙速度拋物線軌跡第一宇宙速度圓周軌跡第三宇宙速度雙曲線軌跡地球同步人造衛(wèi)星地球同步人造衛(wèi)星圓周軌跡人造衛(wèi)星航天宏大成就航天宏大成就（二）教學實施1.聯(lián)系實際情景，激發(fā)學習愛好絢爛的星空，浩渺的宇宙，始終讓我們心之所向，魂牽夢縈……從遠古神話“嫦娥奔月”到“萬戶飛天”，從阿姆斯特朗的首次月球行走到首次月球背面軟著陸的嫦娥四號。人類在探究宇宙奇妙的道路上的腳步從未停止……讓我們從現(xiàn)在做起，努力前行！2.承上啟下，由“月地檢驗”引出第一宇宙速度。牛頓用嚴謹?shù)倪壿嬐评戆l(fā)覺了萬有引力定律，并進一步用“月地檢驗”驗證了萬有引力定律的正確性。那么：蘋果與月亮受到同樣性質(zhì)的地球施加的萬有引力，為什么蘋果落地了而月亮卻總是在空中掉不下來？類比過山車模型，猜想：給蘋果足夠的速度，同樣也會繞地球作圓周運動而不掉下來。事實上，牛頓最初也是這么想的：從高山上水平拋出一個鉛球，當拋出的速度足夠大時，鉛球?qū)h(huán)繞地球作圓周運動，成為一個“小月亮”。→→第一宇宙速度。假如給蘋果7.9km/s的速度，蘋果就不會落地，而是圍繞地球作圓周運動。假如給蘋果的速度<7.9km/s，蘋果就會向心運動，落到地球表面。假如給蘋果的速度>7.9km/s，蘋果就會離心運動，但理性過程中，在引力的阻礙下，速度越來越慢，最終形成橢圓軌跡。理論表明，假如給蘋果的速度=11.2km/s，蘋果就剛好能夠離開地球引力的限制，不再繞地球運動，軌跡為拋物線，此速度稱為其次宇宙速度。假如給蘋果的速度達到16.7km/s，則蘋果就能離開太陽系，軌跡為雙曲線，此速度稱為第三宇宙速度。3.人造地球衛(wèi)星橢圓、拋物線和雙曲線的運動軌跡較難，須要漸漸學習，我們首先探討最為簡潔的圓周運動。在“月地檢驗”中，若蘋果也繞地球做圓周運動，則→→而月球繞地球的速度為1.02km/s，由得；；；；4.地球同步衛(wèi)星假如地球赤道上某處有一棵樹,長到了跟月球一樣高（不考慮月球的影響）.蘋果熟了，脫離樹枝后，蘋果會怎樣運動呢？選出你認為正確的分析A．因為蘋果剛脫離樹枝瞬間，相對地面速度為零，脫離后蘋果受到重力作用，豎直下落，所以會落到樹下的地面B．蘋果脫離樹枝前已經(jīng)相對地心做勻速圓周運動，具有速度，脫離后仍舊做勻速圓周運動，速率不變，即相對樹枝靜止C．蘋果脫離樹枝前已經(jīng)相對地心做勻速圓周運動，脫離后在地球引力作用下做向心運動，最終落到地面，但不肯定在樹下D．蘋果脫離樹枝前已經(jīng)相對地心做勻速圓周運動，脫離后在地球引力作用下做離心運動，漸漸遠離地球總結地球同步衛(wèi)星的規(guī)律：周期、緯度、高度。5.我國的航天成就（聯(lián)系社會實際，立德樹人）6.課后作業(yè)（宇宙速度的后續(xù)學習關聯(lián)整合） 同步衛(wèi)星是如何