PAGE1-第2節萬有引力定律的應用本節先從問題引入，學生帶著萬有引力定律如何幫助人類實現“飛天”夢的問題綻開本節的學習。本節課介紹的人造衛星中的一些理論，滲透了很多探討物理問題的方法，因此，本節課是“萬有引力定律與航天”中的重要內容，是學生進一步探討天體物理問題的理論基礎。【物理觀念】能建立模型計算天體質量，能將一些熟識天體的運動抽象成勻速圓周運動模型來進行分析和推理。【科學思維】通過相關實例，了解萬有引力定律在宇宙探討中的重要作用，能用萬有引力定律說明一些天體運動問題。【科學探究】能建立放射人造衛星的模型，能計算人造衛星的環繞速度，探究其次宇宙速度和第三宇宙速度。【科學看法與責任】能感受到科學定律的預料作用，體會萬有引力定律對人類探究和相識未知世界的作用。【教學重點】綜合運用萬有引力定律對天體進行有關運算，如計算天體質量、第一宇宙速度等。【教學難點】將一些天體的運動抽象成勻速圓周運動模型進行分析和推理。【導入新課】古代“飛天”傳聞嫦娥三號奔月思索:萬有引力定律如何幫助人們實現“飛天”的幻想？【新課講授】一、天體質量的計算阿基米德:“給我一個支點，我可以撬動地球”思索：能通過杠桿原理（天平）干脆稱量地球的質量嗎？當時已知：地球的半徑R；地球表面重力加速度g；卡文迪許已測出的引力常量G卡文迪許被稱為能“稱出地球質量”的人。【重力、萬有引力和向心力之間的關系】（1）靜止在地面上的物體，若考慮地球自轉的影響重力和向心力是萬有引力的兩個分力；兩極:F引=G赤道:F引=G+F向思索：可以不考慮地球自轉的影響么？試求：質量為1kg的物體靜止在赤道上時的向心加速度。（已知地球半徑R=6.×106m)答案：a=0.034m/s2結論：向心力遠小于重力，萬有引力大小近似等于重力。因此一般粗略計算中不考慮（或忽視）地球自轉的影響。（2）靜止在地面上的物體，若不考慮地球自轉的影響萬有引力全部用來供應向心力（已知g=9.8m/s2，地球的半徑R=6400km，萬有引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2）帶入即可得地球質量。思索：你還有其他方法測量出地球的質量嗎？須要測量那些物理量呢？依據衛星繞地球做勻速圓周運動方法1、選定一顆繞地球轉動的衛星(例如月球），測定衛星的軌道半徑和周期。方法2、若已知衛星繞地球做勻速圓周運動的的軌道半徑r和運行的線速度v。【行星（或衛星）的運動】1.將行星（或衛星）的運動看成是勻速圓周運動。2.萬有引力充當向心力F引=Fn或在球體表面旁邊F引=G重二、人造衛星上天【牛頓的設想】思索：當物體速度特別大時，物體會怎樣運動？在1687年出版的《自然哲學的數學原理》中，牛頓設想拋出速度很大時，物體就不會落回地面。思索：那么，拋出速度為多大時，物體將不會落回地面而圍著地球表面運動呢？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球質量M=5.98×1024kg,地球半徑R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2)【方法一】萬有引力供應物體作圓周運動的向心力 【方法二】在地面旁邊，重力供應物體作圓周運動的向心力1、第一宇宙速度（環繞速度）物體在地面旁邊繞地球做勻速圓周運動的速度，叫做第一宇宙速度。v1=7.9km/s說明：（１）假如衛星的速度小于第一宇宙速度，衛星將落到地面而不能繞地球運轉；（２）等于這個速度，衛星剛好能在地球表面旁邊作勻速圓周運動；放射速度：指衛星進入軌道時的初速度。環繞速度：指衛星在穩定的軌道上繞地球轉動的線速度。留意：7.9km/s是最小的放射速度,最大的環繞速度。探究:若衛星的放射速度大于7.9km/s，會怎樣呢？2、其次宇宙速度（脫離速度）使衛星擺脫地球引力的束縛，成為繞太陽運行的人造行星的最小放射速度。v2=11.2km/s3、第三宇宙速度（逃逸速度）使衛星擺脫太陽引力的束縛，飛到太陽系外的最小放射速度。v3=16.7km/s思索：對于繞地球運動的人造衛星：（1）離地面越高，向心力越_____.（2）離地面越高，線速度越_____.（3）離地面越高，周期越_____.（4）離地面越高，角速度越____.4、人造地球衛星的運行軌道全部衛星都在以地心為圓心的圓或橢圓軌道上。①赤道軌道，衛星軌道在赤道平面，衛星始終處于赤道上方②極地軌道，衛星軌道平面與赤道平面垂直，衛星通過兩極上空③一般軌道，衛星軌道和赤道成肯定角度。【特別衛星的規律】（1）近地衛星對衛星：全部地球衛星運行速度小于7.9km/s、周期大于1.4小時。（2）同步衛星：相對于地面靜止，公轉周期和地球自轉周期相同的衛星。特點：⑴運行方向肯定（2）周期肯定：T=24h=86400s（3）角速度肯定：相對于地面靜止。（4）速率肯定rvωTa“全部確定”所以h≈3.6×104Km（是定值）（5）高度肯定（6）軌道肯定：同步衛星軌道必需在赤道上空三、預料未知天體海王星的發覺1781年，英國天文學家威廉·赫歇爾用望遠鏡發覺了太陽系的第七顆行星——天王星；