教学设计：高中课程标准.物理（人教版）必修2
主 备 人：邵维灵 学科长审查签名：
一、内容及其解析
1、内容：万有引力定律以及天体的运动
2、解析：用万有引力定律和向心力公式解决天体运动问题
二、目标及其解析
1.行星的运动（认识、经历）
2.万有引力定律及其应用（理解、领悟
3.人造卫星的运动（理解、反应）
4.宇宙速度（认识）
5.经典力学的局限性（了解）
三、教学问题诊断分析
什么时候可以将地球上的物体的重力看做等于其围绕地球运动所需要的向心力是学生很难掌握的。
四、教学支持条件分析
带领学生慢慢理解和消化本章知识，主要是通过做题来强化本章知识点。
五、教学过程设计
1、教学基本流程
复习→练习 →概括 → 章结
2、教学情景
★知识结构
1.全章知识网络
2.主要公式方程
(1)开普勒第三定律:
(2)万有引力定律:
(3)星球表面处(不计自转影响):称“黄金代换”
(4)空中匀速运动的星体:
方程:
★学习指导
1.万有引力定律在应用时，首先，要弄清公式各物理量所代表的含义.如G为万有引力常量，大小为G=6.67×10-11N.m2/kg2.其次,要把握好万有引力定律的适用条件,严格地说,公式只适用于两质点间的相互引力的计算,像两均匀球体.相距较远的物体之间相互作用也适用.另外,把握万有引力的三性:普遍性、相互性和宏观性.
2.在解决有关天体运动的计算时，要把握好以下几点：
（1）天体的椭圆轨道在计算时可近似为圆轨道，要注意圆心的确定；
（2）确定圆心后，要注意找准天体运行轨道的半径；
（3）确定向心力来源，天体运动时，向心力一般为万有引力，但在星球表面相对星球静止的物体，向心力一般不为万有引力，较难分析；
（4）列出适当的向心力表达式求出结果.
3.在判断绕某中心天体运动的行星或卫星的线速度v,角速度ω，周期T的变化时，一般要熟练推导出：、、来判断，而不用来判断.因此随着轨道半径r的变化，v与ω均要发生变化.
★例题精析
一、万有引力和重力
不考虑星球自转影响：在地面；在其他星球表面；在高空处等效
【例题1】用m表示地球通讯卫星（同步卫星）的质量，h表示它离地面的高度，R0表示地球的半径，g0表示地球表面处的重力加速度，表示地球自转角速度，则通讯卫星所受地球对它的万有引力的大小为
A.等于零B.等于C.等于D.以上结果都不正确
解析：
【训练1】下列说法正确的是（ ）
A.火箭载着卫星竖直向上发射时，卫星的重力加速度越来越大
B.卫星在高度一定的轨道上正常运行后，该高度上重力加速度为零
C.地球表面上的物体，因随地球自转，重力小于或等于万有引力
D.极地卫星在绕地球做匀速圆周运动时，受的重力忽大忽小
二、关于人造卫星
1.所有卫星绕星球做圆周运动的向心力是万有引力提供的.
2.所有匀速圆周运动公式,对圆周运动的卫星都适用.
3.卫星在每一个轨道上,对应着一个固定的加速度、周期和加速度.
【例题2】地球半径为R,地面的重力加速度为g，一卫星做匀速圆周运动，距地面的高度是R,则该卫星的（ ）
A.线速度为 B.角速度 C.加速度为g/2 D.周期为
【训练2】关于人造地球卫星，下列说法正确的是（已知地球半径为6400km）（ ）
A.运行的轨道半径越大，线速度也越大[高考资源网]
B.运行的速率可能等于8km/s
C.运行的轨道半径越大，周期也越大
D.运行的周期可能等于80min
三、与其他运动结合分析动力学问题
1.与加速直线运动—超重、失重结合—注意a的分析
2.与抛体运动结合—注g的分析
3.与地球自转结合—注意T、的结合
【例题3】某物体在上受重力为160N，将它置于卫星中，当卫星以a=g/2的加速度加速上升到某高度时，物体与卫星中水平支持面的挤压为90N，求此时卫星离地心的距离。
(已知地球半径R=6400km，g=10m/s2)
解析：
【训练3】某星球的质量约为地球的9倍，半径约为地球的一半，若从地球上高h处平抛一物体，射程为60m，则在该星球上，从同样高度以同样的初速度平抛同一物体，射程应为（ ）
A.10m B. 15m C.90m D.360m
六、目标检测
1.则有两颗绕地球做匀速圆周运动的人造地球卫星A和B，它们的轨道半径分别为rA和rB.如果,则（ ）
A.卫星A的运动周期比卫星B的运动周期大 B. 卫星A的线速度比卫星B的线速度大
C.卫星A的角速度比卫星B的角速度大 D. 卫星A的加速度比卫星B的加速度大
2.1995年5月10日，我国成功地发射了“一箭双星”，将“风云1号”气象卫星和“实验5号”科学实验卫星送入离地面870km的轨道。“风云1号”可发送红外线气象遥感信息，为我国提供全球气象和空间环境监测资料。这两颗卫星的运行速度为（ ）
A.7.9km/s B. 11.2km/s C.7.4km/s D.3.1km/s
3.组成星球的物质是靠引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率，如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持其赤道附近的物体做圆周运动，由此能得到的半径为R、密度为、质量为M且均匀分布的星球的最小自转周期T。下列表达式中正确的是（ ）
A. B. C. D.
4.举世瞩目的“神舟六号”宇宙飞船,载着飞天英雄费俊龙、聂海胜在太空遨游115小时32分、绕行77圈、行程约325万公里，安全降落在内蒙古中部草原，实现了中国人的飞天梦。粗略估算“神舟六号”宇宙飞船的运行周期为 分钟（保留整数），与同步卫星相比，“神舟六号”飞船的速度较 ，角速度较 。
5.在某星球表面以初速度v竖直向上抛出一个物体，它上升的最大高度为H，已知该星球的直径为D，则在这个星球上发射卫星的最小速度为
6.设地球绕太阳做匀速圆周运动，半径为R，速率为v，则太阳的质量可用v、R和引力常量G表示为 。太阳围绕银河系中心的运动可视为匀速圆周运动，其运动速率约为地球公转速率的7倍，轨道半径约为地球公转轨道半径的2×109倍。为了粗略估算银河系中恒星的数目，可认为银河系中所有恒星的质量都集中在银河系中心，且银河系中恒星的平均质量约等于太阳的质量，则银河系恒星的数目约为
配餐作业
从下列三组题中任意选择两组题完成，建议选择AB或BC
A组题
1.根据天体演变的规律，太阳的体积在不断增大，几十亿年后将变成红巨星，在此过程中太阳对地球的引力（太阳和地球的质量可认为不变）将（ ）[高考资源网KS5U.COM]
A．变大 B.变小 C.不变 D.不能确定
2.2001年11月19日1时30分夜空出现了壮美的天文奇观—流星雨大爆发.此次流星雨来自于33年回归一次的彗星.彗星的碎屑高速运行并与地球相遇,部分落入地球大气层燃烧,形成划过天空的流行雨,这次流星雨最亮的流星超过满月的高度.下列有关说法中正确的是（ ）
A.流星对地球的吸引力远小于地球对流星的吸引力,所以流星落向地球
B.流星落入地球大气层中后,由于空气阻力,速度越来越大
C. 流星对地球的吸引力和地球对流星的吸引力大小相等,但流星质量小,加速度大,所以改变运动方向落向地球
D.这次流星是在受到彗星斥力作用下落向地球的
B组题
1.天文学家发现某恒星有一颗行星在圆形轨道上绕其运动,并测出了行星的轨道半径和运行周期.由此可推算出（ ）
A.行星的质量 B.行星的半径 C. 恒星的质量 D.恒星的半径
2.假设“神州五号”实施变轨后做匀速圆周运动,共运行n周，起始时刻t1,结束时刻为t2,运行速度为v，半径为r，则计算运行周期可用（ ）
① ② ③ ④
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
3.某个星球，质量是地球质量的4倍，半径是地球半径的4倍。今在其表面高20m处以10m/s的初速度水平抛出一小球，求抛出点于落地点之间的距离。已知地球表面的重力加速度大小为10m/s2
4.据报道，美国航天管理局计划在2008年10月发射“月球勘测轨道器”（LRO），LRO每天在50km的高空穿越月球上空10次。若以T表示LRO在离月球表面高h处的轨道上做匀速圆周运动的周期，以R表示月球的半径，求：
（1）LRO运行的向心加速度a.
（2）月球表面的重力加速度g.
C组题
1.1999年11月20日，我国成功发射了第一艘航天试验飞船“神州”一号，零晨6时30分，火箭点火升空，6时40分飞船进入预定轨道轨道，21日2时5分，飞船在轨道上运行13周半后，接受返回指令离开轨道从宇宙空间开始返回，21日3时41分成功降落到我国内蒙古中部，若飞船是沿圆轨道运行，飞船的运行周期多大？轨道半径多大？绕行速度是多少？（已知地球半径R地=6.4×106m,地面重力加速度g=10m/s2）
2.1687年牛顿正式提出了万有引力定律，它是在行星的轨道可近似看成圆轨道的前提下，由开普勒第三定律推导出：行星和太阳的引力跟行星的质量成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比，进而得出了万有引力定律，请你写出牛顿的论证过程。
单元检测题
一、选择题（本题共7小题，每小题6分，共42分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全对的得6分，选对但不全得3分，不选或错选不得分）
1.第一次通过实验比较准确地测出引力常量的科学家是（ ）
A.牛顿 B.伽利略 C.胡克 D.卡为迪许
2.关于行星绕太阳运动的下列说法中正确的是（ ）
A.所有行星都在同一椭圆轨道上绕太阳运动
B.行星绕太阳运动时太阳位于行星轨道的中心处
C.离太阳越近的行星的运动周期越长
D.所有行星的轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等
3.（多选题）下列说法正确的是（ ）
A.要使一个物体成为一颗人造卫星,至少要给物体7.9km/s的速度，即发射的最小速度是7.9km/s
B.卫星绕地球做匀速圆周运动的最大速度是7.9km/s
C.卫星绕地球做圆周运动的过程中，由于稀薄气体的阻碍作用，卫星的轨道半径减小，机械能减小，动够增大
D.卫星绕地球的运动实际上是椭圆轨道，则在椭圆轨道上运动的卫星机械能不守恒
4.人造卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为R，线速度为v,周期为T,若使卫星的周期变为2T，可能的办法是（ ）
A.R不变，使线速度为v/2 B.v不变，使轨道半径变为2R
C.轨道半径变为 D.无法实现
5.陨石落向地球是因为（ ）
A.陨石对地球的吸引力远小于地球对陨石的吸引力,所以陨石落向地球
B. 陨石对地球的吸引力和地球对陨石的吸引力大小相等,但陨石质量小,加速度大,所以改变运动方向落向地球
C.太阳不再吸引陨石，所以陨石落向地球
D.陨石受到其他星球的斥力而落向地球
6.（多选题）2003年10月15日9时，我国“神舟五号”宇宙飞船在酒泉卫星发射中心发射成功，把中国第一位宇航员杨利伟送入太空，飞船绕地球飞行14圈后于10月16日6时23分安全降落在内蒙古，下列说法正确的是（ ）
A.飞船的飞行速度小于7.9km/s
B.飞船的飞行周期约为91min
C.飞船飞行的高度比同步卫星的高度可能低，也可能高也可能相等
D.飞船在地面上发射的速度一定大于7.9km/s
7．(多选题)最近，科学家在望远镜中看到太阳系某一恒星有一行星，并测得它围绕该恒星运行一昼夜所用时间为1200年，它与该恒星的距离为地球到太阳距离的100倍。假定该行星绕恒星运行的轨道和地球绕太阳运行的轨道都是与圆周，仅利用以上两个数据可以求出的量有（ ）
A.恒星质量与太阳质量之比 B.恒星密度与太阳密度之比
C.行星质量与地球质量之比 D.行星运行速度与地球公转速度之比
二、填空题（本题共3小题，每小题8分，共24分）
8.1990年3月，紫金山天文台将1965年9月20日发现的第2753号小行星命名为“吴健雄星”，其直径为32km。如该小行星的密度和地球相同，则该小行星的第一宇宙速度为
（已知地球半径R1=6400km,地球的第一宇宙速度v1=8km/s）
9.某人在一星球上以速度v竖直向上抛出一物体，经时间t落回手中，已知该星球半径为R，则至少以 m/s的速度沿该星球表面发射，才能使物体不落回该星球。
10.假设地球自转速度达到能使赤道的物体“飘”起来，估算这时地球的一天等于
（地球的把半径R=6.4×106m.g取10m/s2）
三、计算题（本题共2小题，共34分）
11.（16分）为了实现登月计划，先要测算地月之间的距离，假设已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R，月球绕地球运动的周期为T，则地月之间的距离约为多少？（设地球与月球体积与月地距离相比可忽略不计）
12.（18分）在“勇气号”火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面，再经过多次弹跳才停下来。假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为h，速度方向是水平的，速度大小为v0,求它第二次落到火星表面是速度的大小，计算时不计火星大气阻力。已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r，周期为T，火星可是为半径为r0的均匀球体。
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