第一篇：高一物理高一全部教案(共52個(gè))08.5.動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用

動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用

一、教學(xué)目標(biāo)

1．學(xué)會(huì)分析動(dòng)量守恒的條件。

2．學(xué)會(huì)選擇正方向，化一維矢量運(yùn)算為代數(shù)運(yùn)算。

3．會(huì)應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決碰撞、反沖等物體相互作用的問(wèn)題(僅限于一維情況)，知道應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決實(shí)際問(wèn)題的基本思路和方法。

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1．應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決實(shí)際問(wèn)題的基本思路和方法是本節(jié)重點(diǎn)。2．難點(diǎn)是矢量性問(wèn)題與參照系的選擇對(duì)初學(xué)者感到不適應(yīng)。

三、教具

1．碰撞球系統(tǒng)(兩球和多球)； 2．反沖小車(chē)。

四、教學(xué)過(guò)程

本節(jié)是繼動(dòng)量守恒定律理論課之后的習(xí)題課。1．討論動(dòng)量守恒的基本條件

例1．在光滑水平面上有一個(gè)彈簧振子系統(tǒng)，如圖所示，兩振子的質(zhì)量分別為m1和m2。討論此系統(tǒng)在振動(dòng)時(shí)動(dòng)量是否守恒？

分析：由于水平面上無(wú)摩擦，故振動(dòng)系統(tǒng)不受外力(豎直方向重力與支持力平衡)，所以此系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)動(dòng)量守恒，即向左的動(dòng)量與向右的動(dòng)量大小相等。例2．承上題，但水平地面不光滑，與兩振子的動(dòng)摩擦因數(shù)μ相同，討論m1＝m2和m1≠m2兩種情況下振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)量是否守恒。

分析：m1和m2所受摩擦力分別為f1＝μm1g和f2＝μm2g。由于振動(dòng)時(shí)兩振子的運(yùn)動(dòng)方向總是相反的，所以f1和f2的方向總是相反的。

板書(shū)畫(huà)圖：

對(duì)m1和m2振動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)合外力∑F外＝f1+f2，但注意是矢量合。實(shí)際運(yùn)算時(shí)為

板書(shū)：∑F外＝μm1g-μm2g 顯然，若m1＝m2，則∑F外＝0，則動(dòng)量守恒； 若m1≠m2，則∑F外≠0，則動(dòng)量不守恒。向?qū)W生提出問(wèn)題：

(1)m1＝m2時(shí)動(dòng)量守恒，那么動(dòng)量是多少？

(2)m1≠m2時(shí)動(dòng)量不守恒，那么振動(dòng)情況可能是怎樣的？ 與學(xué)生共同分析：

(1)m1＝m2時(shí)動(dòng)量守恒，系統(tǒng)的總動(dòng)量為零。開(kāi)始時(shí)(釋放振子時(shí))p＝0，此后振動(dòng)時(shí)，當(dāng)p1和p2均不為零時(shí)，它們的大小是相等的，但方向是相反的，所以總動(dòng)量仍為零。

數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫(xiě)成

m1v1＝m2v2

(2)m1≠m2時(shí)∑F外＝μ(m1-m2)g。其方向取決于m1和m2的大小以及運(yùn)動(dòng)方向。比如m1＞m2，一開(kāi)始m1向右(m2向左)運(yùn)動(dòng)，結(jié)果系統(tǒng)所受合外力∑F外方向向左(f1向左，f2向右，而且f1＞f2)。結(jié)果是在前半個(gè)周期里整個(gè)系統(tǒng)一邊振動(dòng)一邊向左移動(dòng)。

進(jìn)一步提出問(wèn)題：

在m1＝m2的情況下，振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，其機(jī)械能是否守恒？

分析：振動(dòng)是動(dòng)能和彈性勢(shì)能間的能量轉(zhuǎn)化。但由于有摩擦存在，在動(dòng)能和彈性勢(shì)能往復(fù)轉(zhuǎn)化的過(guò)程中勢(shì)必有一部分能量變?yōu)闊釗p耗，直至把全部原有的機(jī)械能都轉(zhuǎn)化為熱，振動(dòng)停止。所以雖然動(dòng)量守恒(p＝0)，但機(jī)械能不守恒。(從振動(dòng)到不振動(dòng))2．學(xué)習(xí)設(shè)置正方向，變一維矢量運(yùn)算為代數(shù)運(yùn)算

例3．拋出的手雷在最高點(diǎn)時(shí)水平速度為10m/s，這時(shí)突然炸成兩塊，其中大塊質(zhì)量300g仍按原方向飛行，其速度測(cè)得為50m/s，另一小塊質(zhì)量為200g，求它的速度的大小和方向。

分析：手雷在空中爆炸時(shí)所受合外力應(yīng)是它受到的重力G＝(m1+m2)g，可見(jiàn)系統(tǒng)的動(dòng)量并不守恒。但在水平方向上可以認(rèn)為系統(tǒng)不受外力，所以在水平方向上動(dòng)量是守恒的。

強(qiáng)調(diào)：正是由于動(dòng)量是矢量，所以動(dòng)量守恒定律可在某個(gè)方向上應(yīng)用。

那么手雷在以10m/s飛行時(shí)空氣阻力(水平方向)是不是應(yīng)該考慮呢？(上述問(wèn)題學(xué)生可能會(huì)提出，若學(xué)生不提出，教師應(yīng)向?qū)W生提出此問(wèn)題。)一般說(shuō)當(dāng)v＝10m/s時(shí)空氣阻力是應(yīng)考慮，但爆炸力(內(nèi)力)比這一阻力大的多，所以這一瞬間空氣阻力可以不計(jì)。即當(dāng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力時(shí)，外力可以不計(jì)，系統(tǒng)的動(dòng)量近似守恒。

板書(shū)：

F內(nèi)>>F外時(shí)p′≈p。

解題過(guò)程：

設(shè)手雷原飛行方向?yàn)檎较颍瑒tv0＝10m/s，m1的速度v1＝50m/s，m2的速度方向不清，暫設(shè)為正方向。

板書(shū)：

設(shè)原飛行方向?yàn)檎较?，則v0＝10m/s，v1＝50m/s；m1＝0.3kg，m2＝0.2kg。系統(tǒng)動(dòng)量守恒：(m1+m2)v0＝m1v1+m2v2

此結(jié)果表明，質(zhì)量為200克的部分以50m/s的速度向反方向運(yùn)動(dòng)，其中負(fù)號(hào)表示與所設(shè)正方向相反。

例4．機(jī)關(guān)槍重8kg，射出的子彈質(zhì)量為20克，若子彈的出口速度是1 000m/s，則機(jī)槍的后退速度是多少？

分析：在水平方向火藥的爆炸力遠(yuǎn)大于此瞬間機(jī)槍受的外力(槍手的依托力)，故可認(rèn)為在水平方向動(dòng)量守恒。即子彈向前的動(dòng)量等于機(jī)槍向后的動(dòng)量，總動(dòng)量維持“零”值不變。

板書(shū)：

設(shè)子彈速度v，質(zhì)量m；機(jī)槍后退速度V，質(zhì)量M。則由動(dòng)量守恒有

MV＝mv

小結(jié)：上述兩例都屬于“反沖”和“爆炸”一類的問(wèn)題，其特點(diǎn)是F內(nèi)>>F外，系統(tǒng)近似動(dòng)量守恒。

演示實(shí)驗(yàn)：反沖小車(chē)實(shí)驗(yàn)

點(diǎn)燃酒精，將水燒成蒸汽，氣壓增大后將試管塞彈出，與此同時(shí)，小車(chē)后退。

與爆炸和反沖一類問(wèn)題相似的還有碰撞類問(wèn)題。演示小球碰撞(兩個(gè))實(shí)驗(yàn)。說(shuō)明在碰撞時(shí)水平方向外力為零(豎直方向有向心力)，因此水平方向動(dòng)量守恒。

結(jié)論：碰撞時(shí)兩球交換動(dòng)量(mA＝mB)，系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。

例5．討論質(zhì)量為mA的球以速度v0去碰撞靜止的質(zhì)量為mB的球后，兩球的速度各是多少？設(shè)碰撞過(guò)程中沒(méi)有能量損失，水平面光滑。

設(shè)A球的初速度v0的方向?yàn)檎较?。由?dòng)量守恒和能量守恒可列出下述方程：

mAv0＝mAvA+mBvB ①

解方程①和②可以得到

引導(dǎo)學(xué)生討論：

(1)由vB表達(dá)式可知vB恒大于零，即B球肯定是向前運(yùn)動(dòng)的，這與生活中觀察到的各種現(xiàn)象是吻合的。

(2)由vA表達(dá)式可知當(dāng)mA＞mB時(shí)，vA＞0，即碰后A球依然向前

即碰后A球反彈，且一般情況下速度也小于v0了。當(dāng)mA＝mB時(shí)，vA＝0，vB＝v0，這就是剛才看到的實(shí)驗(yàn)，即A、B兩球互換動(dòng)量的情形。

(3)討論極端情形：若mB→∞時(shí)，vA＝-v0，即原速反彈；而vB→0，即幾乎不動(dòng)。這就好像是生活中的小皮球撞墻的情形。在熱學(xué)部分中氣體分子與器壁碰撞的模型就屬于這種情形。

(4)由于vA總是小于v0的，所以通過(guò)碰撞可以使一個(gè)物體減速，在核反應(yīng)堆中利用中子與碳原子(石墨或重水)的碰撞將快中子變?yōu)槁凶印?/p>

3．動(dòng)量守恒定律是對(duì)同一個(gè)慣性參照系成立的。

例6 質(zhì)量為M的平板車(chē)靜止在水平路面上，車(chē)與路面間的摩擦不計(jì)。質(zhì)量為m的人從車(chē)的左端走到右端，已知車(chē)長(zhǎng)為L(zhǎng)，求在此期間車(chē)行的距離？

分析：由動(dòng)量守恒定律可知人向右的動(dòng)量應(yīng)等于車(chē)向左的動(dòng)量，即

mv＝MV 用位移與時(shí)間的比表示速度應(yīng)有

動(dòng)量守恒定律中的各個(gè)速度必須是對(duì)同一個(gè)慣性參照系而言的速 的速度，以致發(fā)生上述錯(cuò)誤。

五、小結(jié)：應(yīng)用動(dòng)量守恒定律時(shí)必須注意：(1)所研究的系統(tǒng)是否動(dòng)量守恒。

(2)所研究的系統(tǒng)是否在某一方向上動(dòng)量守恒。

(3)所研究的系統(tǒng)是否滿足F內(nèi)>>F外的條件，從而可以近似地認(rèn)為動(dòng)量守恒。(4)列出動(dòng)量守恒式時(shí)注意所有的速度都是對(duì)同一個(gè)慣性參照系的。(5)一般情形下應(yīng)先規(guī)定一個(gè)正方向，以此來(lái)確定各個(gè)速度的方向(即以代數(shù)計(jì)算代替一維矢量計(jì)算)。

第二篇：高一物理高一全部教案(共52個(gè))08.4.動(dòng)量守恒定律

動(dòng)量守恒定律

一、教學(xué)目標(biāo)

1．知道動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容，掌握動(dòng)量守恒定律成立的條件，并在具體問(wèn)題中判斷動(dòng)量是否守恒。

2．學(xué)會(huì)沿同一直線相互作用的兩個(gè)物體的動(dòng)量守恒定律的推導(dǎo)。3．知道動(dòng)量守恒定律是自然界普遍適用的基本規(guī)律之一。

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1．重點(diǎn)是動(dòng)量守恒定律及其守恒條件的判定。2．難點(diǎn)是動(dòng)量守恒定律的矢量性。

三、教具

1．氣墊導(dǎo)軌、光門(mén)和光電計(jì)時(shí)器，已稱量好質(zhì)量的兩個(gè)滑塊(附有彈簧圈和尼龍拉扣)。

2．計(jì)算機(jī)(程序已輸入)。

四、教學(xué)過(guò)程(一)引入新課

前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了動(dòng)量定理，下面再來(lái)研究?jī)蓚€(gè)發(fā)生相互作用的物體所組成的物體系統(tǒng)，在不受外力的情況下，二者發(fā)生相互作用前后各自的動(dòng)量發(fā)生什么變化，整個(gè)物體系統(tǒng)的動(dòng)量又將如何？

(二)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

1．以兩球發(fā)生碰撞為例討論“引入”中提出的問(wèn)題，進(jìn)行理論推導(dǎo)。畫(huà)圖：

設(shè)想水平桌面上有兩個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)的球，它們的質(zhì)量分別是m1和m2，速度分別是v1和v2，而且v1＞v2。則它們的總動(dòng)量(動(dòng)量的矢量和)P＝p1+p2＝m1v1+m2v2。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間m1追上m2，并與之發(fā)生碰撞，設(shè)碰后二者的速度分別為v′1和v′2，此時(shí)它們的動(dòng)量的矢量和，即總動(dòng)量p′＝p′1+p′2＝m1v′1+m2v′2。

板書(shū)：p＝p1+p2＝m1v1+m2v2 p′＝p′1+p′2＝m1v′1+m2v′2

下面從動(dòng)量定理和牛頓第三定律出發(fā)討論p和p′有什么關(guān)系。

設(shè)碰撞過(guò)程中兩球相互作用力分別是F1和F2，力的作用時(shí)間是t。根據(jù)動(dòng)量定理，m1球受到的沖量是F1t＝m1v′1-m1v1；m2球受到的沖量是F2t＝m2v′2-m2v2。

根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)1和F2大小相等，方向相反，即F1t＝-F2t。板書(shū)：F1t＝m1v′1-m1v1 ① F2t＝m2v′2-m2v2 ② F1t＝-F2t ③ 將①、②兩式代入③式應(yīng)有 板書(shū)：m1v′1-m1v1＝-(m2v′2-m2v2)整理后可得

板書(shū)：m1v′1+m2v′2＝m1v1+m2v2 或?qū)懗?p′1+P′2＝p1+p2 就是 p′＝p 這表明兩球碰撞前后系統(tǒng)的總動(dòng)量是相等的。分析得到上述結(jié)論的條件：

兩球碰撞時(shí)除了它們相互間的作用力(這是系統(tǒng)的內(nèi)力)外，還受到各自的重力和支持力的作用，但它們彼此平衡。桌面與兩球間的滾動(dòng)摩擦可以不計(jì)，所以說(shuō)m1和m2系統(tǒng)不受外力，或說(shuō)它們所受的合外力為零。

2．結(jié)論：相互作用的物體所組成的系統(tǒng)，如果不受外力作用，或它們所受外力之和為零，則系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)量守恒定律。

做此結(jié)論時(shí)引導(dǎo)學(xué)生閱讀“選修本(第三冊(cè))”第110頁(yè)。并板書(shū)：

∑F外＝0時(shí) p′＝p 3．利用氣墊導(dǎo)軌上兩滑塊相撞過(guò)程演示動(dòng)量守恒的規(guī)律。(1)兩滑塊彈性對(duì)撞(將彈簧圈卡在一個(gè)滑塊上對(duì)撞)

光電門(mén)測(cè)定滑塊m1和m2第一次(碰撞前)通過(guò)A、B光門(mén)的時(shí)間t1和t2以及第二次(碰撞后)通過(guò)光門(mén)的時(shí)間t′1和t′2。光電計(jì)時(shí)器記錄下這四個(gè)時(shí)間。將t1、t2和t′

1、t′2輸入計(jì)算機(jī)，由編好的程序計(jì)算出v1、v2和v′

1、v′2。將已測(cè)出的滑塊質(zhì)量m1和m2輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步計(jì)算出碰撞前后的動(dòng)量p1、p2和p′

1、p′2以及前后的總動(dòng)量p和p′。

由此演示出動(dòng)量守恒。

注意：在此演示過(guò)程中必須向?qū)W生說(shuō)明動(dòng)量和動(dòng)量守恒的矢量性問(wèn)題。因?yàn)関1和v2以及v′1和v′2方向均相反，所以p1+p2實(shí)際上是｜p1｜-｜p2｜，同理p′1+p′2實(shí)際上是｜p′1｜-｜p′2｜。

(2)兩滑動(dòng)完全非彈性碰撞(就彈簧圈取下，兩滑塊相對(duì)面各安裝尼龍子母扣)為簡(jiǎn)單明了起見(jiàn)，可讓滑塊m2靜止在兩光電門(mén)之間不動(dòng)(p2＝0)，滑塊m1通過(guò)光門(mén)A后與滑塊m2相撞，二者粘合在一起后通過(guò)光門(mén)B。

光門(mén)A測(cè)出碰前m1通過(guò)A時(shí)的時(shí)間t，光門(mén)B測(cè)出碰后m1+m2通過(guò)B時(shí)的時(shí)間t′。將t和t′輸出計(jì)算機(jī)，計(jì)算出p1和p′1+p′2以及碰前的總動(dòng)量p(＝p1)和碰后的總動(dòng)量p′。由此驗(yàn)證在完全非彈性碰撞中動(dòng)量守恒。

(3)兩滑塊反彈(將尼龍拉扣換下，兩滑塊間擠壓一彈簧片)將兩滑塊置于兩光電門(mén)中間，二者間擠壓一彎成∩形的彈簧片(銅片)。同時(shí)松開(kāi)兩手，鋼簧片將兩滑塊彈開(kāi)分別通過(guò)光電門(mén)A和B，測(cè)定出時(shí)間t1和t2。

將t1和t2輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算出v1和v2以及p1和p2。

引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到彈開(kāi)前系統(tǒng)的總動(dòng)量p0＝0，彈開(kāi)后系統(tǒng)的總動(dòng)量pt＝｜p1｜-｜p2｜＝0?？倓?dòng)量守恒，其數(shù)值為零。

4．例題 甲、乙兩物體沿同一直線相向運(yùn)動(dòng)，甲的速度是3m/s，乙物體的速度是1m/s。碰撞后甲、乙兩物體都沿各自原方向的反方向運(yùn)動(dòng)，速度的大小都是2m/s。求甲、乙兩物體的質(zhì)量之比是多少？

引導(dǎo)學(xué)生分析：對(duì)甲、乙兩物體組成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其不受外力，所以系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，即碰撞前后的總動(dòng)量大小、方向均一樣。

由于動(dòng)量是矢量，具有方向性，在討論動(dòng)量守恒時(shí)必須注意到其方向性。為此首先規(guī)定一個(gè)正方向，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。

板書(shū)解題過(guò)程，并邊講邊寫(xiě)。

講解：規(guī)定甲物體初速度方向?yàn)檎较?。則v1＝+3m/s，v2＝-1m/s。碰后v′1＝-2m/s，v′2＝2m/s。

根據(jù)動(dòng)量守恒定律應(yīng)有

移項(xiàng)整理后可得m1比m2為 代入數(shù)值后可得m1/m2＝3/5 即甲、乙兩物體的質(zhì)量比為3∶5。

5．練習(xí)題 質(zhì)量為30kg的小孩以8m/s的水平速度跳上一輛靜止在水平軌道上的平板車(chē)，已知平板車(chē)的質(zhì)量是80kg，求小孩跳上車(chē)后他們共同的速度。分析：對(duì)于小孩和平板車(chē)系統(tǒng)，由于車(chē)輪和軌道間的滾動(dòng)摩擦很小，可以不予考慮，所以可以認(rèn)為系統(tǒng)不受外力，即對(duì)人、車(chē)系統(tǒng)動(dòng)量守恒。

板書(shū)解題過(guò)程：

跳上車(chē)前系統(tǒng)的總動(dòng)量p＝mv 跳上車(chē)后系統(tǒng)的總動(dòng)量p′＝(m+M)V 由動(dòng)量守恒定律有mv＝(m+M)V 解得

五、小結(jié)

(1)動(dòng)量守恒的條件：系統(tǒng)不受外力或合外力為零時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。

(2)動(dòng)量守恒定律適用的范圍：適用于兩個(gè)或兩個(gè)以上物體組成的系統(tǒng)。動(dòng)量守恒定律是自然界普遍適用的基本規(guī)律，對(duì)高速或低速運(yùn)動(dòng)的物體系統(tǒng)，對(duì)宏觀或微觀系統(tǒng)它都是適用的。

第三篇：高一物理高一全部教案(共52個(gè))03.1.牛頓第一定律

牛頓第一定律

一、教學(xué)目標(biāo)

1．在物理知識(shí)方面學(xué)習(xí)牛頓第一定律的內(nèi)容，正確理解力跟物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，掌握慣性的概念。

2．對(duì)客觀事物的正確認(rèn)識(shí)需要人們經(jīng)過(guò)由表及里，由片面到全面長(zhǎng)時(shí)間的認(rèn)識(shí)過(guò)程。通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)要讓學(xué)生建立起正確的認(rèn)識(shí)論的觀點(diǎn)，同時(shí)體會(huì)到人們認(rèn)識(shí)世界的長(zhǎng)期性和艱巨性。

3．物理實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的方法，對(duì)實(shí)際問(wèn)題做出合理的抽象，進(jìn)行理想實(shí)驗(yàn)的研究正是伽利略得到力與物體運(yùn)動(dòng)正確關(guān)系的基礎(chǔ)。我們要學(xué)習(xí)這種科學(xué)抽象的方法，并把它用到今后的物理研究中去。

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1．本節(jié)的重點(diǎn)是正確認(rèn)識(shí)物體運(yùn)動(dòng)跟力的關(guān)系，在物體不受力的情況下，應(yīng)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。通過(guò)對(duì)牛頓第一定律的學(xué)習(xí)，加深對(duì)慣性概念的理解。

2．生活常識(shí)使人們對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系形成了不正確的認(rèn)識(shí)，通過(guò)教學(xué)要讓學(xué)生們克服傳統(tǒng)觀念，形成正確的認(rèn)識(shí)，需要下一定的功夫。

三、教具

1．說(shuō)明伽利略理想實(shí)驗(yàn)的裝置，自制導(dǎo)軌和小球。

2．說(shuō)明物體在不受阻力下做勻速直線運(yùn)動(dòng)的氣墊導(dǎo)軌和滑塊。3．演示慣性的小車(chē)和木塊。

四、主要教學(xué)過(guò)程(一)引入新課

介紹本章的地位：在第一章我們學(xué)習(xí)了物體在靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的受力問(wèn)題，這時(shí)物體處于平衡狀態(tài)，所受的力為平衡力。這部分內(nèi)容在物理學(xué)中叫做靜力學(xué)。

第二章研究了物體在直線上的運(yùn)動(dòng)，包括勻速運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)。在變速運(yùn)動(dòng)中重點(diǎn)討論了勻變速直線運(yùn)動(dòng)。這部分內(nèi)容在物體學(xué)中屬于運(yùn)動(dòng)學(xué)。

在前邊兩章知識(shí)的基礎(chǔ)上，我們?cè)诘谌吕飦?lái)研究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。這部分知識(shí)的基礎(chǔ)是牛頓第一定律和第二定律。這部分內(nèi)容在物理中屬于動(dòng)力學(xué)。學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)后，可以在知道物體受力情況后確定物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；在知道物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的情況下，可以確定它的受力情況。動(dòng)力學(xué)的知識(shí)在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際中有著非常廣泛的應(yīng)用，如研究交通工具的速度問(wèn)題，天體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題等。我們從牛頓第一定律開(kāi)始。

(二)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì) 板書(shū)：

一、牛頓第一定律

實(shí)驗(yàn)：在桌上放著一本物理書(shū)，它是靜止的，怎樣才能讓它運(yùn)動(dòng)起來(lái)呢？要用力去推它。從這個(gè)例子可以看出物體要運(yùn)動(dòng)，需要對(duì)它施加力的作用。力是使物體運(yùn)動(dòng)的原因嗎？

這是一個(gè)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題在2000多年前人們就對(duì)它進(jìn)行了研究，下面我們來(lái)回顧一下歷史。

1．歷史的回顧

2000多年前，古希臘哲學(xué)家亞里斯多德根據(jù)當(dāng)時(shí)人們對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的認(rèn)識(shí)提出一個(gè)觀點(diǎn)：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)。

這種觀點(diǎn)的提出是很自然的。我們從周?chē)氖虑槌霭l(fā)，很容易就會(huì)得到這個(gè)結(jié)論。如車(chē)不推就不走，門(mén)不拉不開(kāi)等。這種觀點(diǎn)統(tǒng)治人們的思想有兩千年。直到17世紀(jì)，意大利科學(xué)家伽利略才指出這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的，他分析到：運(yùn)動(dòng)的車(chē)停下來(lái)是由于摩擦力的原因，運(yùn)動(dòng)物體減速的原因是摩擦力。伽利略提出了自己的看法，他指出：物體一旦具有某一速度，沒(méi)有加速和減速的原因，這個(gè)速度將保持不變。這里所指的減速的原因就是摩擦力。

為了證實(shí)結(jié)論的正確，他設(shè)計(jì)了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)(thought experiment)，下面利用一個(gè)跟他的理想實(shí)驗(yàn)裝置相似的實(shí)驗(yàn)向大家介紹一下伽利略的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)：有兩個(gè)斜面，用一個(gè)小球放到左邊的斜面上，放手后小球從左邊斜面上滾下后滾到右邊的斜面上。在有摩擦力的情況下，到達(dá)右邊斜面的高度比左邊的釋放高度要低。

伽利略所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是這樣的：實(shí)驗(yàn)裝置跟現(xiàn)在的一樣，實(shí)驗(yàn)時(shí)若沒(méi)有摩擦力，(當(dāng)然沒(méi)有摩擦力是不可能的，所以他的實(shí)驗(yàn)是想象中的理想實(shí)驗(yàn)。)我們看一下小球在這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)中會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)。

把小球放到左邊斜面的某一個(gè)高度，放手后由于有加速的原因，所以小球會(huì)從斜面上滾下，越滾越快；到右邊斜面時(shí)，由于有減速的原因，小球會(huì)越滾越慢。在沒(méi)有摩擦力的情況下，小球應(yīng)達(dá)到左邊的釋放高度。

改變右邊斜面的傾角，傾角變小，小球要達(dá)到同樣的高度，要在斜面上走更遠(yuǎn)的距離。當(dāng)右邊傾角為零時(shí)，小球?qū)⒁恢睗L下去永遠(yuǎn)達(dá)不到左邊的釋放高度，這個(gè)速度將保持不變。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然是個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，但卻是符合科學(xué)道理的。沒(méi)有摩擦的情況是很難實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)代技術(shù)給我們提供了阻力很小的條件。我們來(lái)看一下氣墊實(shí)驗(yàn)。它的原理是氣泵給氣墊裝置打氣，導(dǎo)軌上有許多小孔，滑塊與導(dǎo)軌間形成一層空氣薄膜，滑動(dòng)時(shí)阻力很小。我們觀察一下滑塊的運(yùn)動(dòng)情況，可以看到滑塊的速度基本不變。

法國(guó)科學(xué)家笛卡爾補(bǔ)充和完善了伽利略的論點(diǎn)，提出了慣性定律：如果沒(méi)有其它原因，運(yùn)動(dòng)的物體將繼續(xù)以同一速度沿著一條直線運(yùn)動(dòng)，既不會(huì)停下來(lái)，也不會(huì)偏離原來(lái)的方向。

伽利略和笛卡爾對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)作了準(zhǔn)確的描述，但是沒(méi)有指明原因是什么，這個(gè)原因跟運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是什么。

牛頓總結(jié)了前人的經(jīng)驗(yàn)，指出了加速和減速的原因是什么，并指出了這個(gè)原因跟運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，這就是牛頓第一定律。

2．牛頓第一定律：一切物體總保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。

從牛頓第一定律可以看出：

(1)物體在不受力時(shí)，總保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。

(2)物體有保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，叫做慣性。在初中已經(jīng)學(xué)過(guò)慣性的概念，下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)再來(lái)看一下物體具有慣性的例子。

小車(chē)起動(dòng)時(shí)，車(chē)上的木板向后倒；剎車(chē)時(shí)，木塊向前倒。人在坐汽車(chē)時(shí)也有同樣的感受。

(3)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變需要外力。

我們所遇到的實(shí)際問(wèn)題中，物體不受力的情況是沒(méi)有的。物體受平衡力時(shí)，或者說(shuō)合力為零時(shí)的情況跟不受力的情況是相同的。

3．小結(jié)

毛主席在《實(shí)踐論》中對(duì)感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)的關(guān)系作出如下的論述：“感性材料固然是客觀外界某些真實(shí)性的反映，但它們僅是片面的和表面的東西，這種反映是不完全的，是沒(méi)有反映事物本質(zhì)的。要完全地反映整個(gè)的事物，反映事物的本質(zhì)，反映事物的內(nèi)部規(guī)律性，就必須經(jīng)過(guò)思考作用，將豐富的感覺(jué)材料加以去粗取精，去偽存真，由此及彼，由表及里的改造制作工夫，造成概念和理論的系統(tǒng)。就必須從感性認(rèn)識(shí)躍進(jìn)到理性認(rèn)識(shí)。”

人們對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的認(rèn)識(shí)經(jīng)過(guò)了從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的躍進(jìn)。這個(gè)過(guò)程經(jīng)歷了兩千年的時(shí)間，在此過(guò)程中伽利略作出了主要貢獻(xiàn)。由此可以看出伽利略的偉大和工作的卓越。就是這樣一個(gè)偉大的科學(xué)家，因?yàn)樗目茖W(xué)思想不符合教會(huì)的統(tǒng)治思想，受到教會(huì)的禁錮。直到最近，梵帝岡教庭才給他公開(kāi)平反?？茖W(xué)思想得來(lái)不易，科學(xué)的真理總是要戰(zhàn)勝不科學(xué)的東西。

4．討論布置作業(yè)

五、說(shuō)明

1．牛頓第一定律在初中階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)，在高中階段再次學(xué)習(xí)這個(gè)內(nèi)容時(shí)，要讓學(xué)生的認(rèn)識(shí)有進(jìn)一步的提高。教師在授課時(shí)應(yīng)注意到這一點(diǎn)。2．幾個(gè)科學(xué)家在研究力與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系中做出了貢獻(xiàn)，在講課時(shí)可以把他們的畫(huà)像用投影幻燈打出來(lái)，增加課堂的活躍氣氛，加深學(xué)生的記憶。3．說(shuō)明伽利略理想實(shí)驗(yàn)的裝置可以自制，用兩根粗鐵絲按下圖制作，末端彎成小環(huán)，兩根軌道用螺絲燈連起來(lái)，可以改變兩軌的傾角，選用鋼球，注意小球在最低點(diǎn)時(shí)要能圓滑地通過(guò)軌道。

第四篇：高一物理高一全部教案(共52個(gè))08.3.動(dòng)量定理的應(yīng)用[小編推薦]

動(dòng)量定理的應(yīng)用

一、教學(xué)目標(biāo)

1．通過(guò)例題分析，使學(xué)生掌握使用動(dòng)量定理時(shí)要注意：(1)對(duì)物體進(jìn)行受力分析；(2)解題時(shí)注意選取正方向；(3)選取使用動(dòng)量定理的范圍。

2．通過(guò)對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的分析，培養(yǎng)學(xué)生使用物理規(guī)律有條理地解釋物理現(xiàn)象的能力。

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

動(dòng)量定理的應(yīng)用，是本節(jié)的重點(diǎn)。動(dòng)量、沖量的方向問(wèn)題，是使用動(dòng)量定理的難點(diǎn)。

三、教具

寬約2cm、長(zhǎng)約20cm的紙條，底部平整的粉筆一支。

四、主要教學(xué)過(guò)程(一)引入新課

物體動(dòng)量的改變，等于作用力的沖量，這是研究力和運(yùn)動(dòng)的重要理論。它反映了動(dòng)量改變和沖量之間的等值同向關(guān)系。下面通過(guò)例題，具體分析怎樣使用動(dòng)量定理。

(二)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

例1．豎立放置的粉筆壓在紙條的一端。要想把紙條從粉筆下抽出，又要保證粉筆不倒，應(yīng)該緩緩、小心地將紙條抽出，還是快速將紙條抽出？說(shuō)明理由。在同學(xué)回答的基礎(chǔ)上，進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。第一次是小心翼翼地將紙條抽出，現(xiàn)象是粉筆必倒。第二次是將紙條快速抽出。具體方法是一只手捏住紙條沒(méi)壓粉筆的一端，用另一只手的手指快速向下打擊紙條中部，使紙條從粉筆下快速抽出。現(xiàn)象是粉筆幾乎不動(dòng)，仍然豎立在桌面上。

先請(qǐng)同學(xué)們分析，然后老師再作綜合分析。

分析：紙條從粉筆下抽出，粉筆受到紙條對(duì)它的滑動(dòng)摩擦力μmg作用，方向沿紙條抽出的方向。不論紙條是快速抽出，還是緩緩抽出，粉筆在水平方向受到的摩擦力的大小不變。在紙條抽出過(guò)程中，粉筆受到摩擦力的作用時(shí)間用t表示，粉筆受到摩擦力的沖量為μmgt，粉筆原來(lái)靜止，初動(dòng)量為零，粉筆的末動(dòng)量用mv表示。根據(jù)動(dòng)量定理有

μmgt=mv

如果緩慢抽出紙條，紙條對(duì)粉筆的作用時(shí)間比較長(zhǎng)，粉筆受到紙條對(duì)它摩擦力的沖量就比較大，粉筆動(dòng)量的改變也比較大，粉筆的底端就獲得了一定的速度。由于慣性，粉筆上端還沒(méi)有來(lái)得及運(yùn)動(dòng)，粉筆就倒了。

如果在極短的時(shí)間內(nèi)把紙條抽出，紙條對(duì)粉筆的摩擦力沖量極小，粉筆的動(dòng)量幾乎不變。粉筆的動(dòng)量改變得極小，粉筆幾乎不動(dòng)，粉筆也不會(huì)倒下。練習(xí)：有一種雜技表演，一個(gè)人躺在地上，上面壓一個(gè)質(zhì)量較大的石板。另一個(gè)人手持大錘狠狠地打到石板上。問(wèn)躺著的人是否會(huì)有危險(xiǎn)？為什么？ 請(qǐng)同學(xué)們判斷結(jié)果，說(shuō)明原因，老師最后再總結(jié)。由于鐵錘打擊石板的時(shí)間極短，鐵錘對(duì)石板的沖量極小，石板的動(dòng)量幾乎不變，躺著的人不會(huì)受到傷害。例2．質(zhì)量1kg的鐵球從沙坑上方由靜止釋放，下落1s落到沙子表面上，又經(jīng)過(guò)0.2s，鐵球在沙子內(nèi)靜止不動(dòng)。假定沙子對(duì)鐵球的阻力大小恒定不變，求鐵球在沙坑里運(yùn)動(dòng)時(shí)沙子對(duì)鐵球的阻力。(g=10m/s2)解法1：(用牛頓第二定律求解)鐵球下落1s末，接觸到沙坑表面時(shí)速度

v=gt=10×1m/s 鐵球在沙子里向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度由v=10m/s減小到零。鐵球運(yùn)動(dòng)的加速度方向向上，鐵球在沙子里運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到向下的重力mg和沙子對(duì)它的阻力f。根據(jù)牛頓第二定律，以向上為正方向。

f-mg=ma 沙子對(duì)鐵球的作用力

f=mg+ma=1×(10+50)N=60N 解法2：(使用動(dòng)量定理)鐵球由靜止下落1s末，到與沙子接觸時(shí)速度為

v=gt=10×1m/s=10m/s 在沙子里運(yùn)動(dòng)時(shí)，鐵球受到向下的重力mg和沙子對(duì)它向上的阻力f。以向上為正方向，合力的沖量為(f-mg)t，物體的動(dòng)量由mv減小到零，動(dòng)量的改變?yōu)?-mv。根據(jù)動(dòng)量定理，(f-mg)t=-mv 沙子對(duì)鐵球的阻力

說(shuō)明：因?yàn)橐?guī)定向上為正方向，速度v的方向向下，所以10m/s應(yīng)為負(fù)值。解法3：(使用動(dòng)量定理)鐵球在豎直下落的1s內(nèi)，受到重力向下的沖量為mgt1。鐵球在沙子里向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到向下的重力沖量是mgt2，阻力對(duì)它向上的沖量是ft2。取向下為正方向，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所有外力沖量總和為I=mgt1+mgt2-ft2。鐵球開(kāi)始下落時(shí)動(dòng)量是零，最后靜止時(shí)動(dòng)量還是零。整個(gè)過(guò)程中動(dòng)量的改變就是零。根據(jù)動(dòng)量定理，mgt1+mgt2-ft2=0 沙子對(duì)鐵球的作用力

比較三種解法，解法1使用了牛頓第二定律，先用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出落到沙坑表面時(shí)鐵球的速度，再利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出鐵球在沙子里運(yùn)動(dòng)的加速度，最后用牛頓第二定律求出沙子對(duì)鐵球的阻力。整個(gè)解題過(guò)程分為三步。解法2先利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出鐵球落到沙子表面的速度，然后對(duì)鐵球在沙子里運(yùn)動(dòng)這一段使用動(dòng)量定理，求出沙子對(duì)鐵球的阻力。整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)化為兩步。解法3對(duì)鐵球的整個(gè)運(yùn)動(dòng)使用動(dòng)量定理，只需一步就可求出沙子對(duì)鐵球的阻力。解法3最簡(jiǎn)單。通過(guò)解法3看出，物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不論運(yùn)動(dòng)分為幾個(gè)不同的階段，各階段、各個(gè)力沖量的總和，就等于物體動(dòng)量的改變。這就是動(dòng)量定理的基本思想。

課堂練習(xí)：

1．為什么玻璃杯掉到水泥地上就會(huì)摔碎，落到軟墊上，就不會(huì)被摔碎？ 2．質(zhì)量5kg的物體靜止在水平面上，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，物體在F=15N的水平恒力作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。物體運(yùn)動(dòng)到3s末水平恒力的方向不變，大小增大到F2=20N。取g=10m/s2，求F2作用于物體上的5s末物體的速度。

答案：13m/s。

五、課堂小結(jié)

通過(guò)例題分析，可以看出：

(1)使用動(dòng)量定理時(shí)，一定要對(duì)物體受力進(jìn)行分析。(2)在一維空間內(nèi)使用動(dòng)量定理時(shí)，要注意規(guī)定一個(gè)正方向。(3)正確選擇使用動(dòng)量定理的范圍，可以使解題過(guò)程簡(jiǎn)化。

第五篇：高一物理高一全部教案(共52個(gè))06.4.萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用

萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用人造衛(wèi)星

一、教學(xué)目標(biāo)

1．通過(guò)對(duì)行星繞恒星的運(yùn)動(dòng)及衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)的研究，使學(xué)生初步掌握研究此類問(wèn)題的基本方法：萬(wàn)有引力作為物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。2．使學(xué)生對(duì)人造地球衛(wèi)星的發(fā)射、運(yùn)行等狀況有初步了解，使多數(shù)學(xué)生在頭腦中建立起較正確的圖景。

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1．天體運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬(wàn)有引力提供的，這一思路是本節(jié)課的重點(diǎn)。2．第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，是衛(wèi)星運(yùn)行的最大速度，它們的統(tǒng)一是本節(jié)課的難點(diǎn)。

三、教具

自制同步衛(wèi)星模型。

四、教學(xué)過(guò)程(一)引入新課 1．復(fù)習(xí)提問(wèn)：

(1)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式是什么？分別寫(xiě)出向心力與線速

(2)萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容是什么？如何用公式表示？(對(duì)學(xué)生的回答予以糾正或肯定。)

(3)萬(wàn)有引力和重力的關(guān)系是什么？重力加速度的決定式是什么？(學(xué)生回答：地球表面物體受到的重力是物體受到地球萬(wàn)有引力的一個(gè)分力，但這個(gè)分力的大小基本等于物體受到地球的萬(wàn)有引力。如不全面，教師予以補(bǔ)充。)

2．引課提問(wèn)：根據(jù)前面我們所學(xué)習(xí)的知識(shí)，我們知道了所有物體之間都存在著相互作用的萬(wàn)有引力，而且這種萬(wàn)有引力在天體這類質(zhì)量很大的物體之間是非常巨大的。那么為什么這樣巨大的引力沒(méi)有把天體拉到一起呢？(可由學(xué)生討論，教師歸納總結(jié)。)

因?yàn)樘祗w都是運(yùn)動(dòng)的，比如恒星附近有一顆行星，它具有一定的速度，根據(jù)牛頓第一定律，如果不受外力，它將做勻速直線運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在它受到恒星對(duì)它的萬(wàn)有引力，將偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向。這樣，它既不能擺脫恒星的控制遠(yuǎn)離恒星，也不會(huì)被恒星吸引到一起，將圍繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，行星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由恒星對(duì)它的萬(wàn)有引力提供。(教師邊講解，邊畫(huà)板圖。)可見(jiàn)萬(wàn)有引力與天體的運(yùn)動(dòng)密切聯(lián)系，我們這節(jié)課就要研究萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。

板書(shū)：萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用人造衛(wèi)星(二)教學(xué)過(guò)程

1．研究天體運(yùn)動(dòng)的基本方法

剛才我們分析了行星的運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)行星繞恒星做圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，恒星對(duì)行星的萬(wàn)有引力是行星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。其實(shí)，所有行星繞恒星或衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)都可以基本上看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。這時(shí)運(yùn)動(dòng)的行星或衛(wèi)星的受力情況也非常簡(jiǎn)單：它不可能受到彈力或摩擦力，所受到的力只有一種——萬(wàn)有引力。萬(wàn)有引力作為其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。

板書(shū)：F萬(wàn)=F向

下面我們根據(jù)這一基本方法，研究幾個(gè)天文學(xué)的問(wèn)題。(1)天體質(zhì)量的計(jì)算

如果我們知道了一個(gè)衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的周期，知道了衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道半徑，能否求出行星的質(zhì)量呢？根據(jù)研究天體運(yùn)動(dòng)的基本方法：萬(wàn)有引力做向心力，F(xiàn)萬(wàn)=F向

(指副板書(shū))此時(shí)知道衛(wèi)星的圓周運(yùn)動(dòng)周期，其向心力公式用哪個(gè)好呢？

等式兩邊都有m，可以約去，說(shuō)明與衛(wèi)星質(zhì)量無(wú)關(guān)。我們就可以得

(2)衛(wèi)星運(yùn)行速度的比較

下面我們?cè)賮?lái)看一個(gè)問(wèn)題：某行星有兩顆衛(wèi)星，這兩顆衛(wèi)星的質(zhì)量和軌道半徑都不相同，哪顆衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度快呢？我們?nèi)匀焕醚芯刻祗w運(yùn)動(dòng)的基本方法：以萬(wàn)有引力做向心力

F萬(wàn)=F向

設(shè)行星質(zhì)量為M，某顆衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，此衛(wèi)星質(zhì)量為m，它受到行星對(duì)它的萬(wàn)有引力為

(指副板書(shū))于是我們得到

等式兩邊都有m，可以約去，說(shuō)明與衛(wèi)星質(zhì)量無(wú)關(guān)。于是我們得到

從公式可以看出，衛(wèi)星的運(yùn)行速度與其本身質(zhì)量無(wú)關(guān)，與其軌道半徑的平方根成反比。軌道半徑越大，運(yùn)行速度越??；軌道半徑越小，運(yùn)行速度越大。換句話說(shuō)，離行星越近的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度越大。這是一個(gè)非常有用的結(jié)論，希望同學(xué)能夠給予重視。

(3)海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)

剛才我們研究的問(wèn)題只是實(shí)際問(wèn)題的一種近似，實(shí)際問(wèn)題要復(fù)雜一些。比如，行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌道并不是正圓，而是橢圓；每顆行星受到的引力也不僅由太陽(yáng)提供，除太陽(yáng)的引力最大外，還要受到其他行星的引力。這就需要更復(fù)雜一些的運(yùn)算，而這種運(yùn)算，導(dǎo)致了海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)。

200年前，人們認(rèn)識(shí)的太陽(yáng)系有7大行星：水星、金星、地球、火星、土星、木星和天王星，后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)最外面的行星——天王星的運(yùn)行軌道與用萬(wàn)有引

力定律計(jì)算出的有較大的偏差。于是，有人推測(cè)，在天王星的軌道外側(cè)可能還有一顆行星，它對(duì)天王星的引力使天王星的軌道發(fā)生偏離。而且人們計(jì)算出這顆行星的可能軌道，并且在計(jì)算出的位置終于觀測(cè)到了這顆新的行星，將它命名為海王星。再后，又發(fā)現(xiàn)海王星的軌道也與計(jì)算值有偏差，人們進(jìn)一步推測(cè)，海王星軌道外側(cè)還有一顆行星，于是用同樣的方法發(fā)現(xiàn)了冥王星?？梢?jiàn)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。

2．人造地球衛(wèi)星

下面我們?cè)賮?lái)研究一下人造地球衛(wèi)星的發(fā)射及運(yùn)行情況。(1)衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行

最早研究人造衛(wèi)星問(wèn)題的是牛頓，他設(shè)想了這樣一個(gè)問(wèn)題：在地面某一高處平拋一個(gè)物體，物體將走一條拋物線落回地面。物體初速度越大，飛行距離越遠(yuǎn)?？紤]到地球是圓形的，應(yīng)該是這樣的圖景：(板圖)當(dāng)拋出物體沿曲線軌道下落時(shí)，地面也沿球面向下彎曲，物體所受重力的方向也改變了。當(dāng)物體初速度足夠大時(shí)，物體總要落向地面，總也落不到地面，就成為地球的衛(wèi)星了。

從剛才的分析我們知道，要想使物體成為地球的衛(wèi)星，物體需要一個(gè)最小的發(fā)射速度，物體以這個(gè)速度發(fā)射時(shí)，能夠剛好貼著地面繞地球飛行，此時(shí)其重力提供了向心力。

其中，g為地球表面的重力加速度，約9.8m/s2。R為地球的半徑，約為6.4×106m。代入數(shù)據(jù)我們可以算出速度為7.9×103m/s，也就是7.9km/s。這個(gè)速度稱為第一宇宙速度。

板書(shū)：第一宇宙速度v=7.9km/s 第一宇宙速度是發(fā)射一個(gè)物體，使其成為地球衛(wèi)星的最小速度。若以第一宇宙速度發(fā)射一個(gè)物體，物體將在貼著地球表面的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若發(fā)射速度大于第一宇宙速度，物體將在離地面遠(yuǎn)些的軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)在同學(xué)思考一個(gè)問(wèn)題：剛才我們分析衛(wèi)星繞行星運(yùn)行時(shí)得到一個(gè)結(jié)論：衛(wèi)星軌道離行星越遠(yuǎn)，其運(yùn)動(dòng)速度越小?，F(xiàn)在我們又得到一個(gè)結(jié)論：衛(wèi)星的發(fā)射速度越大，其運(yùn)行軌道離地面越遠(yuǎn)。這兩者是否矛盾呢？

其實(shí)，它們并不矛盾，關(guān)鍵是我們要分清發(fā)射速度和運(yùn)行速度是兩個(gè)不同的速度：比如我們以10km/s的速度發(fā)射一顆衛(wèi)星，由于發(fā)射速度大于7.9km/s，衛(wèi)星不可能在地球表面飛行，將會(huì)遠(yuǎn)離地球表面。而衛(wèi)星遠(yuǎn)離地球表面的過(guò)程中，其在垂直地面方向的運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于豎直上拋運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星速度將變小。當(dāng)衛(wèi)星速度減小到7.9km/s時(shí)，由于此時(shí)衛(wèi)星離地球的距離比剛才大，根據(jù)萬(wàn)有引力定律，此時(shí)受到的引力比剛才小，仍不能使衛(wèi)星在此高度繞地球運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)星還會(huì)繼續(xù)遠(yuǎn)離地球。衛(wèi)星離地面更遠(yuǎn)了，速度也進(jìn)一步減小，當(dāng)速度減小到某一數(shù)值時(shí)，比如說(shuō)5km/s時(shí)，衛(wèi)星在這個(gè)位置受到的地球引力剛好滿足衛(wèi)星在這個(gè)軌道以這個(gè)速度運(yùn)動(dòng)所需向心力，衛(wèi)星將在這個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)。而此時(shí)的運(yùn)行速度小于第一宇宙速度。所以，第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小速度，是衛(wèi)星地球運(yùn)行的最大速度。

板書(shū)：第一宇宙速度是發(fā)射地球衛(wèi)星的最小速度，是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大速度。

如果物體發(fā)射的速度更大，達(dá)到或超過(guò)11.2km/s時(shí)，物體將能夠擺脫地球引力的束縛，成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的行星或飛到其他行星上去。11.2km/s這個(gè)速度稱為第二宇宙速度。

板書(shū)：第二宇宙速度v=11.2km/s 如果物體的發(fā)射速度再大，達(dá)到或超過(guò)16.7km/s時(shí)，物體將能夠擺脫太陽(yáng)引力的束縛，飛到太陽(yáng)系外。16.7km/s這個(gè)速度稱為第三宇宙速度。

板書(shū)：第三宇宙速度v=16.7km/s(2)同步通訊衛(wèi)星

下面我們?cè)賮?lái)研究一種衛(wèi)星——同步通信衛(wèi)星。這種衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的角速度與地球自轉(zhuǎn)的速度相同，所以從地面上看，它總在某地的正上方，因此叫同步衛(wèi)星。這種衛(wèi)星一般用于通訊，又叫同步通訊衛(wèi)星。我們平時(shí)看電視實(shí)況轉(zhuǎn)播時(shí)總聽(tīng)到解說(shuō)員講：正在通過(guò)太平洋上空或印度洋上空的通訊衛(wèi)星轉(zhuǎn)播電視實(shí)況，為什么北京上空沒(méi)有同步衛(wèi)星呢？大家來(lái)看一下模型(出示模型)：

若在北緯或南緯某地上空真有一顆同步衛(wèi)星，那么這顆衛(wèi)星軌道平面的中心應(yīng)是地軸上的某點(diǎn)，而不是地心，其需要的向心力也指向這一點(diǎn)。而地球所能夠提供的引力只能指向地心，所以北緯或南緯某地上空是不可能有同步衛(wèi)星的。另外由于同步衛(wèi)星的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，所以此衛(wèi)星離地球的距離只能是一個(gè)定值。換句話說(shuō)，所有地球的同步衛(wèi)星只能分布在赤道正上方的一條圓弧上，而為了衛(wèi)星之間不相互干擾，大約3度角左右才能放置一顆衛(wèi)星，地球的同步通訊衛(wèi)星只能有120顆?？梢?jiàn)，空間位置也是一種資源。(可視時(shí)間讓學(xué)生推導(dǎo)同步衛(wèi)星的高度)

五、課堂小結(jié)

本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了如何用萬(wàn)有引力定律來(lái)研究天體運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題；掌握了萬(wàn)有引力是向心力這一研究天體運(yùn)動(dòng)的基本方法；了解了衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行的一些情況；知道了第一宇宙速度是衛(wèi)星發(fā)射的最小速度，是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的最大速度。最后我們還了解了通訊衛(wèi)星的有關(guān)情況，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容較多，希望及時(shí)復(fù)習(xí)。

六、說(shuō)明

1．設(shè)計(jì)思路：本節(jié)課是一節(jié)知識(shí)應(yīng)用與擴(kuò)展的課程，所以設(shè)計(jì)時(shí)注意加大知識(shí)含量，引起學(xué)生興趣。同時(shí)注意方法的培養(yǎng)，讓學(xué)生養(yǎng)成用萬(wàn)有引力是天體運(yùn)動(dòng)的向心力這一基本方法研究問(wèn)題的習(xí)慣，避免套公式的不良習(xí)慣。圍繞第一宇宙速度的討論，讓學(xué)生形成較正確的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)圖景。

2．同步衛(wèi)星模型是用一地球儀改制而成，用一個(gè)小球當(dāng)衛(wèi)星，小球與地球儀用細(xì)線相連，細(xì)線的一端可在地球儀的不同緯度處固定。