第一篇：高中物理新課標(biāo)人教版必修2優(yōu)秀教案： 文本式教學(xué)設(shè)計 宇宙航行

宇宙航行 文本式教學(xué)設(shè)計

整體設(shè)計

本節(jié)重點講述了人造衛(wèi)星的發(fā)射原理，推導(dǎo)了第一宇宙速度，并介紹了第二、第三宇宙速度.人造衛(wèi)星是萬有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用的一個實例，是人類征服自然的見證，體現(xiàn)了知識的力量，是學(xué)生學(xué)習(xí)了解現(xiàn)代科技知識的一個極好素材.教材不但介紹了人造衛(wèi)星中一些基本理論，更是在其中滲透了很多研究實際物理問題的物理方法.因此本節(jié)課是“萬有引力定律與航天”中的重要內(nèi)容，是學(xué)生進一步學(xué)習(xí)研究天體物理問題的理論基礎(chǔ).另外，學(xué)生通過對人造衛(wèi)星、宇宙速度的了解，也將潛移默化地產(chǎn)生對航天科學(xué)的熱愛，增強民族自信心和自豪感.本節(jié)內(nèi)容涉及人造衛(wèi)星的運動規(guī)律和三個宇宙速度的含義，在處理有關(guān)衛(wèi)星的問題時，可以按勻速圓周運動模型處理，進而結(jié)合向心力公式、向心加速度公式及圓周運動公式，推導(dǎo)已知量和未知量的關(guān)系.學(xué)習(xí)宇宙速度時，要對比記憶，明確其物理意義.應(yīng)掌握推導(dǎo)過程，體會推導(dǎo)第一宇宙速度的物理思想，另外，結(jié)合向心運動或離心運動分析衛(wèi)星軌道如何變化或改變的原因.教學(xué)重點

會推導(dǎo)第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度.教學(xué)難點

運行速率與軌道半徑之間的關(guān)系.課時安排

1課時

三維目標(biāo) 知識與技能

1.了解人造衛(wèi)星的有關(guān)知識.2.知道三個宇宙速度的含義，會推導(dǎo)第一宇宙速度.3.通過實例，了解人類對太空的探索歷程.過程與方法

1.能通過航天事業(yè)的發(fā)展史說明物理學(xué)的發(fā)展對于自然科學(xué)的促進作用.2.通過用萬有引力定律推導(dǎo)第一宇宙速度，培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決問題的能力.情感態(tài)度與價值觀

1.通過對我國航天事業(yè)發(fā)展的了解，進行愛國主義的教育.2.關(guān)心國內(nèi)外航空航天事業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，有將科學(xué)技術(shù)服務(wù)于人類的意識.課前準備

多媒體課件、月球繞地球轉(zhuǎn)動演示儀.教學(xué)過程

導(dǎo)入新課 情景導(dǎo)入

阿波羅飛船載人登月和返回地球的軌道示意圖

經(jīng)火箭發(fā)射，“阿波羅11號”首先進入環(huán)繞地球的軌道，然后加速，脫離地球軌道后，慣性滑行，進入環(huán)繞月球的軌道，最后登月艙降落在月球.當(dāng)宇航員在月球上完成工作后，再發(fā)動引擎進入環(huán)月球的軌道，然后加速，脫離月球軌道，進入地球軌道，最后降落于地球.結(jié)合登月航線討論：為什么飛船能圍繞地球旋轉(zhuǎn)？飛船在什么條件下能掙脫地球的束縛？

情景導(dǎo)入

萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，不僅解決了天上行星的運行問題，也為人們開辟了上天的理論之路.現(xiàn)代火箭航天技術(shù)先驅(qū)、俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基曾說過：“地球是人類的搖籃，人類絕不會永遠躺在這個搖籃里，而會不斷地探索新的天體和空間.”1957年10月4日，前蘇聯(lián)用三級火箭發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星——“旅行者1號”，人類開始邁入航天時代.火箭發(fā)射

2003年10月15日，“神舟五號”飛船載著中國第一位航天員楊利偉成功升空，這標(biāo)志著我國進入了載人航天時代.那么，多大的速度才能使物體不再落回地面，而使其成為地球的一顆衛(wèi)星呢？ 情景導(dǎo)入

牛頓在思考萬有引力定律時就曾經(jīng)想過，從高山上水平拋出的物體速度一次比一次大時，落點就一次比一次遠.如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，這就是人造地球衛(wèi)星的雛形.那么這個速度需要多大呢？

學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之后便可解決上述問題了.推進新課

一、宇宙速度

課案片段一：人造地球衛(wèi)星

課件展示

1.人造衛(wèi)星發(fā)射及其在圓形軌道上的運動.2.演示月球繞地球轉(zhuǎn)動.問題：1.拋出的石頭會落地，為什么衛(wèi)星、月球沒有落下來？

2.衛(wèi)星、月球沒有落下來必須具備什么條件？ 學(xué)生帶著這兩個問題閱讀教材“宇宙速度”部分.策略：教師不要急于讓學(xué)生回答上述兩個問題，提出這兩個問題的目的是讓學(xué)生帶著問題去閱讀課文，具有針對性，而且這兩個問題可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.教師活動：演示拋物實驗，提出問題：

1.平拋物體的速度逐漸增大，物體的落地點如何變化？ 2.速度達到一定值后，物體能否落回地面？ 3.若不能，此速度必須滿足什么條件？ 4.若此速度再增大，又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 組織學(xué)生討論、交流，大膽猜測.結(jié)論：1.平拋物體的速度逐漸增大，物體的落地點逐漸變大.2.速度達到一定值后，物體將不再落回地面.3.物體不落回地面時環(huán)繞地面做圓周運動，所受地面的引力恰好用來提供向心力，滿足GMmr2?mvr2?v?GMr.4.若此速度再增大，物體不落回地面，也不再做勻速圓周運動，萬有引力不能提供所需要的向心力，從而做離心運動，軌道為橢圓軌道.合作探究

教師引導(dǎo)學(xué)生共同探究出：

1.人造衛(wèi)星：物體繞地球做圓周運動時，此物體成為地球的衛(wèi)星.2.衛(wèi)星軌道：可以是圓軌道，也可以是橢圓軌道.衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運行時，由于地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力提供了衛(wèi)星繞地球運動的向心力，而萬有引力指向地心，所以，地心必須是衛(wèi)星圓軌道的圓心.衛(wèi)星的軌道平面可以在赤道平面內(nèi)（如同步衛(wèi)星），也可以和赤道平面垂直，還可以和赤道平面成任一角度.衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運動時，地心是橢圓的一個焦點，其周期和半長軸的關(guān)系遵循開普勒第三定律.3.衛(wèi)星的種類：

衛(wèi)星主要有偵察衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、地球資源勘測衛(wèi)星、科學(xué)研究衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星和測地衛(wèi)星等種類.4.衛(wèi)星的運行：

衛(wèi)星在軌道上運行時，衛(wèi)星的軌道可視為圓形，這樣衛(wèi)星受到的萬有引力提供了衛(wèi)星做圓周運動的向心力.設(shè)衛(wèi)星的軌道半徑為r，線速度大小為v，角速度為ω，周期為T，向心加速度為a.根據(jù)萬有引力定律與牛頓第二定律得GMmr2=ma=mv2r=mrω=mr

24?T22

所以，衛(wèi)星運行速度、角速度、周期和半徑的關(guān)系分別為：v=

GMr,ω=

GMr3,T=

4?rGM3.例1 在圓軌道上質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星，它到地面的距離等于地球半徑R，地面上的重力加速度為g，則（）A.衛(wèi)星運行的速度為122gR

B.衛(wèi)星運行的周期為4?142Rg

C.衛(wèi)星的加速度為g

D.衛(wèi)星的動能為mgR 解析：萬有引力充當(dāng)向心力，有GGMR2Mm(R?R)2?mv22R

又g=

gR2故v=GM2R?,A錯.T=

2??2Rv12?4?R2gRgR2?4?2Rg,B對.a=v2r?v22R?g4,C錯.Ek=

12mv2?m?mgR4,D對.答案：BD 總結(jié)：衛(wèi)星問題的求解，應(yīng)知道萬有引力提供了衛(wèi)星做圓周運動的向心力.地球表面的重力加速度g=GMR2,當(dāng)M未知時，可用其代換.由于g=

GMR2經(jīng)常用到，所以叫“黃金公式”.點評：運用現(xiàn)代教育信息技術(shù)，把人類第一顆衛(wèi)星發(fā)射場景，我國衛(wèi)星發(fā)射、回收等有關(guān)資料片段重現(xiàn)在學(xué)生面前，給學(xué)生大量的生動的直觀感受，使學(xué)生的思維在直觀情景中由感性具體上升到思維抽象，準確地得到人造衛(wèi)星的概念.課堂訓(xùn)練

有兩顆人造衛(wèi)星，都繞地球做勻速圓周運動，已知它們的軌道半徑之比r1∶r2=4∶1,求這兩顆衛(wèi)星的：（1）線速度之比；（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比.參考答案： 解答：（1）由GMmr2?mvr2

得v=GMr

所以v1∶v2=1∶2.（2）由GMmr2=mω2r 得ω=GMr3

所以ω1∶ω2=1∶8.2?（3）由T=

?得T1∶T2=8∶1.（4）由GMmr2=ma 得a1∶a2=1∶16.課案片段二：三個宇宙速度

教師活動：提出問題，讓學(xué)生帶著問題去閱讀課文，思考問題，交流討論，解決問題.問題：1.什么是第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度？ 2.第一宇宙速度是如何推導(dǎo)出來的？

3.將衛(wèi)星送入低軌道和送入高軌道哪一個更容易？為什么？ 4.所需的發(fā)射速度，哪一個更大？為什么？

5.發(fā)射速度和衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)的速度是不是同一速度？發(fā)射速度大說明什么？衛(wèi)星運轉(zhuǎn)速度大又說明什么？

學(xué)生閱讀課文，思考、討論，學(xué)生代表發(fā)言： 結(jié)論：1.第一宇宙速度：人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，v1=7.9 km/s.第二宇宙速度：在地面上發(fā)射物體，使之能夠脫離地球的引力作用，成為繞太陽運行的人造衛(wèi)星或飛到其他行星上去所必須達到的最小發(fā)射速度.v2=11.2 km/s.第三宇宙速度：在地面上發(fā)射物體，使之最后能脫離太陽的引力范圍，飛到太陽系以外的宇宙空間所必需的最小速度.v3=16.7 km/s.2.第一宇宙速度的推導(dǎo)：由v=

GMrGMR，應(yīng)用近地條件r=R(R為地球半徑），R=6 400 km，代入地球質(zhì)量M=6×1024 kg，得v=

=7.9 km/s.第一宇宙速度的另一種推導(dǎo)：

在地面附近，重力等于萬有引力，此力提供衛(wèi)星做勻速圓周運動的向心力.（地球半徑R、地面重力加速度g已知）

由mg=mv2R得v=gR?9.8?6400?103m/s=7.9 km/s.說明：上述兩種推導(dǎo)地球上第一宇宙速度的方法，也可以推廣運用到其他星球上去.即知道了某個星球的質(zhì)量M和半徑r，或該星球的半徑r及表面的重力加速度g，可以用同樣方法，求得該星球上的第一宇宙速度.3.將衛(wèi)星送入低軌道容易，因為向低軌道發(fā)射衛(wèi)星，火箭要克服地球?qū)λ囊ψ龅墓ι?4.向高軌道發(fā)射，所需要的發(fā)射速度大.5.發(fā)射速度與環(huán)繞速度不同.發(fā)射速度是將衛(wèi)星送入軌道，在地面上所必須獲得的速度.環(huán)繞速度是衛(wèi)星發(fā)射成功后，環(huán)繞地球運行時的速度.由上述分析知，發(fā)射速度越大，軌道半徑越大，由v=GMr知，環(huán)繞速度越小.知識拓展

1.根據(jù)三個宇宙速度的定義，三個宇宙速度又分別叫環(huán)繞速度、脫離速度、逃逸速度.2.v1=7.9 km/s是最小的發(fā)射速度，但卻是最大的環(huán)繞速度.①7.9 km/s

A.0.4 km/s

B.1.8 km/s

C.11 km/s

D.36 km/s 解析：對于環(huán)繞地球或月球的人造衛(wèi)星，其所受萬有引力根據(jù)它們做圓周運動所需向心力，即GMmr2?mv2r

所以v=

GMr

第一宇宙速度指的是最小發(fā)射速度，同時也是近地衛(wèi)星環(huán)繞速度，對于近地衛(wèi)星來說，其軌道半徑近似等于地球半徑

所以v月v地29?M月M29地?r地r月?481?29

所以v月=答案：B v地?×7.9 km/s≈1.8 km/s.課堂訓(xùn)練

1.恒星演化發(fā)展到一定階段，可能成為恒星世界的“侏儒”——中子星.中子星的半徑較小，一般在7 km—20 km，但它的密度大得驚人.若某中子星的半徑為10 km，密度為1.2×1017kg/m3，那么該中子星上的第一宇宙速度約為（）

A.7.9 km/s

B.16.7 km/s C.2.9×104 km/s

D.5.8×104 km/s 解析：中子星上的第一宇宙速度即為它表面處的衛(wèi)星的環(huán)繞速度，此時衛(wèi)星的軌道半徑近似地認為是該中子星的球半徑，且中子星對衛(wèi)星的萬有引力充當(dāng)向心力，由GMmr2?mv2r,得v=GMr,又M=ρV=?4?r33,得

?1117v=r4?G?3=1×10×44?3.14?6.67?103?1.2?10m/s=5.8×107 m/s.答案：D 注意：7.9 km/s是地球人造衛(wèi)星的第一宇宙速度，不同的天體其第一宇宙速度也不同.只有理解了第一宇宙速度的物理意義，知道第一宇宙速度的導(dǎo)出過程，才能用這種計算方法計算任何天體上的第一宇宙速度.知識拓展

拓展1：同步衛(wèi)星是相對于地面靜止的、和地球自轉(zhuǎn)具有相同的周期的衛(wèi)星，T=24 h.同步衛(wèi)星一定位于赤道上方距地面高h處，且h是一定的.同步衛(wèi)星也叫通訊衛(wèi)星.假設(shè)衛(wèi)星的軌道在某一緯線圈的上方跟著地球的自轉(zhuǎn)同步地做勻速圓周運動，衛(wèi)星運動的向心力由地球?qū)λ囊Φ囊粋€分力提供.由于另一個分力的作用將使衛(wèi)星軌道靠向赤道,故只有在赤道上方，同步衛(wèi)星才可能在穩(wěn)定的軌道上運行.設(shè)地球的質(zhì)量為M，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，地球的半徑為R，離地面的高度為h，由萬有引力提供向心力和已知的周期T，得：GMm(R?h)2=mω(R+h)=m(R+h)（22?T),所以，h=

32GMT4?22

-R，代入數(shù)值得h=3.6×107 m.由此可知要發(fā)射地球同步衛(wèi)星，必須同時滿足三個條件：(1)衛(wèi)星運動周期和地球自轉(zhuǎn)周期相同.(2)衛(wèi)星的運行軌道在地球的赤道平面內(nèi).(3)衛(wèi)星距地面的高度有確定的值（約為3.6×107 m）.拓展2：人造地球衛(wèi)星中的超重和失重

在人造衛(wèi)星的發(fā)射過程中，整個衛(wèi)星以加速度a向上加速運動，這時衛(wèi)星中的人和其他物體的動力學(xué)方程為N-mg=ma N=mg+ma

即N>mg，這就是超重現(xiàn)象.這種情況與升降機中的超重相同.當(dāng)衛(wèi)星進入軌道以后，圍繞地球做勻速圓周運動，這時衛(wèi)星中的人和其他物體均以本身所受的重力作為向心力，即mg=mv2r

顯然，它們不再給支持物以壓力或拉力，衛(wèi)星上的物體完全失重，在衛(wèi)星中處于漂浮狀態(tài).因此，在衛(wèi)星上的儀器，凡是使用原理與重力有關(guān)的均不能使用.2.發(fā)射地球同步衛(wèi)星時，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點火，使其沿橢圓軌道2運行，最后再次點火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點，軌道2、3相切于P點，如圖所示.則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時，以下說法正確的是（）

A.衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率 B.衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度

C.衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度 D.衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度

解析：本題主要考查人造地球衛(wèi)星的運動，尤其是考查了同步衛(wèi)星的發(fā)射過程，對考生理解物理模型有很高的要求.由GMmr2?mv2r得v=

GMr

因為r3>r1，所以v3

因為r3>r1,所以ω3<ω1

衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度為地球引力產(chǎn)生的加速度，而在軌道2上經(jīng)過Q點時，也只有地球引力產(chǎn)生加速度，故應(yīng)相等.同理，衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點時的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度.答案：BD 點撥：（1）在討論有關(guān)衛(wèi)星的題目時，關(guān)鍵要明確：向心力、軌道半徑、線速度、角速度和周期彼此影響、互相聯(lián)系，只要其中的一個量確定了，其他的量也就不變了.只要一個量發(fā)生了變化，其他的量也都隨之變化，不管是定性的分析還是定量的計算，都要依據(jù)下列關(guān)系式加以討論： GMmr2?mv2r=mωr=mωv=m

24?T22r.（2）要區(qū)別線速度和發(fā)射速度，不要從v=小，因而發(fā)射越容易”.二、夢想成真 問題（課件展示）：

GMr出發(fā)誤認為“高度越大的衛(wèi)星，運動速度越1.是誰真正為人類邁向太空提供了科學(xué)思想？ 2.世界上第一顆人造地球衛(wèi)星是哪個國家發(fā)射的？ 3.最先登上月球的是哪國人？

4.中國載人航天工程是哪一年正式啟動的？ 5.中國第一個被送入太空的航天員是誰？

學(xué)生閱讀課文“夢想成真”這一部分，回答上述問題.明確：1.俄羅斯學(xué)者齊奧爾科夫斯基

2.蘇聯(lián)

3.美國人 4.1992年

5.楊利偉

點評：通過閱讀課文，解決問題.感知人類探索宇宙的夢想，激發(fā)學(xué)生運用知識解決問題的能力，促使學(xué)生樹立獻身科學(xué)的人生觀、價值觀.閱讀材料：

材料1.人類探索太空的成就

從1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，到今天人類已向太空發(fā)射了數(shù)以千計的包括衛(wèi)星、空間站在內(nèi)的航天器.“阿波羅”11號成功登陸月球，載人航天技術(shù)迅速發(fā)展.與此同時，探索太空、尋找人類知音的活動，也在持續(xù)進行.“先驅(qū)者”10號、11號及“旅行者”1號和2號先后出發(fā)，進入了茫茫太空，開始了它們的探索之旅.中華民族也不甘示弱，在火箭技術(shù)、衛(wèi)星發(fā)射回收等技術(shù)方面均走在了世界的前列.伴隨著“神舟五號”的發(fā)射成功，中國已正式啟動“嫦娥工程”，開始了宇宙探索的新征程.材料2.中華民族是最早產(chǎn)生飛天夢想的偉大民族.從“嫦娥奔月”的動人傳說到敦煌飛天的美麗壁畫，從明代的萬戶飛天到如今的“神舟”號飛船，中華民族探索太空的腳步從來就沒有停止過.1970年4月24日，我國的第一顆人造地球衛(wèi)星——“東方紅”1號上天了，嘹亮的“東方紅”樂曲響徹太空，中國人有了自己的衛(wèi)星.接著，我國相繼研制和發(fā)射了科學(xué)實驗衛(wèi)星、返回式衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等一系列衛(wèi)星.2003年10月15日9時整，“神舟五號”飛船載著中國第一位航天員楊利偉成功升空，在太空遨游了21個多小時，繞地球飛行14圈，于2003年10月16日6時23分在內(nèi)蒙古草原安全著陸.飛船的成功發(fā)射，標(biāo)志著中國成為世界上第三個能夠獨立開展載人航天活動的國家.中國和其他國家一樣，在此之前探索宇宙的道路已經(jīng)歷了艱難的跋涉，且已取得了巨大成就.課堂訓(xùn)練

1.關(guān)于第一宇宙速度，下列說法正確的是（）A.它是人造地球衛(wèi)星繞地球飛行的最小速度 B.它是近地圓軌道上人造地球衛(wèi)星的運行速度 C.它是使衛(wèi)星進入近地圓軌道的最小發(fā)射速度 D.它是衛(wèi)星在橢圓軌道上運行時在遠地點的速度

答案：BC

2.同步衛(wèi)星是與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星，它的周期T=24 h.關(guān)于同步衛(wèi)星的下列說法正確的是（）

A.同步衛(wèi)星離地面的高度和運行速度是一定的

B.同步衛(wèi)星離地面的高度越高，其運行速度就越大；高度越低，速度越小 C.同步衛(wèi)星只能定點在赤道上空，相對地面靜止不動

D.同步衛(wèi)星的向心加速度與赤道上物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度大小相等 答案：AC

3.2004年10月19日，中國第一顆業(yè)務(wù)型同步氣象衛(wèi)星——“風(fēng)云二號C”發(fā)射升空，并進入預(yù)定軌道.下列關(guān)于這顆衛(wèi)星在軌道上運行的描述，正確的是（）A.速度介于7.9 km/s與11.2 km/s之間

B.周期小于地球自轉(zhuǎn)周期 C.加速度小于地面重力加速度

D.處于平衡狀態(tài) 答案：C 4.我們設(shè)想，如果地球是個理想的球體，沿地球的南北方向修一條平直的閉合高速公路，一輛性能很好的汽車在這條高速公路上可以一直加速下去，并且忽略空氣阻力，那么這輛汽車的最終速度（）

A.無法預(yù)測

B.與飛機速度相當(dāng) C.小于“神舟五號”宇宙飛船的速度

D.可以達到7.9 km/s 答案：D 課堂小結(jié)

1.知識小結(jié)

萬有引力定律和向心力公式相結(jié)合，可以推導(dǎo)出衛(wèi)星繞行的線速度、角速度、周期和半徑的關(guān)系，記住三種宇宙速度的數(shù)值，結(jié)合航天知識可以進行實際的計算.同步衛(wèi)星是眾多衛(wèi)星當(dāng)中較特殊的一種，認識它的特點和規(guī)律，可以用來求解很多題目.2.規(guī)律方法總結(jié)

（1）萬有引力定律應(yīng)用于衛(wèi)星問題，是牛頓第二定律在天體運行中的具體應(yīng)用.把握好萬有引力定律、牛頓第二定律、勻速圓周運動及其他力學(xué)知識的綜合，是解答本節(jié)問題的關(guān)鍵.（2）公式GMmr2=mg中的g是與r（即軌道半徑）有關(guān)的量，而不是一個定值，只是在地球表面附近時，g的變化很小，在處理自由落體運動時，為了簡化問題，把g作為定值處理了.布置作業(yè)

1.閱讀教材的科學(xué)漫步欄目——黑洞.2.上網(wǎng)查閱：（1）人造衛(wèi)星的種類.（2）同步衛(wèi)星的含義及特點.板書設(shè)計 宇宙航行 ??v2??mr????maGMm,???衛(wèi)星:萬有引力提供向心力22rmr???2??4??mr?2T??? 宇宙航行??第一宇宙速度v1?7.9km/s???宇宙速度?第二宇宙速度v2?11.2km/s???第三宇宙速度v3?16.7km/s???世界探索太空的成就?夢想成真???中國探索太空的成就???活動與探究

課題：為“神舟”飛船設(shè)計一項搭載實驗.活動內(nèi)容：在“神舟五號”飛船或航天飛機內(nèi)，都搭載了不少利用微重力環(huán)境的科學(xué)實驗項目，其中有些是中學(xué)生設(shè)計的，如在“哥倫比亞”號航天飛機內(nèi)就搭載有我國中學(xué)生設(shè)計的“微重力下蠶的生長發(fā)育的實驗”.我國即將發(fā)射“神舟七號”載人飛船，你想在飛船內(nèi)搭載實驗嗎？請在老師的指導(dǎo)下合作，設(shè)計一項搭載實驗.全班同學(xué)可舉行一次活動，評選出優(yōu)秀的實驗方案.習(xí)題詳解

1.解答：設(shè)飛船的質(zhì)量是m，周期為T，離地面高度為h.由題意知：T=21?3600?23?6014s=5 498.57 s

GMm(R?h)2萬有引力提供飛船做圓周運動的向心力得=m(R+h)

4?T22, 故“神舟五號”距離地面的高度h=3代入數(shù)據(jù)得h=3.4×105 m.GMT4?22?R

2.解答：近地飛行的軌道半徑r=R(R為地球半徑）.設(shè)其速度為v.由萬有引力提供向心力得

GMmR2?mvR

2①

忽略地球自轉(zhuǎn)，地球表面上質(zhì)量為m0的物體的重力m0g=

GMmR20

②

由①②得v=gR.MmR23.解答：（1）由mg=G得

g1g2?M1R2M2R221 所以g1=M1R2M2R122g2=8.9 m/s.2（2）由GM1mR21?mv2R1得v=

GMR11?R1g1=7.3km/s.設(shè)計點評

學(xué)科教學(xué)活動以學(xué)生為主體，促進學(xué)生知識、能力、品德三維一體的全面發(fā)展，這是本課件設(shè)計的基本理念.學(xué)生已學(xué)過平拋運動、勻速圓周運動、萬有引力定律等基本理論，具備了解決問題的基本工具.本節(jié)課的難點在于對人造衛(wèi)星原理的理解，因此教學(xué)設(shè)計上采用理論探究法：在設(shè)計中突出發(fā)揮學(xué)生的主體作用，課堂中通過設(shè)疑→思考→啟發(fā)→引導(dǎo)這樣一條主線，激發(fā)鼓勵學(xué)生大膽思考、積極參與，讓學(xué)生通過自己的分析來掌握獲取相關(guān)的知識和方法.

第二篇：高中物理新課標(biāo)人教版必修2優(yōu)秀教案： 宇宙航行

多媒體教學(xué)設(shè)計

導(dǎo)入新課

針對上節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容提出以下問題.請同學(xué)們回憶： 1.萬有引力定律在天文學(xué)上有何應(yīng)用？

2.如何應(yīng)用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量？能否計算環(huán)繞天體的質(zhì)量？

對于學(xué)生的回答進行總結(jié),并強調(diào)：應(yīng)用萬有引力定律求解天體問題時，萬有引力充當(dāng)向心力，結(jié)合圓周運動向心加速度的三種表述方式可得三種形式的方程，即

Mmv2G2?m

①

rrGMm2=mω·r

② 2rMm4?2rG2?m

2③ rT導(dǎo)入：這節(jié)課我們再來學(xué)習(xí)有關(guān)宇宙航行的知識.推進新課

一、宇宙速度

打開“6.5宇宙航行.ppt”課件，切換到第二屏：

先給出問題讓學(xué)生思考并說出他們的方法，然后再介紹牛頓的設(shè)想：在地面上拋出的物體，由于受到地球引力的作用，所以最終都要落回到地面,但是如果在地面上拋出一個物體時的速度足夠大，那么它將不再落回地面，而成為一個繞地球運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，這個物體此時就可認為是一顆人造地球衛(wèi)星.課件展示《人造衛(wèi)星發(fā)射原理圖》，加深學(xué)生的理解：

屏幕切換到第六屏給出答案：

問題：什么叫第一宇宙速度？什么叫第二宇宙速度？什么叫第三宇宙速度？ 屏幕切換到第七屏，給出三個宇宙速度的有關(guān)概念.強調(diào)：這三個宇宙速度都是指的在地面發(fā)射時的速度.屏幕切換到第八屏，課件展示《三個宇宙速度》,如圖：

選擇動畫中不同的速度，可以觀察到不同的結(jié)果.二、夢想成真

先引導(dǎo)學(xué)生閱讀書中有關(guān)內(nèi)容，然后課件展示有關(guān)的圖片和視頻.先讓學(xué)生自己做，然后老師總結(jié)并給出規(guī)范的解答.課堂小結(jié)

讓學(xué)生認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來.請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容，比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方.布置作業(yè)

1.教材“問題與練習(xí)”中的問題.2.閱讀教材“科學(xué)漫步”欄目中的短文《黑洞》和“STS”欄目中的短文《航天事業(yè)改變著人類生活》.注明：本課所用PPT課件及相關(guān)資料全部來自“志鴻優(yōu)化網(wǎng)”（http://004km.cn），文件解壓后就可使用，具體鏈接地址為：

http://004km.cn/?action=copyright!show&id=957

第三篇：高中物理新課標(biāo)版人教必修2優(yōu)秀教案： 拋體運動的規(guī)律

拋體運動的規(guī)律

整體設(shè)計

本節(jié)課的主要內(nèi)容是拋體運動的概念和規(guī)律的教學(xué).平時生活中的一些錯誤的思維定勢會影響學(xué)生對拋體運動規(guī)律的理解.本節(jié)課從理論上通過對拋體運動位移和速度規(guī)律的分析，引導(dǎo)學(xué)生獨立利用已有概念探索新知識，培養(yǎng)創(chuàng)造思維和獨立學(xué)習(xí)能力.平拋運動是整個曲線運動知識的重要內(nèi)容之一.采用的是運動的合成與分解的方法，它是一種研究運動的基本方法，它能將復(fù)雜的問題化為簡單的問題.其研究方法還是解決“帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)運動”的重要規(guī)律之一.拋體運動（重點是平拋運動）是學(xué)生第一次應(yīng)用運動的分解和合成的方法分析曲線運動的規(guī)律，對掌握研究平拋運動的方法有一定的難度，這種方法在“力的合成與分解”“運動的合成與分解”的學(xué)習(xí)中學(xué)生已有基礎(chǔ)，并且學(xué)生已有直線運動知識準備及牛頓第一定律、第二定律作為基礎(chǔ)，可以接受和深入理解用兩個運動的合成的方法討論平拋運動，實現(xiàn)知識的遷移.在教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生主動嘗試應(yīng)用這種方法來解決平拋物體運動規(guī)律這個新問題.為了讓學(xué)生能順利地掌握研究平拋運動的方法，在教師的引導(dǎo)下，通過日常生活中平拋運動的現(xiàn)象與生產(chǎn)、生活的聯(lián)系，使學(xué)生更深入理解運動的規(guī)律.平拋運動規(guī)律的推導(dǎo)要從牛頓第二定律出發(fā)，先分析水平方向受力如何、豎直方向受力如何，再講水平方向的勻速直線運動、豎直方向的自由落體運動.這是因為在力學(xué)里，根據(jù)受力確定物體的運動規(guī)律，是一個基本方法.這是新教材與過去教材的不同.教學(xué)重點

1.平拋運動、拋體運動的特點和規(guī)律.2.用平拋運動、拋體運動規(guī)律去解答有關(guān)問題.教學(xué)難點

1.讓學(xué)生能根據(jù)運動合成與分解的方法探究出平拋運動和斜拋運動的一般規(guī)律.2.學(xué)習(xí)和借鑒本節(jié)課的研究方法解決實際問題.課時安排

1課時 三維目標(biāo) 知識與技能

1.會用運動的合成與分解的方法分析平拋運動.2.知道平拋運動可以看成水平方向的勻速直線運動與豎直方向的自由落體運動的合運動，并且這兩個運動互不影響具有獨立性.3.能應(yīng)用平拋運動的規(guī)律交流討論并解決實際問題.在得出平拋運動規(guī)律的基礎(chǔ)上進而分析斜拋運動.分析斜拋運動不在具體規(guī)律，而在方法.過程與方法

1.學(xué)生能通過對生活事例的分析得出平拋運動的定義.2.體會平拋運動規(guī)律的探究過程，體會運動的合成和分解在探究平拋運動規(guī)律中的應(yīng)用.3.平拋運動的研究方法——可以用兩個簡單的直線運動來等效替代.利用已知的直線運動的規(guī)律來研究復(fù)雜的曲線運動，滲透物理學(xué)等效代換的思想.4.掌握平拋運動的研究方法的基礎(chǔ)上自主探究斜拋運動.情感態(tài)度與價值觀

1.培養(yǎng)學(xué)生仔細觀察、認真思考、積極參與、勇于探索的精神.2.培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐的意識和勇氣，主動探究實現(xiàn)知識遷移.課前準備

自制多媒體課件、小球

教學(xué)過程 導(dǎo)入新課

故事導(dǎo)入

1992年11月15日是柯受良永生難忘的日子，這一天他創(chuàng)下了飛躍長城的壯舉，此次飛越的距離雖僅有30米，但地勢險要，落點前面是懸崖峭壁，稍不慎就會撞得粉身碎骨，因此不少人說，這是在“賭命”.但見他面帶笑容和自信，騎著摩托車以每小時100碼的速度沖上斜坡，然后再加速，突然，天空中劃出一道弧線，摩托車就重重地落在接應(yīng)臺上，整個過程不到10秒鐘，在場的觀眾看著這一驚險場面，無不目瞪口呆.就是在祖**親的博大懷抱中，柯受良成為世界上第一個飛越長城的人，這是他人生輝煌的一個轉(zhuǎn)折點.1997年，香港回歸前夕，柯受良駕駛跑車成功飛越了黃河天塹壺口瀑布，長度達55米.飛越當(dāng)天刮著大風(fēng)，第一次飛越?jīng)]有成功，但第二次成功了，其中有過很多危險的動作，但他都安全度過了，因此獲得了“亞洲第一飛人”的稱號.情景導(dǎo)入

1.沿多個角度將粉筆拋出.2.沿多個角度將紙片拋出.粉筆和紙片都是拋體運動嗎？什么是拋體運動？以一定的初速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體所做的運動叫做拋體運動.今天我們用運動分解的觀點來分析拋體運動.3.將小球從講桌推向桌邊，小球離開講桌做的運動是平拋運動.那么，什么是平拋運動呢？平拋運動有什么規(guī)律呢？ 復(fù)習(xí)導(dǎo)入

1.復(fù)習(xí)物體做直線運動的條件和做曲線運動的條件.2.復(fù)習(xí)運動的合成和分解的方法，并理解分運動與合運動的等時性和各分運動的獨立性,指出這種方法在解決復(fù)雜運動問題時的作用.3.復(fù)習(xí)如何用坐標(biāo)描述做一維運動和二維運動的物體的位置和速度.4.復(fù)習(xí)勻變速直線運動規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式.推進新課

演示：將粉筆以與水平方向各種夾角拋出，說明：在空氣阻力可以忽略的情況下，粉筆都在做拋體運動.引導(dǎo)學(xué)生分析得出：將物體用一定的初速度沿水平方向拋出，不考慮空氣阻力，物體只在重力作用下所做的運動叫做平拋運動.物體做平拋運動有兩個條件：①有水平初速度;②運動過程中只受重力.請同學(xué)們想一想，平時生活中你見過平拋運動嗎？舉例說明.研究物體的運動規(guī)律就是要確定物體在任一時刻的位置和速度.一、拋體的位置

首先，研究初速度為v0的平拋運動的位置隨時間變化的規(guī)律.教師設(shè)疑：還能像描述勻變速直線運動那樣，用一維坐標(biāo)來描述平拋物體的運動位置嗎？

不能，由于拋體運動是曲線運動，至少要用二維坐標(biāo)才能描述平拋物體的運動.演示：貼近黑板，在黑板的平面上，用手把小球水平拋出，用粉筆記下小球離開手的位置，描出軌跡.我們以小球離開手的位置為坐標(biāo)原點，以水平拋出的方向為x軸的方向，豎直向下的方向為y軸的方向，建立坐標(biāo)系，并從這一瞬間開始計時.用牛頓第二定律的觀點分析水平方向、豎直方向的力和運動的特征.問題1：豎直方向受什么力，有沒有加速度，有沒有初速度？水平方向受什么力，有沒有加速度，有沒有初速度？

問題2：是否可以把平拋運動看成是水平方向和豎直方向上兩個運動的合成,這兩個方向上的運動各有什么特點呢？

結(jié)論1：因拋出時，物體只受重力的作用，豎直方向有大小為g的加速度，沒有初速度;不受水平方向的力，所以，小球在水平方向沒有加速度，水平方向保持初速度v0不變.2：平拋運動可以看作水平方向的勻速直線運動與豎直方向的自由落體運動的合運動,并且兩個分運動與平拋運動具有等時性.平拋運動物體在任意時刻t的位置：

x=v0t(1)y=12gt2(2)

12平拋運動物體在任意時刻t的位移：s=OP?

二、拋體的軌跡

x?y22?(v0t)?(2gt).22例1 討論以速度v0水平拋出的物體的運動軌跡.分析：在初中數(shù)學(xué)中已經(jīng)學(xué)過，直角坐標(biāo)系中的一條曲線可以用包含x、y的關(guān)系式來代表.平拋運動的軌跡能否用包含x、y的關(guān)系式來代表呢？ 解答：將（1）（2）兩式消去時間t得到軌跡方程y=

g2v02x

2上式為拋物線方程，“拋物線”的名稱就是從物理來的.課堂訓(xùn)練

(1)在距地面高為h=20 m處，有兩個物體A、B，在A以v0=20 m/s平拋的同時，B物體做自由落體運動，問誰先落地（）

A.A先落地

B.B先落地

C.同時落在

(2)某人從一列在平直鐵軌上勻速行駛的列車上，將一物體自由地釋放于窗臺外，在不計空氣阻力的情況下，則本人看到該物體的運動軌跡是（）

(3)在上題中，若有一個人站在地面上靜止不動，則看到該物體的運動軌跡是（）

參考答案：(1)C(2)A

(3)C

自主探究

如果物體拋出時的速度v0不沿水平方向，而是斜向上方或斜向下方且僅受重力，這樣的斜拋運動怎么分析？ 知識拓展

斜拋運動的位置

問題：1.斜拋運動的物體僅受重力，水平方向的速度變化嗎？如果水平速度不變，應(yīng)該有多大？ 2.斜拋運動與平拋運動在豎直方向上相比，有什么相同和不同？ 結(jié)論：1.水平方向做速度為vx= v0cosθ的勻速直線運動.2.豎直方向做初速度為vy=v0sinθ豎直上拋運動或豎直下拋運動.斜上拋運動： x=vxt=v0cosθ·t y=v0sinθ·t-斜下拋運動：x=vxt= v0cosθ·t y=v0sinθ·t+

三、拋體的速度

要求學(xué)生畫出在平面坐標(biāo)中平拋運動的軌跡和速度的方向，同樣道理，先把平拋運動分解，確定兩個分運動在某時刻的速度，再將兩個分速度合成，就是平拋運動的速度.水平速度：vx=v0

1212gt2 gt2

豎直速度：vy=gt平拋運動的速度:vt的大小vt=vx?vy?22v0?2gh.2例2 一個物體以10 m/s的速度從10 m的高度水平拋出，落地時速度的方向與地面的夾角θ是多少（不計空氣阻力）? 分析：物體在水平方向不受力，所以加速度為0，速度總等于初速度v0=10 m/s；在豎直方向的加速度為g，初速度為0，可以用勻變速運動的規(guī)律.解答：落地時，物體在水平方向的速度vx=v0=10 m/s.落地時豎直方向的速度記為vy,在豎直方向遵循勻變速運動的規(guī)律，有

vy=2gh，由此解出vy=14.1 m/s 2tanθ=vy/vx=1.41,θ=55° 課堂訓(xùn)練

1.平拋運動物體的飛行時間由什么量決定？寫出表達式.2.平拋運動物體的水平飛行距離由什么量決定？寫出表達式.3.平拋運動物體的落地速度由什么量決定？寫出表達式.參考答案：1.飛行時間由高度決定，表達式為:t=

2hg2hg.2.飛行水平距離由高度和初速度決定,表達式:x=v0.3.落地速度由初速度和高度決定,表達式:v=v0?2gh.課堂小結(jié)

本節(jié)課主要內(nèi)容包括：1.拋體運動和平拋運動的概念：用一定的初速度沿水平方向拋出，不考慮空氣阻力，物體只在重力作用下所做的運動叫做平拋運動；

2.平拋運動可以看作水平的勻速直線運動與豎直方向的自由落體運動的合運動.并且兩個分運動與平拋運動具有等時性;3.初速度為v0的平拋運動的位置隨時間變化的規(guī)律x=v0t，y=gt2/2;4.初速度為v0的平拋運動的速度隨時間變化的規(guī)律vx=v0、vy=gt.本節(jié)課不僅是知識的學(xué)習(xí)，更為重要的是在已有的知識基礎(chǔ)上實現(xiàn)知識的遷移，靈活運用運動合成和分解的科學(xué)思維方法，將曲線運動化為直線運動，使復(fù)雜問題簡單化.布置作業(yè)

教材“問題與練習(xí)”第1、2題

板書設(shè)計

3.拋體運動的規(guī)律

一、拋體的位置

任意一點的位置P(x,y)，其中x=vt y=

12gt

22任意時刻的位移:s=1x?y22?(vt)?(212gt)22

方向tanα=yxvt

二、拋體的軌跡 ?2gt2?gt2v

y=g2v20x

2三、拋體的速度

任意時刻的速度由vx=v0,vy=gt得vt=v0?2gh

四、斜拋的運動規(guī)律

(斜上拋、斜下拋、斜上拋和斜下拋): 處理方法：運動的合成與分解

活動與探究

課題：平拋運動的特點

內(nèi)容：自制一個能自動噴出墨水的注射器代替小鋼球，讓注射器做平拋運動的同時自動噴出墨水，在坐標(biāo)紙上就記錄下注射器的運動軌跡.2具體做法：用一次性注射器（優(yōu)點是針頭在正中，且不易摔碎）.在活塞尾端和管套端用橡皮筋拴上,其松緊程度可調(diào)整,使抽入水后在橡皮筋的彈力作用下能自動噴出較強的水流即可.為了防止針管在軌道上滑動,可在針管外貼一周橡皮膏(或套上一適當(dāng)?shù)哪z套).習(xí)題詳解

1.解答：（1）摩托車能越過壕溝.摩托車做平拋運動，在豎直方向位移為y=1.5 m=2yg39.812gt

2經(jīng)歷時間t=?s=0.55 s 在水平方向位移x=vt=40×0.55 m=22 m＞20 m 所以摩托車能越過壕溝.一般情況下，摩托車在空中飛行時，總是前輪高于后輪，在著地時，后輪先著地.說明：本題的目的是讓學(xué)生學(xué)會使用平拋物體的運動規(guī)律來解決實際問題.（2）摩托車落地時在豎直方向的速度為vy=gt=9.8×0.55 m/s=5.39 m/s 摩托車落地時在水平方向的速度為vx=v=40 m/s

22摩托車落地時的速度v=vx?vy?402?5.392m/s=40.36 m/s 摩托車落地時的速度與豎直方向的夾角為θ，tanθ=vx/vy=40/5.39=7.42.2.解答：該車已經(jīng)超速.零件做平拋運動，在豎直方向位移為y=2.45 m=2yg4.99.812gt

2經(jīng)歷時間t=?s=0.71 s 在水平方向位移x=vt=13.3 m 零件做平拋運動的初速度為v=x/t=13.3/0.71 m/s=18.7 m/s=67.4 km/h＞60 km/h 所以該車已經(jīng)超速.3.解答:（1）讓小球從斜面上某一位置A無初速釋放；測量小球在地面上的落點P與桌子邊沿的水平距離x；測量小球在地面上的落點P與小球靜止在水平桌面上時球心的豎直距離y.小球離開桌面的初速度為v=xg2y.（2）測量鋼球在斜面上開始滾下的位置相對桌面的高度h，鋼球開始的重力勢能為mgh，如認為滾到桌面的動能為12mv，由機械能守恒定律mgh=

212mv，所以鋼球速度v2=2gh.對

2比這兩個速度發(fā)現(xiàn)v1＜v2，這是因為鋼球滾到桌面時的動能除有向前運動的動能外，還有轉(zhuǎn)動的動能，鋼球的重力勢能有一部分轉(zhuǎn)化成鋼球轉(zhuǎn)動的動能，不計算這部分動能而認為12mv=mgh使v2值偏大.2說明：本題討論鋼球從桌面滾下按機械能守恒定律求速度v2造成的誤差大，只要求學(xué)生聯(lián)系實際知道這是因為沒有考慮鋼球的轉(zhuǎn)動動能造成的，教學(xué)中不需要進一步討論.下面列舉我們對本題所做的實驗和數(shù)據(jù)作參考.實驗儀器：平拋實驗器.小球參數(shù)：鋼球直徑17.486 mm（用千分尺測量）；鋼球質(zhì)量21.8 g.實驗方法：

①描繪平拋曲線，用平拋曲線求出小球水平拋出的初速度 v=1.10 m/s—1.14 m/s.②將斜槽軌道從平拋實驗器上拆下，用鐵架臺夾持，調(diào)節(jié)出口水平，在小球水平出口B處安裝光電門，測量小球在水平出口B處的擋光時間t.用千分尺或游標(biāo)卡尺測出小球的直徑D，算出小球的平均速度作為B位置的瞬時速度v=1.10 m/s.以上兩種方法的測量數(shù)據(jù)基本一致.③測出小球從位置A到水平位置的豎直高度h=10.4 cm，用機械能守恒定律計算出小球在B位置的速度為v=1.43 m/s.數(shù)據(jù)分析：從平拋曲線測量的速度與光電門測量的速度，兩者基本一致，可以作為速度的準確值.與用機械能守恒定律計算的速度值誤差約為29%.小球重力勢能Ep=22.2×10 J，平動動能Ek1=13.4×10 J，可知小球轉(zhuǎn)動動能Ek2=8.79×10 J.轉(zhuǎn)動動能約占總能量的39.6%.設(shè)計點評

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計注重學(xué)生知識的形成過程和對知識的真正理解，教學(xué)過程中注重啟發(fā)學(xué)生思維活動的主動性和創(chuàng)造性.使學(xué)生不僅掌握了本節(jié)知識，而且發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，有助于學(xué)生今后的自主學(xué)習(xí).首先，有意識地讓學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上順利進行新知識的同化.復(fù)習(xí)了物體做曲線運動的條件、用二維坐標(biāo)描述物體在平面上的曲線運動、勻變速直線運動規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式和合成與分解的方法及應(yīng)用它解決復(fù)雜問題的意義;其次，關(guān)注學(xué)生知識的形成過程，讓學(xué)生達到對知識的深層次理解，而不僅僅是結(jié)論的記憶.先討論在研究平拋運動時為什么要分解，接著從理論上探究為什么平拋運動可以分解成水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動，再將分運動合成為平拋運動，認識平拋運動的特點、規(guī)律;最后，通過領(lǐng)會平拋運動的分析方法，繼續(xù)運用這一方法深入探究斜拋運動，使學(xué)生的思維方式得到升華.-3

第四篇：高中物理新課標(biāo)人教版必修2優(yōu)秀教案： 圓周運動

圓周運動 整體設(shè)計

教材首先列舉生活中的圓周運動，以及科學(xué)研究所涉及的范圍，大到星體的運動，小到電子的繞核運轉(zhuǎn)，接著通過比較自行車大小齒輪以及后輪的運動快慢引入線速度、角速度的概念及周期、頻率、轉(zhuǎn)速等概念，最后推導(dǎo)出線速度、角速度、周期間的關(guān)系.教材設(shè)計環(huán)環(huán)相扣、結(jié)構(gòu)嚴謹，使整節(jié)課渾然一體，密不可分.本節(jié)課可以通過生活實例（自行車齒輪轉(zhuǎn)動或皮帶傳動裝置），讓學(xué)生切實感受到做圓周運動的物體有運動快慢與轉(zhuǎn)動快慢及周期之別，有必要引入相關(guān)的物理量加以描述.學(xué)習(xí)線速度的概念，可以根據(jù)勻速圓周運動的概念引導(dǎo)學(xué)生認識弧長與時間比值保持不變的特點，進而引出線速度的大小與方向.學(xué)習(xí)角速度和周期的概念時，應(yīng)向?qū)W生說明這兩個概念是根據(jù)勻速圓周運動的特點和描述運動的需要而引入的，即物體做勻速圓周運動時，每通過一段弧長都與轉(zhuǎn)過一定的圓心角相對應(yīng)，因而物體沿圓周轉(zhuǎn)動的快慢也可以用轉(zhuǎn)過的圓心角與時間比值來描述，由此引入角速度的概念.又根據(jù)勻速圓周運動具有周期性的特點，物體沿圓周轉(zhuǎn)動的快慢還可以用轉(zhuǎn)動一圈所用時間的長短來描述，為此引入了周期的概念.講述角速度的概念時，不要求向?qū)W生強調(diào)角速度的矢量性.在講述概念的同時，要讓學(xué)生體會到勻速圓周運動的特點：線速度的大小、角速度、周期和頻率保持不變的圓周運動.教學(xué)重點

線速度、角速度、周期概念，及其相互關(guān)系的理解和應(yīng)用，勻速圓周運動的特點.教學(xué)難點

角速度概念的理解和勻速圓周運動是變速曲線運動的理解.課時安排

1課時

三維目標(biāo) 知識與技能

1.了解物體做圓周運動的特征.2.理解線速度、角速度和周期的概念，知道它們是描述物體做勻速圓周運動快慢的物理量，會用它們的公式進行計算.3.理解線速度、角速度、周期之間的關(guān)系.過程與方法

1.聯(lián)系日常生活中所觀察到的各種圓周運動的實例，找出共同特征.2.知道描述物體做圓周運動快慢的方法，進而引出描述物體做圓周運動快慢的物理量：線速度v、角速度ω、周期T、轉(zhuǎn)速n等.3.探究線速度與角速度之間的關(guān)系.情感態(tài)度與價值觀

1.經(jīng)歷觀察、分析總結(jié)及探究等學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度.2.通過親身感悟，使學(xué)生獲得對描述圓周運動快慢的物理量（線速度、角速度、周期等）以及它們相互關(guān)系的感性認識.課前準備

多媒體課件、機械鐘表、小球、細線、風(fēng)扇、雨傘、水等.教學(xué)過程 導(dǎo)入新課

演示導(dǎo)入

演示機械式鐘表時針、分針、秒針的運動情況（可以撥動鐘表的調(diào)節(jié)旋鈕），讓學(xué)生觀察后說出不同指針運動的特點，從而引出圓周運動的概念.情景導(dǎo)入

演示2：水淋在雨傘上，同時搖動傘柄.觀察：水滴沿切線方向飛出.思考：這說明什么？

結(jié)論：飛出的水滴在離開傘的瞬間，由于慣性要保持原來的速度方向，因而表明了切線方向即為此時刻線速度的方向.例1 分析下圖中，A、B兩點的線速度有什么關(guān)系.解析：主動輪通過皮帶、鏈條、齒輪等帶動從動輪的過程中，皮帶（鏈條）上各點以及兩輪邊緣上各點在相同的時間內(nèi)通過的弧長相等，所以它們線速度大小相等.答案：大小相等

二、角速度

學(xué)生閱讀教材并思考以下幾個問題： 1.角速度是描述圓周運動快慢的物理量；

2.角速度等于半徑轉(zhuǎn)過的角度φ和所用時間t的比值；(ω=3.角速度的單位是rad/s.結(jié)合數(shù)學(xué)知識，交流討論角速度的單位.說明：對某一確定的勻速圓周運動而言，角速度ω是恒定的.4.周期、頻率和轉(zhuǎn)速

學(xué)生閱讀教材并思考以下幾個問題：

做圓周運動的質(zhì)點運動一周所用的時間叫周期；周期的倒數(shù)（單位時間內(nèi)質(zhì)點完成周期性運動的次數(shù)）叫頻率；每秒鐘轉(zhuǎn)過的圈數(shù)叫轉(zhuǎn)速.注明：下列情況下，同一輪上各點的角速度相同.三、線速度、角速度、周期之間的關(guān)系

既然線速度、角速度、周期都是用來描述勻速圓周運動快慢的物理量，那么它們之間有什么樣的關(guān)系呢？

?)t

分析：一物體做半徑為r的勻速圓周運動，問：

1.它運動一周所用的時間叫周期，用T表示，它在周期T內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長為2πr.由此可知它的線速度為2?rT.2.一個周期T內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為2π，物體的角速度為通過思考總結(jié)得到：

2?.T2??r??T???v=ωr 2?????T?v?

答案：3∶1 1∶1 1∶1 課堂小結(jié)

本節(jié)課通過描述做勻速圓周運動物體的快慢問題，引入了勻速圓周運動的線速度與角速度及周期、頻率、轉(zhuǎn)速等概念，最后推導(dǎo)出線速度、角速度、周期間的關(guān)系.勻速圓周運動的實質(zhì)是勻速率圓周運動，它是一種變速運動.描述勻速圓周運動快慢的物理量：

線速度：v=角速度：ω=?s ?t?? ?t1周期與頻率：f=

T2?r2?相互關(guān)系：v=

ω=

v=rω

TT布置作業(yè)

教材“問題與練習(xí)”1、2、5.板書設(shè)計 5.圓周運動

一、描述勻速圓周運動的有關(guān)物理量

1.線速度

（1）定義：做圓周運動的物體通過的弧長與所用時間的比值（2）公式：v=?s(s為弧長,非位移)?t（3）物理意義 2.角速度

（1）定義：做圓周運動的物體的半徑掃過的角度與所用時間的比值（2）公式：ω=?? ?t（３）單位：rad/s（４）物理意義 3.轉(zhuǎn)速和周期

二、線速度、角速度、周期間的關(guān)系 v=rω ω=2? T活動與探究

(2)1 s內(nèi)可讀的扇區(qū)數(shù)為1 s×5 r/s×18/r=90(個),故可讀字節(jié)數(shù)=512×90=46 080(字節(jié)).說明：本題的用意是讓學(xué)生結(jié)合實際情況來理解勻速圓周運動.設(shè)計點評

本教學(xué)設(shè)計通過大量的生活實例，引導(dǎo)出圓周運動的定義.對比描述直線運動的物體運動快慢的速度概念，并結(jié)合實例得出線速度以及角速度的概念，并通過分析歸納得出線速度和角速度的關(guān)系.整個設(shè)計緊緊和學(xué)生的生活實際結(jié)合，化抽象為具體，較好地突破了難點.-

第五篇：高中物理新課標(biāo)人教版必修2優(yōu)秀教案： 向心力

向心力 整體設(shè)計

向心力是本節(jié)教學(xué)的重點，由向心加速度和牛頓第二定律引入向心力是教材所用的方法，這與以前的先學(xué)習(xí)向心力再學(xué)習(xí)向心加速度有所不同.學(xué)生對于向心力的理解不是很清楚，本節(jié)重點突出了向心力的理解及向心力在圓周運動中的作用.而向心力概念的學(xué)習(xí)，應(yīng)及時強調(diào)指出，向心力是根據(jù)力的效果命名的，而不是根據(jù)力的性質(zhì)命名的，它不是重力、彈力、摩擦力等以外的特殊力，而是做勻速圓周運動的質(zhì)點受到的合外力，沿著半徑指向圓心，它的方向時刻改變.本節(jié)的難點是運用向心力、向心加速度知識解釋有關(guān)現(xiàn)象，處理有關(guān)問題.在學(xué)習(xí)時可以讓學(xué)生認識實例：用細線系著的小球在水平面上做勻速圓周運動或是一些生活中的實例讓學(xué)生體驗或觀察，從而引入向心力概念.教學(xué)重點

向心力概念的建立及計算公式的得出及應(yīng)用.教學(xué)難點

向心力的來源.時間安排

1課時

三維目標(biāo) 知識與技能

1.理解向心力的概念.2.知道向心力大小與哪些因素有關(guān).理解公式的確切含義，并能用來計算.3.會根據(jù)向心力和牛頓第二定律的知識分析和討論與圓周運動相關(guān)的物理現(xiàn)象.過程與方法

1.通過向心力概念的學(xué)習(xí)，知道從不同角度研究問題的方法.2.體會物理規(guī)律在探索自然規(guī)律中的作用及其運用.情感態(tài)度與價值觀

1.經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，領(lǐng)略實驗是解決物理問題的一種基本途徑，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度.2.通過探究活動，使學(xué)生獲得成功的喜悅，提高他們學(xué)習(xí)物理的興趣和自信心.3.通過向心力和向心加速度概念的學(xué)習(xí)，認識實驗對物理學(xué)研究的作用，體 會物理規(guī)律與生活的聯(lián)系.課前準備

細桿、細繩（2）、小球、直尺、秒表、盛水的透明小桶.教學(xué)過程

導(dǎo)入新課

情景導(dǎo)入

前面兩節(jié)課，我們學(xué)習(xí)、研究了圓周運動的運動學(xué)特征，知道了如何描述圓周運動.知道了什么是向心加速度和向心加速度的計算公式，這節(jié)課我們再來學(xué)習(xí)物體做圓周運動的動力學(xué)特征.觀察下面幾幅圖片，并根據(jù)圖做水流星實驗，讓學(xué)生自己體驗實驗中力的變化，考慮一下為什么做圓周運動的物體沒有沿著直線飛出去而是沿著一個圓周運動.前三幅圖可以看出物體之所以沒有沿直線飛出去是因為有繩子在拉著物體，而第四幅圖是太陽系各個行星繞太陽做圓周運動是由于太陽和行星之間有引力作用，是太陽和行星之間的引力使各個行星繞太陽在做圓周運動.如果沒有繩的拉力和太陽與行星之間的引力，那么這些物體就不可能做圓周運動，也就是說做勻速圓周運動的物體都會受到一個力，這個力拉著物體使物體沿著圓形軌道在運動，我們把這個力叫做向心力.復(fù)習(xí)導(dǎo)入

復(fù)習(xí)舊知

1.向心加速度：做勻速圓周運動的物體，加速度指向圓心，這個加速度稱為向心加速度.2.表達式：an=v2r=rω.23.牛頓第二定律：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.表達式：F=ma.推進新課

一、向心力

通過剛才的學(xué)習(xí)我們知道了向心力和向心加速度具有相同的方向，都指向圓心，而且物體是在向心力的作用下做圓周運動，因此我們根據(jù)牛頓第二定律可知向心力的大小為： Fn=m an=m實驗探究

演示實驗(驗證上面的推導(dǎo)式)：研究向心力跟物體質(zhì)量m、軌道半徑r、角速度ω的定量關(guān)系.實驗裝置：向心力演示器 v2R=m rω2=mr（2?T)2.演示：搖動手柄，小球隨之做勻速圓周運動.①向心力與質(zhì)量的關(guān)系：ω、r一定，取兩球使mA=2mB,觀察：(學(xué)生讀數(shù))FA=2FB,結(jié)論：向心力F∝m.②向心力與半徑的關(guān)系：m、ω一定，取兩球使rA=2rB,觀察：(學(xué)生讀數(shù))FA=2FB,結(jié)論：向心力F∝r.③向心力與角速度的關(guān)系：m、r一定，使ωA=2ωB,觀察：(學(xué)生讀數(shù))FA=4FB,結(jié)論：向心力F∝ω2.歸納總結(jié)：綜合上述實驗結(jié)果可知：物體做勻速圓周運動需要的向心力與物體的質(zhì)量成正比，與半徑成正比，與角速度的二次方成正比.但不能由一個實驗、一個測量就得到定論，實際上要進行多次測量，大量實驗，但我們不可能一一去做.同學(xué)們由剛才所做的實驗得出：m、r、ω越大，F(xiàn)越大；若將實驗稍加改進，如教材中所介紹的小實驗，加一彈簧秤測出F，可粗略得出結(jié)論(要求同學(xué)回去做).我們還可以設(shè)計很多實驗都能得出這一結(jié)論，說明這是一個帶有共性的結(jié)論.測出m、r、ω的值，可知向心力大小為：F=mrω.二、實驗：用圓錐擺粗略驗證向心力表達式

原理：如圖所示，讓細繩擺動帶動小球做圓周運動，逐漸增大角速度直到繩剛好拉直，用秒表測出n轉(zhuǎn)的時間t，計算出周期T，根據(jù)公式計算出小球的角速度ω.用刻度尺測出圓半徑r和小球距懸點的豎直高度h,計算出角θ的正切值.向心力F=mgtanθ,測出數(shù)值驗證公式mgtanθ=mrω.22課堂訓(xùn)練

1.下列關(guān)于向心力的說法中，正確的是（）A.物體由于做圓周運動產(chǎn)生了一個向心力

B.做勻速圓周運動的物體，其向心力為其所受的合外力 C.做勻速圓周運動的物體，其向心力不變 D.向心加速度決定向心力的大小

2.有長短不同、材料相同的同樣粗細的繩子，各拴著一個質(zhì)量相同的小球在光滑水平面上做勻速圓周運動，那么（）

A.兩個小球以相同的線速度運動時，長繩易斷 B.兩個小球以相同的角速度運動時，長繩易斷 C.兩個球以相同的周期運動時，短繩易斷 D.不論如何，短繩易斷

3.A、B兩質(zhì)點均做勻速圓周運動，mA∶mB=RA∶RB=1∶2，當(dāng)A轉(zhuǎn)60轉(zhuǎn)時，B正好轉(zhuǎn)45轉(zhuǎn)，則兩質(zhì)點所受向心力之比為多少？ 參考答案：1.B 2.B 3.解答：設(shè)在時間t內(nèi)，nA=60轉(zhuǎn)，nB=45轉(zhuǎn),質(zhì)點所受的向心力F=mωR=m(F∝mn2R 所以FAFB?mAnARAmBnRB2B2

22?nt)·R，t相同，2?12?604522?12?49.討論交流

1.根據(jù)我們前面的學(xué)習(xí)，大家討論生活中你所遇到的圓周運動中是哪些力在提供向心力.強調(diào)：向心力不是像重力、彈力、摩擦力那樣作為某種性質(zhì)的力來命名的.它是從力的作用效果來命名的，凡是產(chǎn)生向心加速度的力，不管是屬于哪種性質(zhì)的力，都是向心力.2.由物體做曲線運動的條件可知，物體必定受到一個與它的速度方向不在同一條直線上的合外力作用，勻速圓周運動是一種曲線運動，勻速圓周運動合外力的方向有何特點呢？

勻速圓周運動速率不變，方向始終垂直半徑，說明合外力不會使速度大小發(fā)生變化，只改變速度方向，勻速圓周運動合外力的方向始終指向圓心.三、變速圓周運動和一般曲線運動

問題：前面我們學(xué)習(xí)了加速度，做直線運動的物體其加速度可以改變物體運動的快慢，現(xiàn)在我們又學(xué)習(xí)了向心加速度，那么向心加速度是否也改變物體運動速度的大?。?討論交流

根據(jù)剛才我們的實驗（驗證向心力表達式的實驗）可知，向心加速度并不能改變物體運動速度的大小，而是在改變物體運動的方向.我們在這個實驗中可以感受到，如果要使物體的速度不斷增大，我們對物體施加的力就不能保持始終指向圓心，而是與向心力的方向有一個角度.根據(jù)力F產(chǎn)生的效果可以把力F分解成兩個相互垂直的兩個分力：一個是指向圓心的產(chǎn)生向心加速度的向心力;另一個是沿圓周的切線方向的分力，這個力沿圓周切線方向產(chǎn)生加速度，這個加速度使物體的速度不斷變大.因此這個運動不能是勻速圓周運動，而是變速圓周運動.也就是說變速圓周運動既有指向圓心的向心加速度，還有沿圓周切線方向的加速度，稱為切向加速度.做變速圓周運動的物體所受的力

曲線運動：物體的運動軌跡不是直線也不是圓周的曲線運動.對于這樣的運動盡管曲線的各個地方的彎曲程度不同，我們在研究時可以把這條曲線分成許多極短的小段，每一小段可以看作是一段圓弧.這些圓弧的彎曲程度不同，可以表示為有不同的半徑，這樣在分析質(zhì)點運動時，就可以采用圓周運動的分析方法來處理問題了.一般的曲線可以分為很多小段，每段都可以看作一小段圓弧，各段圓弧的半徑不一樣 課堂訓(xùn)練

1.如圖所示，在光滑的水平面上釘兩個釘子A和B，相距20 cm.用一根長1 m的細繩，一端系一個質(zhì)量為0.5 kg的小球，另一端固定在釘子A上.開始時球與釘子A、B在一條直線上，然后使小球以2 m/s的速率開始在水平面內(nèi)做勻速圓周運動.若繩子能承受的最大拉力為4 N，那么從開始到繩斷所經(jīng)歷的時間是多少?

解析：球每轉(zhuǎn)半圈，繩子就碰到不作為圓心的另一個釘子，然后再以這個釘子為圓心做勻速圓周運動，運動的半徑就減小0.2 m，但速度大小不變（因為繩對球的拉力只改變球的速度方向）.根據(jù)F=mv2/r知，繩每一次碰釘子后，繩的拉力（向心力）都要增大，當(dāng)繩的拉力增大到Fmax=4 N時，球做勻速圓周運動的半徑為rmin，則有 Fmax=mv2/rmin

22rmin=mv/Fmax=（0.5×2/4）m=0.5 m.繩第二次碰釘子后半徑減為0.6 m，第三次碰釘子后半徑減為0.4 m.所以繩子在第三次碰到釘子后被拉斷，在這之前球運動的時間為： t=t1+t2+t3

=πl(wèi)/v+π（l-0.2）/v+π（l-0.4）/v =（3l-0.6）·π/v =（3×1-0.6）×3.14/2 s =3.768 s.答案：3.768 s 說明：需注意繩碰釘子的瞬間，繩的拉力和速度方向仍然垂直，球的速度大小不變，而繩的拉力隨半徑的突然減小而突然增大.2.如圖所示，水平轉(zhuǎn)盤的中心有個豎直小圓筒，質(zhì)量為m的物體A放在轉(zhuǎn)盤上，A到豎直筒中心的距離為r.物體A通過輕繩、無摩擦的滑輪與物體B相連，B與A質(zhì)量相同.物體A與轉(zhuǎn)盤間的最大靜摩擦力是正壓力的μ倍，則轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度在什么范圍內(nèi)，物體A才能隨盤轉(zhuǎn)動?

解析：由于A在圓盤上隨盤做勻速圓周運動，所以它所受的合外力必然指向圓心，而其中重力、支持力平衡，繩的拉力指向圓心，所以A所受的摩擦力的方向一定沿著半徑或指向圓心或背離圓心.當(dāng)A將要沿盤向外滑時，A所受的最大靜摩擦力指向圓心，A的向心力為繩的拉力與最大靜摩擦力的合力，即F+Fm′=mω12r

① 由于B靜止，故F=mg

② 由于最大靜摩擦力是壓力的μ倍，即

Fm′=μFN=μmg

③ 由①②③解得ω1=g(1??)/r

當(dāng)A將要沿盤向圓心滑時，A所受的最大靜摩擦力沿半徑向外，這時向心力為：

F-Fm′=mω2r

④ 由②③④得ω2=g(1??)/r.故A隨盤一起轉(zhuǎn)動，其角速度ω應(yīng)滿足g(1??)/r???答案：g(1??)/r???g(1??)/r

g(1??)/r.2課堂小結(jié)

1.向心力來源.2.勻速圓周運動時，僅有向心加速度.同時具有向心加速度和 切向加速度的圓周運動是變速圓周運動.3.勻速圓周運動向心加速度大小不變，方向指向圓心，時刻在變化，所以不是勻變速運動. 布置作業(yè)

教材“問題與練習(xí)”第1、3題.板書設(shè)計

7.向心力

1.做勻速圓周運動的物體具有向心加速度，根據(jù)牛頓第二定律，這個加速度一定是由于它受到了指向圓心的合力.這個合力叫做向心力 2.表達式：Fn=m an= mv2R=m rω2=mr（2?T)2

3.向心力的方向：指向圓心

4.向心力由物體所受的合力提供

活動與探究

課題：討論汽車在過彎道時為什么要減速，不減速會出現(xiàn)什么情況，如果讓你設(shè)計彎道你應(yīng)該怎么設(shè)計，設(shè)計的依據(jù)是什么.過程：用汽車模型（最好用遙控小汽車，以便于方向的改變）或其他工具模擬汽車在過彎道時，為何要減速.若不減速應(yīng)該怎么辦.通過實際操作，找到合適的方法，并進行理論分析.習(xí)題詳解

1.解答：地球繞太陽做勻速圓周運動的向心加速度為 a=ω2r=(2?T)r?(22?3.14365?24?3600)×1.5×10 m/s=5.95×10 m/s

2112-52所以太陽對地球的引力是F=ma=6.0×1024×5.95×10-5N=3.57×1020 N.2.解答:小球的受力分析如圖所示，因此小球的向心力是由重力和支持力的合力提供的.3.解答：（1）向心力F=mω2r=0.10×42×0.10 N=0.16 N.（2）我同意甲的觀點，因為物體的受力為重力、支持力和靜摩擦力，其中重力和支持力的合力為零,所以合外力即為靜摩擦力.另外，物體相對于圓盤的運動趨勢是沿半徑方向向外，而不是向后，故乙的觀點是錯誤的.4.解答：根據(jù)機械能守恒有不論釘子釘在何處，小球到達最低點的速度都是相等的，而在碰釘子前和碰釘子后的區(qū)別就是做圓周運動的圓心由O點移到A點，即圓周運動的半徑不一樣.設(shè)碰釘子后細繩的拉力為T，則據(jù)牛頓第二定律有T-mg=mv2r.可以看出，當(dāng)r越小時，細繩的拉力T越大，即當(dāng)細繩與釘子相碰時，如果釘子的位置越靠近小球，繩就越容易斷.5.解答：我認為正確的是丙圖，因為如果將力F分解為沿切線和垂直于切線的兩個方向，由于汽車是沿M向N的方向上做減速運動，則只有丙圖是符合的.設(shè)計點評

向心力和向心加速度是比較抽象的內(nèi)容，因此學(xué)生不太容易理解，在教學(xué)設(shè)計時盡量采用了一些生活中的事例，易于幫助學(xué)生理解.本設(shè)計讓學(xué)生通過自己動手實驗親自感受拉力的變化，加深對向心力的理解.教學(xué)中盡可能多地讓學(xué)生參與課堂教學(xué)活動和課堂實驗，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)理念.