科教版物理必修2教案

科教版物理必修2教案（精选5篇）

科教版物理必修2教案 篇1

一、教学目的：

1．知道功率是表示做功快慢的物理量。

2．理解功率的概念，能运用功率的公式P=W /t 进行有关计算。

3．正确理解公式P=FVcosα的意义，知道什么是瞬时功率，什么是平均功率，并能用来解释现象和进行计算。

二、重点难点

1．理解功率的概念是本节的重点。2．瞬时功率和平均功率计算是本节的难点。3．机车起动问题是本节课对学生的一个能力培养点。

三、教学过程：

（一）引入新课

上节课学习了功的概念及其计算。现在我们研究下面两个问题。

①质量为2kg的物体在4N的水平拉力F1作用下沿F1的方向以2 m/s的速度匀速前进16m.在此过程中，有几个力对物体做功，各做功多少？此过程用多长时间？

②质量为2kg的物体静止在光滑水平面上，在F2=4N的水平拉力作用下前进16 m。在此过程中，有几个力对物体做功？各做功多少？此过程用多长时间？

（学生自己解答，教师小结。）

①中拉力做功：W11=F1S=64J；阻力做功：W12=-fS=-64J；时间：t1=s/V=8s.②中拉力做功：W2=F2S=64J；时间t2=

2s4s.a可见，力对物体做功多少，只由F、S及它们间夹角决定，与物体是否还受其它力、物体是匀速运动还是变速运动无关。再比较一下，F1、F2做功一样多，但所用时间不同。说明力对物体做功还有一个快慢问题。本节课学习做功快慢的描述问题。

板书课题：第二节 功率

（二）进行新课

1．我们把描述力做功快慢的物理量定义为功率，这是物理学中的一个重要概念。2．功率的概念

（1）定义：功跟完成这些功所用时间的比值叫做功率。

用心

爱心

专心 1 定义式：P=W/t

（2）单位：国际单位为瓦(W)，技术上常用“千瓦”（KW）作功率单位。1W=1J/S，1KW=1000W。

（3）功率的物理意义：功率是描述力对物体做功快慢的物理量

功率大的做功快。不论在什么条件下，只要明确了功W和所用时间t，就可求出相应的功率。

（4）功率是标量。

由于功有正负，相应的功率也有正负。功率的正负不表示大小，只表示做功的性质，即动力的功率为正，阻力的功率为负，计算时不带符号，只计绝对值。

根据W=FScosα和v=S/ t,可得P=Fvcosα。若F、S同向，可简化为P=Fv。（5）功率的另一表达式：P=Fvcosα。

F：对物体做功的力。v：物体运动的速度。α：F与v的夹角。

3．平均功率和瞬时功率

（1）平均功率：描述力在一段时间内做功的快慢，用P=W/t 计算，若用P=Fvcosα，V为t时间内的平均速度。

平均功率是针对一段时间或一个过程而言的，因此在计算平均功率时一定要弄清是哪段时间或哪一个过程的平均功率。

（2）瞬时功率：描述力在某一时刻做功的快慢，只能用P=Fvcosα，V为某时刻的瞬时速度。

瞬时功率是针对某一时刻或某一位置而言的，因此在计算瞬时功率时一定要弄清是哪个时刻或哪一个位置的瞬时功率。

【例题1】已知质量为m的物体从高处自由下落，经时间t，在t时间内重力对物体做功的平均功率为;在t时刻重力对物体做功的瞬时功率为。

121gt,重力对物体所做的总功W=mg2t2,所

22W1mg2t;在t时刻重力对物体做功的以在t时间内重力对物体做功的平均功率为Pt2解析：在t时间内，物体下落的高度h=瞬时功率为Ptmgvtmgt.（3）额定功率和实际功率

额定功率指机器正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值。实际功率是指机器工作中实际输出的功率。机器不一定都在额定功率下工作。实际功率总是小于或等

用心

爱心

专心

2于额定功率。对公式P=Fv的讨论。

①当功率P一定时，F1。即做功的力越大，其速度就越小。v当汽车发动机功率一定时，要增大牵引力，就要减小速度。所以汽车上坡时，司机用换挡的办法减小速度来得到较大的牵引力。

②当速度v一定时，Pv。即做功的力越大，它的功率也越大。

汽车从平路到上坡，若要保持速度不变，必须加大油门，增大发动机功率来得到较大的牵引力。

③当力F一定时，Pv。即速度越大，功率越大。

起重机吊同一物体以不同速度匀速上升，输出功率不等，速度越大，起重机输出功率越大。

4．先让学生做课本例题。然后再讲解。5.对公式P=Fv的讨论。①当功率P一定时，F1。即做功的力越大，其速度就越小。v当汽车发动机功率一定时，要增大牵引力，就要减小速度。所以汽车上坡时，司机用换挡的办法减小速度来得到较大的牵引力。

②当速度v一定时，Pv。即做功的力越大，它的功率也越大。

汽车从平路到上坡，若要保持速度不变，必须加大油门，增大发动机功率来得到较大的牵引力。

③当力F一定时，Pv。即速度越大，功率越大。

起重机吊同一物体以不同速度匀速上升，输出功率不等，速度越大，起重机输出功率越大。

【例题2】飞机、轮船运动时受到的阻力并不恒定，当速度很大时，阻力和速度的平方成正比，这时要把飞机、轮船的最大速度增大到原来的2倍，发动机的输出功率要增大到原来的： A．2倍；

B．4倍；

C．6倍；

D．8倍.2解析：飞机、轮船达到最大速度时牵引力F与阻力f相等，即F=f,而f=KV,所以发动机的输出功率P=FV=KV，要把飞机、轮船的最大速度增大到原来的2倍，发动机的输出功率要增大到原来的8倍.（三）课堂小结

3用心

爱心

专心 3 功率的物理意义：功率是描述力对物体做功快慢的物理量

功率

平均功率：描述力在一段时间内做功的快慢，用P=W/t 计算，若用

P=Fvcosα，V为t时间内的平均速度 瞬时功率：描述力在某一时刻做功的快慢，只能用P=Fvcosα，V为某

时刻的瞬时速度。额定功率和实际功率

（四）作业：课本中本节课后的练习1、3 说明：

1．本节教学的重点是使学生确切地理解公式P＝FV的意义，为此教材通过实例进行分析，教学中还可以补充一些实例。

2．通过本节的例题的教学，应使学生学会应用基本公式进行计算，对平均功率和瞬时功率有所理解。

3．考虑到发动机的额定功率与汽车的最大速度的关系比较难一些，单独列为专题加以讨论。在这个专题中，着重分析了汽车由开动到匀速行驶的物理过程，然后运用公式解题，以便使学生养成分析物理过程的习惯，避免简单地套用公式。

用心

爱心

科教版物理必修2教案 篇2

一、缓慢拉动与匀速拉动的差异

【例1】如图1 甲所示, 竖直平面内放置一直角杆AOB, 杆的水平部分粗糙, 竖直部分光滑, 两部分各有质量相等的小球A和B套在杆上, A、B间用轻绳相连, 以下说法中正确的是 ( )

A.若用水平拉力向右缓慢地拉A, 则拉动过程中A受到的摩擦力不变

B.若以一较明显的速度向右匀速地拉A, 则拉动过程中A受到的摩擦力不变

C.若以一较明显的速度向右匀速地拉A, 则该过程中A受到的摩擦力比静止时的摩擦力要大

D.若以一较明显的速度向下匀速地拉B, 则该过程中A受到的摩擦力与静止时的摩擦力相等

【解析】当A滑动时, A受到的摩擦力是滑动摩擦力, 在动摩擦因数不变的情况下, 其大小只与正压力有关.若用水平拉力向右缓慢地拉A, 两小球都始终处于平衡状态, 选取两球组成的系统为研究对象, 该系统在竖直方向上受到总重力和水平杆对A球竖直向上的支持力N的作用, 二力平衡, 所以N=GA+GB, 可见, 支持力N不变, 又因为A球受到的摩擦力f=μN, 所以f=μ (GA+GB) 不变, 选项A正确;若以一较明显的速度向右匀速地拉A球, 则两球实际运动的速度可以看作合速度, 它们均可以分解为沿绳方向的分速度和垂直绳方向的分速度, 并且两球沿绳方向的分速度大小相等, 设A球匀速运动的速度为v, 轻绳AB与水平杆间的夹角为θ, 如图1乙所示, 则v1=vcosθ, v3=vBsinθ, v3=v1, 所以vB=vcotθ, 可见, 当A球向右运动时, θ变小, vB变大, 即B球在竖直方向上做加速运动, 所以轻绳对B球拉力的竖直向上的分量大于GB, 根据牛顿第三定律, 轻绳对A球竖直向下的拉力分量也大于GB, 所以N >GA+GB, A受到的摩擦力f =μN >μ (GA+GB) , 选项B错误, 选项C正确;若以一较明显的速度向下匀速地拉B球, 那么由两球组成的系统在竖直方向上受力平衡, 则水平杆对A球的弹力N =GA+GB+F, 其中F为拉力, 可见N比静止时要大, 所以该过程中A受到的摩擦力比静止时大, 选项D错误.

【答案】AC

【比较】共同点:结构装置形似、绳连接物体系统.解答中都要受力分析.

易错点:甲图中强调“缓慢拉动”, 系统处于平衡状态, 利用整体和隔离法解决;乙图中强调“匀速拉动”, 对B物体属于斜拉牵引问题, 涉及速度的分解, 若求解功能问题, 因为B物体做变速运动, 所以利用动能定理或能量守恒定律.

二、抛体巧遇斜面与曲面的差异

【例2】如图2所示, 以9.8m/s的水平初速度v0抛出的物体, 飞行一段时间后, 垂直地撞在倾角θ为30°的斜面上, 可知物体完成这段飞行的时间是 ()

A.B.

C.D.2s

【解析】物体撞击到斜面上时速度可按如图3所示分解, 由物体与斜面撞击时速度的方向, 建立起平抛运动的物体竖直分速度vy与已知的水平速度v0之间的关系, 求出vy, 再由自由落体速度与时间的关系求出物体的飞行时间.由图可知:, 即, 可以求得.

【答案】C

【例3】如图4所示, 从半径为R=1m的半圆PQ上的P点水平抛出一个可视为质点的小球, 经t=0.4s小球落到半圆上.已知当地的重力加速度g=10m/s2, 据此判断小球的初速度可能为 ( )

A.1m/s B.2m/s

C.3m/s D.4m/s

【解析】由可得h=0.8m, 如图5所示, 小球落点有两种可能, 若小球落在左侧, 由几何关系得平抛运动水平距离为0.4m, 初速度为1m/s;若小球落在右侧, 平抛运动的水平距离为1.6m, 初速度为4m/s, AD项正确.

【答案】AD

【比较】共同点:小球做平抛运动, 解决之道利用分解思想, 找准两个位移是正确解答的前提.

易错点:例3中, 斜面倾角已知, 利用速度分解矢量图找出关系, 若小球从斜面顶端抛出落在斜面的底部, 利用位移矢量图找关系.不管哪种, 用好斜面倾角的纽带作用.例4中抛体遇曲面, 因为时间已知, 小球运动的竖直高度确定, 但是在曲面上同高度可以有两处即两解, 学生容易借用例3的思维套解例4, 造成漏解.同理, 若斜面和平面组合时, 小球从斜面顶部抛出是落在斜面上、还是斜面底部甚至是平面上, 都要根据具体的情况分析, 谨防漏解.

三、近地卫星与同步卫星的差异

【例4】地球赤道上有一物体随地球的自转, 所受的向心力为F1, 向心加速度为a1, 线速度为v1, 角速度为ω1;绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星 (高度忽略) , 所受的向心力为F2, 向心加速度为a2, 线速度为v2, 角速度为ω2;地球的同步卫星所受的向心力为F3, 向心加速度为a3, 线速度为v3, 角速度为ω3;地球表面的重力加速度为g, 第一宇宙速度为v, 假设三者质量相等, 则 ( )

A.F1=F2>F3B.a1=a2=g>a3

C.v1=v2=v>v3D.ω1=ω3<ω2

【解析】地球同步卫星的运动周期与地球自转周期相同, 角速度相同, 即ω1=ω3, 根据关系式v=ωr和a=ω2r可知, v1<v3, a1<a3;人造卫星和地球同步卫星都围绕地球转动, 它们受到的地球的引力提供向心力, 即可得, , , 可见, 轨道半径大的线速度、向心加速度和角速度均小, 即v2>v3, a2>a3, ω2>ω3;绕地球表面附近做圆周运动的人造卫星 (高度忽略) 的线速度就是第一宇宙速度, 即v2=v, 其向心加速度等于重力加速度, 即a2=g;所以v=v2>v3>v1, g=a2>a3>a1, ω2>ω3=ω1, 又因为F=ma, 所以F2>F3>F1;可见, A、B、C项错误, D项正确.本题答案为D.

【答案】D

【比较】共同点:三者都做匀速圆周运动, 合力提供向心力.

易错点:地球上物体、同步卫星与地球公转, 角速度 (周期) 相同;但是, 对地球上物体有 (自转模型) , 对同步卫星有, 同步与近地卫星都是公转模型 (万有引力提供向心力) , 差异在轨道半径不同, 所以万有引力即向心力不同, 地球上物体同步与近地卫星轨道半径近似相同.

比较同步卫星、近地卫星和地球赤道上的物体时, 先利用同步卫星和地球赤道上的物体的角速度相同 (切入点是v=ωr) 比较速度、加速度、向心力, 再利用万有引力提供向心力从万有引力角度比较近地卫星和同步卫星的速度、向心力、加速度, 在进一步将三者联系起来.

在“万有引力定律”的试题中, 还有双星或多星问题, 求合力、公转半径和引力半径时易错;变轨前后对速率的变化、加速度怎样分析等出错.

四、水平启动与竖直启动的差异

【例5】 (2015·新课标Ⅱ卷) 一汽车在平直公路上行驶.从某时刻开始计时, 发动机的功率P随时间t的变化如图6所示.假定汽车所受阻力的大小f恒定不变.下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图象中, 可能正确的是 ( )

【解析】由图可知, 汽车先以恒定功率P1启动, 所以刚开始做加速度减小的加速运动, 后以更大功率P2运动, 所以再次做加速度减小的加速运动, 故A项正确, B、C、D项错误.

【答案】A

【例6】起重机的钢索将重物由地面吊到空中某个高度, 其速度图象如图7 所示, 则钢索拉力的功率随时间变化的图象可能是 ( )

【解析】从v-t图中可以看出, 在0~t1时间内, 重物做匀加速运动, 钢索对物体的拉力为恒力, 且F1>G, 由P1=F1v知, 拉力的功率随速度的增大而增大;t1~t2时间内, 物体做匀速运动, F2=G, 所以t1时刻功率发生了突变, 且在t1~t2时间内功率恒定并小于t1时刻的功率;t2~t3时间内物体做匀减速运动, 拉力恒定F3<G, 所以t2时刻功率也发生了突变, t2~t3时间内功率逐渐减小, 且小于t2时刻的功率.

【答案】B

【比较】共同点:都是启动模型, 受到恒定阻力.涉及速度图象和功率图象描绘运动的过程.

易错点:例5中汽车保持功率不变启动, 所以汽车做加速度变小的加速运动.例6中, 0~t1物体处于超重状态, t2~t3物体处于失重状态, 根据求解功率P=Fv, 图象要“突降”一小段, 没有注意细微的差异的同学会错选A项.

五、曲面做功与斜面做功的差异

【例7】如图8所示, 斜面AB和水平面BC是由同一板材上截下的两段, 在B处用小圆弧连接.将小铁块 (可视为质点) 从A处由静止释放后, 它沿斜面向下滑行, 进入平面, 最终静止于P处.若从该板材上再截下一段, 搁置在A、P之间, 构成一个新的斜面, 再将铁块放回A处, 并轻推一下使之沿新斜面向下滑动.关于此情况下铁块运动情况的描述, 正确的是 ( )

A.铁块一定能够到达P点

B.铁块的初速度必须足够大才能到达P点

C.铁块能否到达P点与铁块质量有关

D.铁块能否到达P点与铁块质量无关

【解析】本题易出现想当然的判断, 即斜面的倾角变小, 所以滑得慢不能到达P处.设AB=x1, BP=x2, AP=x3, 动摩擦因数为μ, 由动能定理得:mgx1sinα-μmgcosαx1-μmgx2=0, 可得:mgx1sinα=μmg (x1cosα+x2) , 设沿AP滑到P的速度为vP, 由动能定理得:, 因x1cosα+x2=x3cosβ, 故得:vP=0, 也即铁块恰好沿AP滑到P点与铁块质量无关, 故A、D项正确.

【答案】AD

【例8】 (2014· 龙子湖区二模卷) 如图9 所示, 质量为m的滑块从h高处的a点沿圆弧轨道ab滑入水平轨道bc, 滑块与轨道的动摩擦因数相同.滑块在a、c两点时的速度大小均为v, ab弧长与bc长度相等.空气阻力不计, 则滑块从a到c的运动过程中 ( )

A.滑块的动能始终保持不变

B.滑块在bc过程克服阻力做的功一定等于

C.滑块经b点时的速度小于

D.滑块经b点时的速度等于

【解析】滑块在bc面上做减速运动, A项错误;对整个过程利用动能定理有WG-Wfab-Wfbc=0, 物体在ab段处于超重, 摩擦力要大于bc段的, B项错误, C项正确.

【答案】C

【比较】共同点:题给装置差不多, 物体都是由高处下滑到低处.

易错点:“例6”中物体沿斜面下滑, “例7”中物体沿曲面下滑, 差异就是后者做圆周运动, 有超重现象发生, 所以摩擦力大小改变, 因此, 解答时只能用动能关系, 前者还可以用牛顿运动定律, 同时前者也是测定动摩擦因数的一种方法 () .

六、抛体巧遇斜面与曲面的差异

【例9】如图10所示, 两个3/4圆弧轨道固定在水平地面上, 半径R相同, A轨道由金属凹槽制成, B轨道由金属圆管制成, 均可视为光滑轨道.在两轨道右侧的正上方分别将金属小球A和B由静止释放, 小球距离地面的高度分别用hA和hB表示, 则下列说法正确的是 ( )

A.若hA=hB≥2R, 则两小球都能沿轨道运动到最高点

B.若, 由于机械能守恒, 两个小球沿轨道上升的最大高度均为

C.适当调整hA和hB, 均可使两小球从轨道最高点飞出后, 恰好落在轨道右端口处

D.若使小球沿轨道运动并且从最高点飞出, A小球的最小高度为, B小球在hB>2R的任何高度均可

【解析】当hB=2R时, B小球能沿圆管运动到达最高点, 且由机械能守恒定律知到达最高点时速度减为零, 故当hA=2R时, A小球到达最高点前已离开圆弧轨道;同理, 当时, B小球能恰好上升至, A小球上升至3R/2前已离开圆弧, 故选项A、B错误;要使小球从轨道最高点飞出后恰好落在轨道右端口, 在最高点的初速度应为, 又因为A小球沿凹槽到达最高点的条件为, 即, 故A小球不可能从轨道最高点飞出后恰好落在轨道右端口处.又由机械能守恒定律, A小球能到达凹槽轨道高点的条件为:, 得.故C项错误、D项正确.

【答案】D

【比较】共同点:小球都做变速圆周运动, 因为接触面没有摩擦, 所以利用机械能守恒定律或动能定理都可以将圆周上的不同点联系起来.解决过程问题, 用牛顿运动定律解决圆周上的最高点和最低点受力问题, 解决瞬间问题.最低点受力情况相同.

易错点:物体在最高点时无支撑 (如绳件) , 对应的临界速度为, 而此速度是有支撑作用的管、杆对应的拉力与支持力转化的临界态, 在这种模型中, 物体能达到最高点的临界速度是v≥0.

要注意的另一个问题是左图中改变hA的高度, 不管怎样, 小球永远不会掉落在左图小球进入曲面的入口处.另外对于竖直平面内的圆周运动, 要注意的是“物体始终不离开圆弧”可以是完整的圆周运动, 也可以是一小段圆弧运动, 对于后者学生易忽视漏解.

七、轻绳牵连与弹簧牵连的差异

【例10】如图11所示, A、B两球质量相等, A球用不能伸长的轻绳系于O点, B球用轻弹簧系于O′点, O与O′点在同一水平面上, 分别将A、B球拉到与悬点等高处, 使绳和轻弹簧均处于水平, 弹簧处于自然状态, 将两球分别由静止开始释放, 当两球达到各自悬点的正下方时两球恰好仍处在同一水平面上, 则 ()

A.两球到达各自悬点的正下方时, 两球动能相等

B.两球到达各自悬点的正下方时, A球动能较大

C.两球到达各自悬点的正下方时, B球动能较大

D.两球到达各自悬点的正下方时, A球损失的重力势能较多

【解析】A球下摆过程中, 因机械能守恒, B球下摆过程中, 因机械能守恒, 由以上两式得, 可见, B项正确.

【答案】B

【比较】共同点:两种情况小球都做圆周运动, 都可以使用机械能守恒定律.

科教版物理必修2教案 篇3

教学目标：

1、记住动能的计算公式：Ek1mv2，知道他是标量

22、（1）理解动能定理的内涵（功是能量转化的量度，正功使物体动能增大，负功使物

体动能减少；物体动能的改变取决于总功）

（2）能在水平面和竖直平面利用动能定理求总功、某个力做的功，物体的速度。知道动能定理在以下方面的应用： a、通过动能变化判断（或求）总功 b、通过总功判断（或求）动能变化

引入

居里夫人和她的丈夫以研究放射性元素镭而著名，有一次她的丈夫皮埃尔·居里把一小块雷元素放在胸口的衣袋里，过了一段时间，他把上衣脱掉，发现胸口有处红色的小伤疤。大家知道是什么原因吗？

原来镭是一种放射性元素，它发生衰变的时候会放出高速运动的粒子（眼睛看不见），是这些粒子把他的胸口打伤的。

有人计算过，一只小鸟撞击速度为960千米/时的飞机时，就会产生21.6万牛的力。一只1.8千克的鸟撞在速度为900千来/时的飞机上时，产生的冲击力比炮弹的冲击力还要大。所以在飞机场你会看到总会有人专门赶鸟。

可见运动着的物体都具有一种能量，这种能量能对其它物体有杀伤力。这种能量是由于物体运动而产生的，所以我们叫动能。

板书：

一、动能

1、定义：物体由于运动而具有的能量

飞过来一个足球，用头一顶就飞出去了，如果飞过来一个铅球，你还敢用头顶吗？运动的物体能量有大有小，大小跟什么有关呢？ Powerpoint展示，学生思考

动能的大小跟什么有关？请看下列两个例子，思考影响动能的因素。例1：汶川大地震

印度洋板块和亚洲板块运动的速度非常慢，大概每年两厘米的速度推进，但当他们相碰撞，产生的动能可以毁掉整个汶川，影响整个四川。

试比较下列每种情况下，甲、乙两物体的动能：(除下列点外，其他情况相同)①物体甲的速度是乙的两倍；②物体甲向北运动，乙向南运动； ③物体甲做直线运动，乙做曲线运动；④物体甲的质量是乙的一半。

在学生得出正确答案后总结：动能是标量，与速度方向无关；动能与速度的平方成正比，因此速度对动能的影响更大。补充板书：

一、动能

1、定义：物体由于运动而具有的能量

2、动能的大小：物体的动能等于它的质量跟它的速度平方的乘积的一半。

3、计算公式：Ek1mv2

24、国际标准单位：焦（J）

5、动能是标量

Powerpoint展示水蒸汽烧手的例子，强调速度对动能影响更大，注意平方 Powerpoint展示练习

1、一个人站在阳台上，从阳台边缘以相同的速率v0分别把三个质量相同的球竖直上抛、竖直下抛、水平抛出，不计空气阻力，则三球抛出时的动能（）A、上抛球最大 C、平抛球最大 答案：D

2、判断

（1）质量相同的两个物体，若动能相同则他们的速度相同（）

（2）要使汽车动能变为原来的9倍，只需把车的速度增大到原来的9倍（）

（3）一定质量的物体动能变化时，速度一定变化，但速度变化时动能不一定变化（）答案：（1）错

（2）错

（3）对

师：功有正负两种，正功使物体获得动能，负功使物体失去动能。如果正负功同时存在那物体的动能会怎么变化呢？

Powerpoint展示情景

将刚才推导动能公式的例子改动一下：假设物体原来就具有速度v1，且水平面存在摩擦力f，在外力F作用下，经过一段位移s，速度达到v2，如图2，则此过程中，外力做功与动能间又存在什么关系呢？

答案：A

例2：一质量1.0kg的物体，以4m/s的速度在光滑的水平面上向左滑行，从某一时刻起施加一个向右的水平力，经过一段时间，物体的速度方向变为有，大小仍为4m/s，则在这段时间内水平力对物体所做的功为（）

A．0

B、—8J

C、—16J

D、—32J 答案：A

运动员用F=1000N的力向质量m=0.5kg的足球踢了一脚，足球以20m/s的速度向前飞去，运动S=50m停止。g=10m/s2，则运动员为此消耗掉化学能为（）A．5000J

B.2500J

C.100J

D.无法确定 答案：C 对比课本

例3：一质量为1kg的物体被人用手由静止向上提升1m，这是物体的速度2m/s，则下列说法正确的是（）A． 手对物体做功12J

B． 合外力对物体做功12J C． 合外力对物体做功2J D． 物体克服重力做功10J 答案：D

板书设计：

动能

动能定理

一、动能

1、定义：物体由于运动而具有的能量

2、动能的大小：物体的动能等于它的质量跟它的速度平方的乘积的一半。

3、计算公式：Ek1mv2

24、国际标准单位：焦（J）

科教版物理必修2教案 篇4

向心力是本节教学的重点，由向心加速度和牛顿第二定律引入向心力是教材所用的方法，这与以前的先学习向心力再学习向心加速度有所不同.学生对于向心力的理解不是很清楚，本节重点突出了向心力的理解及向心力在圆周运动中的作用.而向心力概念的学习，应及时强调指出，向心力是根据力的效果命名的，而不是根据力的性质命名的，它不是重力、弹力、摩擦力等以外的特殊力，而是做匀速圆周运动的质点受到的合外力，沿着半径指向圆心，它的方向时刻改变.本节的难点是运用向心力、向心加速度知识解释有关现象，处理有关问题.在学习时可以让学生认识实例：用细线系着的小球在水平面上做匀速圆周运动或是一些生活中的实例让学生体验或观察，从而引入向心力概念.教学重点

向心力概念的建立及计算公式的得出及应用.教学难点

向心力的来源.时间安排

1课时

三维目标 知识与技能

1.理解向心力的概念.2.知道向心力大小与哪些因素有关.理解公式的确切含义，并能用来计算.3.会根据向心力和牛顿第二定律的知识分析和讨论与圆周运动相关的物理现象.过程与方法

1.通过向心力概念的学习，知道从不同角度研究问题的方法.2.体会物理规律在探索自然规律中的作用及其运用.情感态度与价值观

1.经历科学探究的过程，领略实验是解决物理问题的一种基本途径，培养学生实事求是的科学态度.2.通过探究活动，使学生获得成功的喜悦，提高他们学习物理的兴趣和自信心.3.通过向心力和向心加速度概念的学习，认识实验对物理学研究的作用，体 会物理规律与生活的联系.课前准备

细杆、细绳（2）、小球、直尺、秒表、盛水的透明小桶.教学过程

导入新课

情景导入

前面两节课，我们学习、研究了圆周运动的运动学特征，知道了如何描述圆周运动.知道了什么是向心加速度和向心加速度的计算公式，这节课我们再来学习物体做圆周运动的动力学特征.观察下面几幅图片，并根据图做水流星实验，让学生自己体验实验中力的变化，考虑一下为什么做圆周运动的物体没有沿着直线飞出去而是沿着一个圆周运动.前三幅图可以看出物体之所以没有沿直线飞出去是因为有绳子在拉着物体，而第四幅图是太阳系各个行星绕太阳做圆周运动是由于太阳和行星之间有引力作用，是太阳和行星之间的引力使各个行星绕太阳在做圆周运动.如果没有绳的拉力和太阳与行星之间的引力，那么这些物体就不可能做圆周运动，也就是说做匀速圆周运动的物体都会受到一个力，这个力拉着物体使物体沿着圆形轨道在运动，我们把这个力叫做向心力.复习导入

复习旧知

1.向心加速度：做匀速圆周运动的物体，加速度指向圆心，这个加速度称为向心加速度.2.表达式：an=v2r=rω.23.牛顿第二定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.表达式：F=ma.推进新课

一、向心力

通过刚才的学习我们知道了向心力和向心加速度具有相同的方向，都指向圆心，而且物体是在向心力的作用下做圆周运动，因此我们根据牛顿第二定律可知向心力的大小为： Fn=m an=m实验探究

演示实验(验证上面的推导式)：研究向心力跟物体质量m、轨道半径r、角速度ω的定量关系.实验装置：向心力演示器 v2R=m rω2=mr（2T)2.演示：摇动手柄，小球随之做匀速圆周运动.①向心力与质量的关系：ω、r一定，取两球使mA=2mB,观察：(学生读数)FA=2FB,结论：向心力F∝m.②向心力与半径的关系：m、ω一定，取两球使rA=2rB,观察：(学生读数)FA=2FB,结论：向心力F∝r.③向心力与角速度的关系：m、r一定，使ωA=2ωB,观察：(学生读数)FA=4FB,结论：向心力F∝ω2.归纳总结：综合上述实验结果可知：物体做匀速圆周运动需要的向心力与物体的质量成正比，与半径成正比，与角速度的二次方成正比.但不能由一个实验、一个测量就得到定论，实际上要进行多次测量，大量实验，但我们不可能一一去做.同学们由刚才所做的实验得出：m、r、ω越大，F越大；若将实验稍加改进，如教材中所介绍的小实验，加一弹簧秤测出F，可粗略得出结论(要求同学回去做).我们还可以设计很多实验都能得出这一结论，说明这是一个带有共性的结论.测出m、r、ω的值，可知向心力大小为：F=mrω.二、实验：用圆锥摆粗略验证向心力表达式

原理：如图所示，让细绳摆动带动小球做圆周运动，逐渐增大角速度直到绳刚好拉直，用秒表测出n转的时间t，计算出周期T，根据公式计算出小球的角速度ω.用刻度尺测出圆半径r和小球距悬点的竖直高度h,计算出角θ的正切值.向心力F=mgtanθ,测出数值验证公式mgtanθ=mrω.22课堂训练

1.下列关于向心力的说法中，正确的是（）A.物体由于做圆周运动产生了一个向心力

B.做匀速圆周运动的物体，其向心力为其所受的合外力 C.做匀速圆周运动的物体，其向心力不变 D.向心加速度决定向心力的大小

2.有长短不同、材料相同的同样粗细的绳子，各拴着一个质量相同的小球在光滑水平面上做匀速圆周运动，那么（）

A.两个小球以相同的线速度运动时，长绳易断 B.两个小球以相同的角速度运动时，长绳易断 C.两个球以相同的周期运动时，短绳易断 D.不论如何，短绳易断

3.A、B两质点均做匀速圆周运动，mA∶mB=RA∶RB=1∶2，当A转60转时，B正好转45转，则两质点所受向心力之比为多少？ 参考答案：1.B 2.B 3.解答：设在时间t内，nA=60转，nB=45转,质点所受的向心力F=mωR=m(F∝mn2R 所以FAFBmAnARAmBnRB2B2

22nt)·R，t相同，2126045221249.讨论交流

1.根据我们前面的学习，大家讨论生活中你所遇到的圆周运动中是哪些力在提供向心力.强调：向心力不是像重力、弹力、摩擦力那样作为某种性质的力来命名的.它是从力的作用效果来命名的，凡是产生向心加速度的力，不管是属于哪种性质的力，都是向心力.2.由物体做曲线运动的条件可知，物体必定受到一个与它的速度方向不在同一条直线上的合外力作用，匀速圆周运动是一种曲线运动，匀速圆周运动合外力的方向有何特点呢？

匀速圆周运动速率不变，方向始终垂直半径，说明合外力不会使速度大小发生变化，只改变速度方向，匀速圆周运动合外力的方向始终指向圆心.三、变速圆周运动和一般曲线运动

问题：前面我们学习了加速度，做直线运动的物体其加速度可以改变物体运动的快慢，现在我们又学习了向心加速度，那么向心加速度是否也改变物体运动速度的大小？ 讨论交流

根据刚才我们的实验（验证向心力表达式的实验）可知，向心加速度并不能改变物体运动速度的大小，而是在改变物体运动的方向.我们在这个实验中可以感受到，如果要使物体的速度不断增大，我们对物体施加的力就不能保持始终指向圆心，而是与向心力的方向有一个角度.根据力F产生的效果可以把力F分解成两个相互垂直的两个分力：一个是指向圆心的产生向心加速度的向心力;另一个是沿圆周的切线方向的分力，这个力沿圆周切线方向产生加速度，这个加速度使物体的速度不断变大.因此这个运动不能是匀速圆周运动，而是变速圆周运动.也就是说变速圆周运动既有指向圆心的向心加速度，还有沿圆周切线方向的加速度，称为切向加速度.做变速圆周运动的物体所受的力

曲线运动：物体的运动轨迹不是直线也不是圆周的曲线运动.对于这样的运动尽管曲线的各个地方的弯曲程度不同，我们在研究时可以把这条曲线分成许多极短的小段，每一小段可以看作是一段圆弧.这些圆弧的弯曲程度不同，可以表示为有不同的半径，这样在分析质点运动时，就可以采用圆周运动的分析方法来处理问题了.一般的曲线可以分为很多小段，每段都可以看作一小段圆弧，各段圆弧的半径不一样 课堂训练

1.如图所示，在光滑的水平面上钉两个钉子A和B，相距20 cm.用一根长1 m的细绳，一端系一个质量为0.5 kg的小球，另一端固定在钉子A上.开始时球与钉子A、B在一条直线上，然后使小球以2 m/s的速率开始在水平面内做匀速圆周运动.若绳子能承受的最大拉力为4 N，那么从开始到绳断所经历的时间是多少?

解析：球每转半圈，绳子就碰到不作为圆心的另一个钉子，然后再以这个钉子为圆心做匀速圆周运动，运动的半径就减小0.2 m，但速度大小不变（因为绳对球的拉力只改变球的速度方向）.根据F=mv2/r知，绳每一次碰钉子后，绳的拉力（向心力）都要增大，当绳的拉力增大到Fmax=4 N时，球做匀速圆周运动的半径为rmin，则有 Fmax=mv2/rmin

22rmin=mv/Fmax=（0.5×2/4）m=0.5 m.绳第二次碰钉子后半径减为0.6 m，第三次碰钉子后半径减为0.4 m.所以绳子在第三次碰到钉子后被拉断，在这之前球运动的时间为： t=t1+t2+t3

=πl/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 说明：需注意绳碰钉子的瞬间，绳的拉力和速度方向仍然垂直，球的速度大小不变，而绳的拉力随半径的突然减小而突然增大.2.如图所示，水平转盘的中心有个竖直小圆筒，质量为m的物体A放在转盘上，A到竖直筒中心的距离为r.物体A通过轻绳、无摩擦的滑轮与物体B相连，B与A质量相同.物体A与转盘间的最大静摩擦力是正压力的μ倍，则转盘转动的角速度在什么范围内，物体A才能随盘转动?

解析：由于A在圆盘上随盘做匀速圆周运动，所以它所受的合外力必然指向圆心，而其中重力、支持力平衡，绳的拉力指向圆心，所以A所受的摩擦力的方向一定沿着半径或指向圆心或背离圆心.当A将要沿盘向外滑时，A所受的最大静摩擦力指向圆心，A的向心力为绳的拉力与最大静摩擦力的合力，即F+Fm′=mω12r

① 由于B静止，故F=mg

② 由于最大静摩擦力是压力的μ倍，即

Fm′=μFN=μmg

③ 由①②③解得ω1=g(1)/r

当A将要沿盘向圆心滑时，A所受的最大静摩擦力沿半径向外，这时向心力为：

F-Fm′=mω2r

④ 由②③④得ω2=g(1)/r.故A随盘一起转动，其角速度ω应满足g(1)/r答案：g(1)/rg(1)/r

g(1)/r.2课堂小结

1.向心力来源.2.匀速圆周运动时，仅有向心加速度.同时具有向心加速度和 切向加速度的圆周运动是变速圆周运动.3.匀速圆周运动向心加速度大小不变，方向指向圆心，时刻在变化，所以不是匀变速运动. 布置作业

教材“问题与练习”第1、3题.板书设计

7.向心力

1.做匀速圆周运动的物体具有向心加速度，根据牛顿第二定律，这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的合力.这个合力叫做向心力 2.表达式：Fn=m an= mv2R=m rω2=mr（2T)2

3.向心力的方向：指向圆心

4.向心力由物体所受的合力提供

活动与探究

课题：讨论汽车在过弯道时为什么要减速，不减速会出现什么情况，如果让你设计弯道你应该怎么设计，设计的依据是什么.过程：用汽车模型（最好用遥控小汽车，以便于方向的改变）或其他工具模拟汽车在过弯道时，为何要减速.若不减速应该怎么办.通过实际操作，找到合适的方法，并进行理论分析.习题详解

1.解答：地球绕太阳做匀速圆周运动的向心加速度为 a=ω2r=(2T)r(223.14365243600)×1.5×10 m/s=5.95×10 m/s

2112-52所以太阳对地球的引力是F=ma=6.0×1024×5.95×10-5N=3.57×1020 N.2.解答:小球的受力分析如图所示，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）我同意甲的观点，因为物体的受力为重力、支持力和静摩擦力，其中重力和支持力的合力为零,所以合外力即为静摩擦力.另外，物体相对于圆盘的运动趋势是沿半径方向向外，而不是向后，故乙的观点是错误的.4.解答：根据机械能守恒有不论钉子钉在何处，小球到达最低点的速度都是相等的，而在碰钉子前和碰钉子后的区别就是做圆周运动的圆心由O点移到A点，即圆周运动的半径不一样.设碰钉子后细绳的拉力为T，则据牛顿第二定律有T-mg=mv2r.可以看出，当r越小时，细绳的拉力T越大，即当细绳与钉子相碰时，如果钉子的位置越靠近小球，绳就越容易断.5.解答：我认为正确的是丙图，因为如果将力F分解为沿切线和垂直于切线的两个方向，由于汽车是沿M向N的方向上做减速运动，则只有丙图是符合的.设计点评

科教版物理必修2教案 篇5

整体设计

本节重点讲述了人造卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度，并介绍了第二、第三宇宙速度.人造卫星是万有引力定律在天文学上应用的一个实例，是人类征服自然的见证，体现了知识的力量，是学生学习了解现代科技知识的一个极好素材.教材不但介绍了人造卫星中一些基本理论，更是在其中渗透了很多研究实际物理问题的物理方法.因此本节课是“万有引力定律与航天”中的重要内容，是学生进一步学习研究天体物理问题的理论基础.另外，学生通过对人造卫星、宇宙速度的了解，也将潜移默化地产生对航天科学的热爱，增强民族自信心和自豪感.本节内容涉及人造卫星的运动规律和三个宇宙速度的含义，在处理有关卫星的问题时，可以按匀速圆周运动模型处理，进而结合向心力公式、向心加速度公式及圆周运动公式，推导已知量和未知量的关系.学习宇宙速度时，要对比记忆，明确其物理意义.应掌握推导过程，体会推导第一宇宙速度的物理思想，另外，结合向心运动或离心运动分析卫星轨道如何变化或改变的原因.教学重点

会推导第一宇宙速度，了解第二、第三宇宙速度.教学难点

运行速率与轨道半径之间的关系.课时安排

1课时

三维目标 知识与技能

1.了解人造卫星的有关知识.2.知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度.3.通过实例，了解人类对太空的探索历程.过程与方法

1.能通过航天事业的发展史说明物理学的发展对于自然科学的促进作用.2.通过用万有引力定律推导第一宇宙速度，培养学生运用知识解决问题的能力.情感态度与价值观

1.通过对我国航天事业发展的了解，进行爱国主义的教育.2.关心国内外航空航天事业的发展现状与趋势，有将科学技术服务于人类的意识.课前准备

多媒体课件、月球绕地球转动演示仪.教学过程

导入新课 情景导入

阿波罗飞船载人登月和返回地球的轨道示意图

经火箭发射，“阿波罗11号”首先进入环绕地球的轨道，然后加速，脱离地球轨道后，惯性滑行，进入环绕月球的轨道，最后登月舱降落在月球.当宇航员在月球上完成工作后，再发动引擎进入环月球的轨道，然后加速，脱离月球轨道，进入地球轨道，最后降落于地球.结合登月航线讨论：为什么飞船能围绕地球旋转？飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚？

情景导入

万有引力定律的发现，不仅解决了天上行星的运行问题，也为人们开辟了上天的理论之路.现代火箭航天技术先驱、俄国科学家齐奥尔科夫斯基曾说过：“地球是人类的摇篮，人类绝不会永远躺在这个摇篮里，而会不断地探索新的天体和空间.”1957年10月4日，前苏联用三级火箭发射了世界上第一颗人造地球卫星——“旅行者1号”，人类开始迈入航天时代.火箭发射

2003年10月15日，“神舟五号”飞船载着中国第一位航天员杨利伟成功升空，这标志着我国进入了载人航天时代.那么，多大的速度才能使物体不再落回地面，而使其成为地球的一颗卫星呢？ 情景导入

牛顿在思考万有引力定律时就曾经想过，从高山上水平抛出的物体速度一次比一次大时，落点就一次比一次远.如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，这就是人造地球卫星的雏形.那么这个速度需要多大呢？

学习本节内容之后便可解决上述问题了.推进新课

一、宇宙速度

课案片段一：人造地球卫星

课件展示

1.人造卫星发射及其在圆形轨道上的运动.2.演示月球绕地球转动.问题：1.抛出的石头会落地，为什么卫星、月球没有落下来？

2.卫星、月球没有落下来必须具备什么条件？ 学生带着这两个问题阅读教材“宇宙速度”部分.策略：教师不要急于让学生回答上述两个问题，提出这两个问题的目的是让学生带着问题去阅读课文，具有针对性，而且这两个问题可激发学生学习的兴趣.教师活动：演示抛物实验，提出问题：

1.平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点如何变化？ 2.速度达到一定值后，物体能否落回地面？ 3.若不能，此速度必须满足什么条件？ 4.若此速度再增大，又会出现什么现象？ 组织学生讨论、交流，大胆猜测.结论：1.平抛物体的速度逐渐增大，物体的落地点逐渐变大.2.速度达到一定值后，物体将不再落回地面.3.物体不落回地面时环绕地面做圆周运动，所受地面的引力恰好用来提供向心力，满足GMmr2mvr2vGMr.4.若此速度再增大，物体不落回地面，也不再做匀速圆周运动，万有引力不能提供所需要的向心力，从而做离心运动，轨道为椭圆轨道.合作探究

教师引导学生共同探究出：

1.人造卫星：物体绕地球做圆周运动时，此物体成为地球的卫星.2.卫星轨道：可以是圆轨道，也可以是椭圆轨道.卫星绕地球沿圆轨道运行时，由于地球对卫星的万有引力提供了卫星绕地球运动的向心力，而万有引力指向地心，所以，地心必须是卫星圆轨道的圆心.卫星的轨道平面可以在赤道平面内（如同步卫星），也可以和赤道平面垂直，还可以和赤道平面成任一角度.卫星绕地球沿椭圆轨道运动时，地心是椭圆的一个焦点，其周期和半长轴的关系遵循开普勒第三定律.3.卫星的种类：

卫星主要有侦察卫星、通讯卫星、导航卫星、气象卫星、地球资源勘测卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等种类.4.卫星的运行：

卫星在轨道上运行时，卫星的轨道可视为圆形，这样卫星受到的万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力.设卫星的轨道半径为r，线速度大小为v，角速度为ω，周期为T，向心加速度为a.根据万有引力定律与牛顿第二定律得GMmr2=ma=mv2r=mrω=mr

24T22

所以，卫星运行速度、角速度、周期和半径的关系分别为：v=

GMr,ω=

GMr3,T=

4rGM3.例1 在圆轨道上质量为m的人造地球卫星，它到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，则（）A.卫星运行的速度为122gR

B.卫星运行的周期为4142Rg

C.卫星的加速度为g

D.卫星的动能为mgR 解析：万有引力充当向心力，有GGMR2Mm(RR)2mv22R

又g=

gR2故v=GM2R,A错.T=

22Rv124R2gRgR242Rg,B对.a=v2rv22Rg4,C错.Ek=

12mv2mmgR4,D对.答案：BD 总结：卫星问题的求解，应知道万有引力提供了卫星做圆周运动的向心力.地球表面的重力加速度g=GMR2,当M未知时，可用其代换.由于g=

GMR2经常用到，所以叫“黄金公式”.点评：运用现代教育信息技术，把人类第一颗卫星发射场景，我国卫星发射、回收等有关资料片段重现在学生面前，给学生大量的生动的直观感受，使学生的思维在直观情景中由感性具体上升到思维抽象，准确地得到人造卫星的概念.课堂训练

有两颗人造卫星，都绕地球做匀速圆周运动，已知它们的轨道半径之比r1∶r2=4∶1,求这两颗卫星的：（1）线速度之比；（2）角速度之比；（3）周期之比；（4）向心加速度之比.参考答案： 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.课案片段二：三个宇宙速度

教师活动：提出问题，让学生带着问题去阅读课文，思考问题，交流讨论，解决问题.问题：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导出来的？

3.将卫星送入低轨道和送入高轨道哪一个更容易？为什么？ 4.所需的发射速度，哪一个更大？为什么？

5.发射速度和卫星绕地旋转的速度是不是同一速度？发射速度大说明什么？卫星运转速度大又说明什么？

学生阅读课文，思考、讨论，学生代表发言： 结论：1.第一宇宙速度：人造卫星近地环绕速度，是人造地球卫星的最小发射速度，v1=7.9 km/s.第二宇宙速度：在地面上发射物体，使之能够脱离地球的引力作用，成为绕太阳运行的人造卫星或飞到其他行星上去所必须达到的最小发射速度.v2=11.2 km/s.第三宇宙速度：在地面上发射物体，使之最后能脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必需的最小速度.v3=16.7 km/s.2.第一宇宙速度的推导：由v=

GMrGMR，应用近地条件r=R(R为地球半径），R=6 400 km，代入地球质量M=6×1024 kg，得v=

=7.9 km/s.第一宇宙速度的另一种推导：

在地面附近，重力等于万有引力，此力提供卫星做匀速圆周运动的向心力.（地球半径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.说明：上述两种推导地球上第一宇宙速度的方法，也可以推广运用到其他星球上去.即知道了某个星球的质量M和半径r，或该星球的半径r及表面的重力加速度g，可以用同样方法，求得该星球上的第一宇宙速度.3.将卫星送入低轨道容易，因为向低轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的引力做的功少.4.向高轨道发射，所需要的发射速度大.5.发射速度与环绕速度不同.发射速度是将卫星送入轨道，在地面上所必须获得的速度.环绕速度是卫星发射成功后，环绕地球运行时的速度.由上述分析知，发射速度越大，轨道半径越大，由v=GMr知，环绕速度越小.知识拓展

1.根据三个宇宙速度的定义，三个宇宙速度又分别叫环绕速度、脱离速度、逃逸速度.2.v1=7.9 km/s是最小的发射速度，但却是最大的环绕速度.①7.9 km/s

A.0.4 km/s

B.1.8 km/s

C.11 km/s

D.36 km/s 解析：对于环绕地球或月球的人造卫星，其所受万有引力根据它们做圆周运动所需向心力，即GMmr2mv2r

所以v=

GMr

第一宇宙速度指的是最小发射速度，同时也是近地卫星环绕速度，对于近地卫星来说，其轨道半径近似等于地球半径

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.课堂训练

1.恒星演化发展到一定阶段，可能成为恒星世界的“侏儒”——中子星.中子星的半径较小，一般在7 km—20 km，但它的密度大得惊人.若某中子星的半径为10 km，密度为1.2×1017kg/m3，那么该中子星上的第一宇宙速度约为（）

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为它表面处的卫星的环绕速度，此时卫星的轨道半径近似地认为是该中子星的球半径，且中子星对卫星的万有引力充当向心力，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是地球人造卫星的第一宇宙速度，不同的天体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义，知道第一宇宙速度的导出过程，才能用这种计算方法计算任何天体上的第一宇宙速度.知识拓展

拓展1：同步卫星是相对于地面静止的、和地球自转具有相同的周期的卫星，T=24 h.同步卫星一定位于赤道上方距地面高h处，且h是一定的.同步卫星也叫通讯卫星.假设卫星的轨道在某一纬线圈的上方跟着地球的自转同步地做匀速圆周运动，卫星运动的向心力由地球对它的引力的一个分力提供.由于另一个分力的作用将使卫星轨道靠向赤道,故只有在赤道上方，同步卫星才可能在稳定的轨道上运行.设地球的质量为M，卫星的质量为m，地球的半径为R，离地面的高度为h，由万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，代入数值得h=3.6×107 m.由此可知要发射地球同步卫星，必须同时满足三个条件：(1)卫星运动周期和地球自转周期相同.(2)卫星的运行轨道在地球的赤道平面内.(3)卫星距地面的高度有确定的值（约为3.6×107 m）.拓展2：人造地球卫星中的超重和失重

在人造卫星的发射过程中，整个卫星以加速度a向上加速运动，这时卫星中的人和其他物体的动力学方程为N-mg=ma N=mg+ma

即N>mg，这就是超重现象.这种情况与升降机中的超重相同.当卫星进入轨道以后，围绕地球做匀速圆周运动，这时卫星中的人和其他物体均以本身所受的重力作为向心力，即mg=mv2r

显然，它们不再给支持物以压力或拉力，卫星上的物体完全失重，在卫星中处于漂浮状态.因此，在卫星上的仪器，凡是使用原理与重力有关的均不能使用.2.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经点火，使其沿椭圆轨道2运行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，如图所示.则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是（）

A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度

C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度 D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度

解析：本题主要考查人造地球卫星的运动，尤其是考查了同步卫星的发射过程，对考生理解物理模型有很高的要求.由GMmr2mv2r得v=

GMr

因为r3>r1，所以v3

因为r3>r1,所以ω3<ω1

卫星在轨道1上经过Q点时的加速度为地球引力产生的加速度，而在轨道2上经过Q点时，也只有地球引力产生加速度，故应相等.同理，卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度.答案：BD 点拨：（1）在讨论有关卫星的题目时，关键要明确：向心力、轨道半径、线速度、角速度和周期彼此影响、互相联系，只要其中的一个量确定了，其他的量也就不变了.只要一个量发生了变化，其他的量也都随之变化，不管是定性的分析还是定量的计算，都要依据下列关系式加以讨论： GMmr2mv2r=mωr=mωv=m

24T22r.（2）要区别线速度和发射速度，不要从v=小，因而发射越容易”.二、梦想成真 问题（课件展示）：

GMr出发误认为“高度越大的卫星，运动速度越1.是谁真正为人类迈向太空提供了科学思想？ 2.世界上第一颗人造地球卫星是哪个国家发射的？ 3.最先登上月球的是哪国人？

4.中国载人航天工程是哪一年正式启动的？ 5.中国第一个被送入太空的航天员是谁？

学生阅读课文“梦想成真”这一部分，回答上述问题.明确：1.俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基

2.苏联

3.美国人 4.1992年

5.杨利伟

点评：通过阅读课文，解决问题.感知人类探索宇宙的梦想，激发学生运用知识解决问题的能力，促使学生树立献身科学的人生观、价值观.阅读材料：

材料1.人类探索太空的成就

从1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功，到今天人类已向太空发射了数以千计的包括卫星、空间站在内的航天器.“阿波罗”11号成功登陆月球，载人航天技术迅速发展.与此同时，探索太空、寻找人类知音的活动，也在持续进行.“先驱者”10号、11号及“旅行者”1号和2号先后出发，进入了茫茫太空，开始了它们的探索之旅.中华民族也不甘示弱，在火箭技术、卫星发射回收等技术方面均走在了世界的前列.伴随着“神舟五号”的发射成功，中国已正式启动“嫦娥工程”，开始了宇宙探索的新征程.材料2.中华民族是最早产生飞天梦想的伟大民族.从“嫦娥奔月”的动人传说到敦煌飞天的美丽壁画，从明代的万户飞天到如今的“神舟”号飞船，中华民族探索太空的脚步从来就没有停止过.1970年4月24日，我国的第一颗人造地球卫星——“东方红”1号上天了，嘹亮的“东方红”乐曲响彻太空，中国人有了自己的卫星.接着，我国相继研制和发射了科学实验卫星、返回式卫星、通讯卫星、气象卫星等一系列卫星.2003年10月15日9时整，“神舟五号”飞船载着中国第一位航天员杨利伟成功升空，在太空遨游了21个多小时，绕地球飞行14圈，于2003年10月16日6时23分在内蒙古草原安全着陆.飞船的成功发射，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家.中国和其他国家一样，在此之前探索宇宙的道路已经历了艰难的跋涉，且已取得了巨大成就.课堂训练

1.关于第一宇宙速度，下列说法正确的是（）A.它是人造地球卫星绕地球飞行的最小速度 B.它是近地圆轨道上人造地球卫星的运行速度 C.它是使卫星进入近地圆轨道的最小发射速度 D.它是卫星在椭圆轨道上运行时在远地点的速度

答案：BC

2.同步卫星是与地球自转同步的卫星，它的周期T=24 h.关于同步卫星的下列说法正确的是（）

A.同步卫星离地面的高度和运行速度是一定的

B.同步卫星离地面的高度越高，其运行速度就越大；高度越低，速度越小 C.同步卫星只能定点在赤道上空，相对地面静止不动

D.同步卫星的向心加速度与赤道上物体随地球自转的加速度大小相等 答案：AC

3.2004年10月19日，中国第一颗业务型同步气象卫星——“风云二号C”发射升空，并进入预定轨道.下列关于这颗卫星在轨道上运行的描述，正确的是（）A.速度介于7.9 km/s与11.2 km/s之间

B.周期小于地球自转周期 C.加速度小于地面重力加速度

D.处于平衡状态 答案：C 4.我们设想，如果地球是个理想的球体，沿地球的南北方向修一条平直的闭合高速公路，一辆性能很好的汽车在这条高速公路上可以一直加速下去，并且忽略空气阻力，那么这辆汽车的最终速度（）

A.无法预测

B.与飞机速度相当 C.小于“神舟五号”宇宙飞船的速度

D.可以达到7.9 km/s 答案：D 课堂小结

1.知识小结

万有引力定律和向心力公式相结合，可以推导出卫星绕行的线速度、角速度、周期和半径的关系，记住三种宇宙速度的数值，结合航天知识可以进行实际的计算.同步卫星是众多卫星当中较特殊的一种，认识它的特点和规律，可以用来求解很多题目.2.规律方法总结

（1）万有引力定律应用于卫星问题，是牛顿第二定律在天体运行中的具体应用.把握好万有引力定律、牛顿第二定律、匀速圆周运动及其他力学知识的综合，是解答本节问题的关键.（2）公式GMmr2=mg中的g是与r（即轨道半径）有关的量，而不是一个定值，只是在地球表面附近时，g的变化很小，在处理自由落体运动时，为了简化问题，把g作为定值处理了.布置作业

1.阅读教材的科学漫步栏目——黑洞.2.上网查阅：（1）人造卫星的种类.（2）同步卫星的含义及特点.板书设计 宇宙航行 v2mrmaGMm,卫星:万有引力提供向心力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梦想成真中国探索太空的成就活动与探究

课题：为“神舟”飞船设计一项搭载实验.活动内容：在“神舟五号”飞船或航天飞机内，都搭载了不少利用微重力环境的科学实验项目，其中有些是中学生设计的，如在“哥伦比亚”号航天飞机内就搭载有我国中学生设计的“微重力下蚕的生长发育的实验”.我国即将发射“神舟七号”载人飞船，你想在飞船内搭载实验吗？请在老师的指导下合作，设计一项搭载实验.全班同学可举行一次活动，评选出优秀的实验方案.习题详解

1.解答：设飞船的质量是m，周期为T，离地面高度为h.由题意知：T=213600236014s=5 498.57 s

GMm(Rh)2万有引力提供飞船做圆周运动的向心力得=m(R+h)

4T22, 故“神舟五号”距离地面的高度h=3代入数据得h=3.4×105 m.GMT422R

2.解答：近地飞行的轨道半径r=R(R为地球半径）.设其速度为v.由万有引力提供向心力得

GMmR2mvR

2①

忽略地球自转，地球表面上质量为m0的物体的重力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.设计点评