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目录学科 1单元课题 1作业类型 1课标要求 1设计思路 1单元分析 2单元教材分析 2学情分析 3本单元课程学习目标 4单元作业目标 5第六章《万有引力与航天》作业目标 5第六章《万有引力与航天》课时作业 6单元分层作业对应质量水平与操作评价策略 7课时作业及章末复习检测作业 8第一节 行星的运动 8第二节 太阳与行星间的引力 12第三节 万有引力定律 16第四节 万有引力理论的成就 20第五节 宇宙航行 26章末复习 30高中物理作业设计【学科】物理【单元课题】万有引力与航天【作业类型】单元作业【课标要求】1.内容要求：通过史实，了解万有引力定律的发现过程；知道万有引力定律并认识发现万有引力定律的重要意义，认识科学定律对人类探索未知世界的作用；会计算人造地球卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。2.教学提示：引导学生关注物理学定律与航天技术等现代科技的联系，了解人类对宇宙天体的探索历程，从万有引力定律的普适性认识自然界的统一性。3.学业要求：能用万有引力定律分析简单的天体运动，初步了解相对论时空观。通过对行星运动规律的学习，认识到科学研究包含大胆的想象和创新，科学理论具有相对稳定性，又是不断发展的，人类对自然的探索永无止境。具有探索自然、造福人类的意识。【设计思路】“双减”政策即减轻学生作业负担和校外培训负担。“三新”改革即“新课程、新教材、新高考”，其培养目标是：提升学生综合素质，着力发展核心素养，使学生具有理想信念、这会责任感，科学文化素养、终身学习能力，自主发展能力、沟通合作能力。基于“双减”政策和“三新”改革，在高中物理作业设计中如何控量重优化，提质促教学，让学科立场与学生立场相融合、创新与高效相融合，让师生共同成长，是我们要思考的问题。兴趣是学生学习的不竭动力，如果作业设计形式呆板，内容枯燥且量多，那学生只会“望业生畏”。本次单元作业设计题型包括夯实基础、应用提高和拓展创新。根据学生实际情况，将学生分为三类，分别对应于学业水平考试合格、良好和优秀三个等级。既有全员参与的必做题，也有发挥学生个性的选做题，以满足不同层次的学生的学习需求。作业设计的目的是调动学生的多种感观，优化作业内容，由课内向课外延伸，让学生在学习物理的同时，提高理解运用的能力。同时，引导学生去研究身边的生活，关注社会动态，关注我国航天事业的发展，做在生活中学习的主人，这样的作业，让学生在实践中增长了才干，同时也使学生感到学习物理是一件非常有用且有趣的事情，与物理学科核心素养要求相符。单元作业设计流程图【单元分析】（一）单元教材分析1、知识框架2、教材逻辑性分析本章内容选自高中物理人教版必修2第六章《万有引力与航天》，是应用牛顿运动定律对曲线运动的进一步研究。本章结合开普勒行星运动定律研究天体运动及人造卫星的运行规律，通过介绍人类对行星运动规律的认识过程和牛顿建立万有引力定律的过程让学生体验科学发现的新奇和艰辛，领悟科学家研究物理问题的思想方法，感悟科学家求真、求简的科学思想方法和科学精神。从行星的运动规律到万有引力的建立过程，是很好的科学探究的教育素材，而第四节《万有引力理论的成就》则是巩固了学生对万有引力定律的认识，使学生感受用物理理论探索未知世界的科学魅力。第五节《宇宙航行》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，学生不仅可以对万有引力定律有个更全面、更深入的认识，还有助于培养学生利用所学知识分析、解决实际问题的能力。本章各小节内容紧密联系，承上启下，通过学习让学生产生对航天科学的热爱，增强民族自豪感和自信心。（二）学情分析[知识储备分析]高一学生已经学习了牛顿的三个定律，了解了物体运动的条件，又学习了圆周运动的知识，知道做圆周运动的条件与规律，已经积累了一定的知识。理论上已经具备了接受万有引力定律的能力。但是学生对天体运动的研究缺乏观察的条件，对科学家的发现、发明、创造内容的了解不够系统和准确，老师可根据实际情况指导学生根据牛顿第二定律、圆周运动的相关知识理论推导万有引力定律。［能力分析］高一学生正处于从初中物理的定性分析到高中物理的定量讨论；从初中的形象思维到高中的抽象思维；从初中简单的逻辑思维到高中复杂的分析推理的转变过程中。从心理学的角度分析他们已经具备一定的观察力、记忆力、抽象概括力、想象力。但其创造能力还比较欠缺，对于利用已有知识创造出新的概念、理论的能力很弱；在学习过程中对知识点的把握还不是很准确，数学的推理能力较弱；但学生对感性材料的认知能力较强，接受新知识的能力也很强；所以对学习本课内容学生的愿望是迫切的，积极性很高。（三）本单元课程学习目标1、知识与技能目标：（1）了解人类对行星运动规律的认识历程。（2）掌握开普勒行星运动定律,并理解其科学价值。（3）理解一切行星的运动是因为太阳对行星存在引力作用。了解关于行星绕太阳运动的不同观点和引力思想形成的过程。（4）通过开普勒第三定律和牛顿运动定律推导出太阳与行星间的引力与它们的质量乘积成正比，与距离的二次方成反比。（5）知道万有引力存在于任意两个物体之间，知道其表达式和适用范围。（6）理解万有引力定律的推导过程，认识在科学规律发现过程中大胆猜想与严格求证的重要性。（7）会用万有引力定律解决简单的引力计算问题。知道万有引力定律公式中r的物理意义，了解引力常量G的测定在科学史上的重大意义。（8）了解万有引力定律在天文学上的重要应用。（9）会用万有引力定律计算天体质量和密度。（10）理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。（11）了解人造卫星的有关知识。（12）知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度，同时培养学生运用知识解决问题的能力。2、体验性要求目标：（1）通过托勒密、哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒等几位科学家对行星运动的研究过程，了解观察在认识行星运动规律中的作用，了解人类认识事物本质的曲折过程。（2）体会科学家实事就是、尊重客观事实、不迷信权威、敢于坚持真理和勇于探索的科学态度和科学精神。（3）通过推导太阳与行星间的引力公式，体会逻辑推理在科学研究中的重要性。（4）通过从行星运动规律到太阳与行星间的引力规律的探索，体会探究大自然规律的乐趣。（5）通过推理过程，培养科学研究兴趣，领略物理学中所蕴含的严谨的逻辑关系。（6）通过测量天体的质量、预测未知天体的学习活动，体会科学研究方法对人类认识自然的重要作用，体会万有引力定律对人类探索和认识未知世界的作用。（7）通过对天体运动规律的认识，了解科学发展的曲折性，感悟科学是人类进步不竭的动力。（8）通过介绍我国在卫星发射方面的情况，激发学生的爱国热情，感知人类探索宇宙的梦想，促使学生树立献身科学的人生价值观。【单元作业目标】表一：第六章《万有引力与航天》作业目标序号 作业目标 学 物理学科素养1 了解人类认识行星运动的历程 知道 物理观念2 理解开普勒三大定律 理解 科学思维3 运用开普勒运动定律解决问题 运用 科学探究4 引力的推导 知道 物理观念5 对太阳与行星引力的理解 理解 科学思维6 运用引力规律进行计算 运用 科学探究7 对万有引力定律的理解 理解 科学思维8 万有引力定律的综合运用 运用 科学探究9 会用万有引力定律计算天体质量和密度 运用 科学探究10 理解并掌握万有引力定律处理天体问题的思路和方法 理解 科学思维11 通过测量天体质量、预测未知天体的学习活动，体会科学探究方法对人类认识自然的重要作用 综合 科学探究 科学态度与责任12 知道三个宇宙速度的含义，并会推导第一宇宙速度 理解 科学思维13 会根据万有引力定律推导人造卫星的运行规律 运用 科学探究14 理解双星系统的简单应用 理解 科学思维15 通过我国航天事业发展史，激发学生的爱国热情，感知人类探索宇宙的梦想 综合 科学态度与责任16 体会科学家探究物理规律的过程，树立献身科学的人生价值观 综合 科学思维 科学态度与责任表二：第六章《万有引力与航天》课时作业课时名称 课时作业序号 课时作业 对应单元目标6.1 行星的运动 1、2、3 了解开普勒三大定律的内容 24、5 开普勒第三定律公式的应用 2、36.2 太阳与行星间的引力 1 万有引力的建立过程 42、5 理解太阳与行星间引力是作用力与反作用 53、4 引力规律的应用 66.3 万有引力定律 1 扭秤实验的探究 72 万有引力与重力和向心力的联系与区别 73、4 熟练应用万有引力定律 85 空穴球体间万有引力的计算 86.4 万有引力理论的成就 1、2、3 会用万有引力定律计算天体的质量和密度 9、104 用万有引力定律解决实际问题 105 用万有引力定律解决空间站的运行规律 116.5 宇宙航行 1、2 知道三个宇宙速度的含义 123、4 运用万有引力定律推导人造卫星的运行规律 135 运用万有引力定律和牛顿定律综合解决问题 13、15单元复习 1 双星模型的简单应用 142 扭秤实验原理 163 开普勒第三定律的应用 34 万有引力定律综合应用 8、11、166 整合本章知识点 15、16【单元分层作业对应质量水平与操作评价策略】作业分层 相应的学业质量水平 操作策略 评价策略夯实基础 1级。对应于学业水平考试合格层次。 体现选择性和个性化；基础题要求全体学生完成；提高题要求理科学生完成；拓展题要求思维能力较高的学生选做。 3道习题，正确率（正确率为正确的题目数/该层次的总题数）高于60％，为合格层次；高于70％，为良好层次；高于90％，为优秀层次。应用提高 2级。对应于学业水平考试良好层次。 1道习题，正确率（做对小题数/总小题数）高于60％，为合格层次；高于80％，即为良好层次；高于90％，为优秀层次。拓展创新 3级。对应于学业水平考试优秀层次。 1道习题，正确率（做对小题数/总小题数）高于50％，为合格层次；高于60％，为良好层次；高于80％，为优秀层次。【课时作业及章末复习检测作业】第一节 行星的运动作业层次1 夯实基础 作业时长 10分钟题目 1、地球绕太阳做椭圆运动，根据开普勒定律可知，地球在近日的速度为与在远日速度为，下列说法正确的是( ) A.大于 B.等于 C.小于 D.以上说法均错 2、2020年7月23日12时41分，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射。为了比较节省燃料和推力的方式实现太空中转移，从地球去往火星，“天问一号”探测器必须通过一条叫“霍曼转移轨道（如图的运输轨道）”飞行，该轨道是椭圆轨道（太阳位于该椭圆轨道的一个焦点上）。“天问一号”探测器发射升空后，先在地球附近点火加速，进入“霍曼转移轨道”，再在火星附近反向点火减速，被火星捕获（火星着陆）。关于“天问一号”沿“霍曼转移轨道”向火星运动的过程中，下列说法正确的是( ) A.“天问一号”的速度逐渐变大 B.“天问一号”的速度逐渐变小 C.“天问一号”的速度先逐渐变大、再逐渐变小 D.“天问一号”的速度先逐渐变小、再逐渐变大 3、如图所示，某行星绕太阳运动的轨道是椭圆。A点是轨道上距太阳最近的位置，B点是轨道上距太阳最远的位置。太阳位于椭圆其中的一个______上；行星在A点时的线速度______（填“大于”“小于”或“等于”）在B点时的线速度；行星在A点时的角速度______（填“大于”“小于”或“等于”）在B点时角速度。答案 1、【答案】A 【解析】由开普勒定律第二定律面积定律有，地球与太阳的连线在连续相等时间里扫过的面积相等，则有近日点的速度大于远日点的速度，所以A正确；BCD错误； 故选A。 2、【答案】B【解析】天问一号”沿“霍曼转移轨道”向火星运动的过程中,其轨道是以太阳为中心天体的椭圆轨道,根据开普勒第二定律可知,“天问一号”远离中心天体,其速度减小,故B正确、ACD错误。故选:B。 3、【答案】焦点；大于；大于 【解析】根据开普勒第一定律可知，行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于椭圆其中的一个焦点上； 根据开普勒第二定律分析可得，行星在A点时的线速度大于在B点时的线速度；行星在A点时的角速度大于在B点时角速度。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过知识实际应用，不仅熟练掌握所学知识，还能将知识与生活联系，培养学生兴趣。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次2 应用提高 作业时长 7分钟题目 4、飞船沿半径为R的圆周绕地球运动，其周期为T。如果飞船要返回地面，可在轨道上某点A处，将速率降低到适当数值，从而使飞船沿着以地心为焦点的椭圆轨道运动，椭圆和地球表面在B点相切，如图所示。如果地球半径为R0，求飞船由A点运动到B点所需要的时间。答案 4、【答案】 【解析】由题图可知，飞船由A点到B点所需要的时间刚好是沿图中椭圆轨道运动周期的一半，椭圆轨道的半长轴为 设飞船沿椭圆轨道运动的周期为， 根据开普勒第三定律有 解得 所以飞船由A点到B点所需要的时间为作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过习题联系不仅提高学生对知识点的运用能力，还能提高学生科学思维。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次3 拓展创新 作业时长 8分钟题目 5、2020年7月23日12时41分，中国首次发射火星探测器“天问一号”，预计飞行约7个月抵达火星，并通过2至3个月的环绕飞行后在火星表面着陆，开展探测任务。设“天问一号”探测器被火星捕获后做周期为T的椭圆运动，已知火星的质量为M，半径为R，“天问一号”靠近火星表面的最近距离为，最远距离为，运动轨迹如图所示，则下列说法正确的是( ) A.探测器在距离火星表面最近点和最远点的速率之比为 B.探测器在距离火星表面最近点和最远点的加速度大小之比为 C.探测器在距离火星表面最近点和最远点的加速度大小之比为 D.是由火星质量决定的常量答案 5、【答案】C 【解析】设“天问一号”的质量为m，距离火星表面最近点和最远点的速率分别为和，根据开普勒第二定律可知，探测器和火星的连线在相等的时间内扫过的面积相等，有，则，A错误；设“天问一号”在距离火星表面最近点和最远点的加速度大小分别为和，根据，可知探测器在距离火星表面最近点和最远点的加速度大小之比，B错误，C正确；根据开普勒第三定律可知常量，则是由火星质量决定的常量，D错误。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 为了让学生掌握并熟练运用开普勒三大定律的内涵。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创第二节 太阳与行星间的引力作业层次1 夯实基础 作业时长 10分钟题目 1、关子行星运动定律和万有引力定律的建立过程，下列说法正确的是( ) A.开普勒通过天文仪器观察到行星绕太阳运动的轨道是椭圆 B.第谷通过严密的数学运算，得出了行星的运动规律 C.牛顿通过比较月球和近地卫星的向心加速度，对万有引力定律进行了“月－地检验” D.卡文迪什通过对几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量的数值 2、下列关于行星对太阳的引力的说法中，正确的是( ) A．行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力 B．太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力 C．行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比，与行星的质量无关 D．与行星到太阳的距离的二次方成反比 3、已知太阳的质量M=2.0×1030 kg,地球的质量m=6.0×1024 kg,太阳与地球相距r=1.5×1011 m,(比例系数G=6.67×10-11 N·m2/kg2)求: (1)太阳对地球的引力大小; (2)地球对太阳的引力大小。答案 1、【答案】D 解析：AB.开普勒对第谷的行星运动观察记录的数据做了多年的研究得出行星的运动规律，其中开普勒第一定律为:行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳处在椭圆的其中一个焦点上，故AB错误； 2、【答案】AD 【解析】AB.行星对太阳的万有引力和太阳对行星的万有引力为作用力与反作用力的关系，是性质相同，大小相等，方向相反的一对力，故A正确，B错误； CD.，由万有引力公式可以看出，万有引力大小与太阳质量和行星质量成正比，与行星到太阳距离的二次方成反比，故C错误，D正确； 3、【解析】太阳与地球之间的引力跟太阳的质量成正比、跟地球的质量成正比,跟它们之间的距离的二次方成反比,则 F=N=3.56×1022 N 地球对太阳的引力与太阳对地球的引力是作用力与反作用力,由牛顿第三定律可知F'=F=3.56×1022 N。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 让学生跟着历代科学家的脚步去推导出万有引力的公式，并能理解物体间的引力是一对作用力与反作用力。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次2 应用提高 作业时长 7分钟题目 4、(多选)下列关于行星绕太阳旋转的说法正确的是(　　) A.离太阳越近的行星周期越大 B.离太阳越远的行星角速度越小 C.离太阳越近的行星受到太阳的引力越大 D.离太阳越近的行星的向心加速度越大答案 4、【答案】BD 【解析】根据开普勒第三定律可知,离太阳越远的行星公转周期越长,又因ωA错误,B正确;由太阳与行星间的引力F=4π2k·,还与行星本身的质量有关,所以C错误;由F=4π2k·,a=4π2k·,D正确。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 运用引力公式解决实际问题是开普勒定律与引力的综合应用，为下节学习万有引力定律做准备。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次3 拓展创新 作业时长 5分钟题目 5、陨石落向地球是因为(　　) A．陨石对地球的引力远小于地球对陨石的引力，所以陨石才落向地球 B．陨石对地球的引力和地球对陨石的引力大小相等，但陨石的质量小，加速度大，所以陨石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．陨石是受到其他星球斥力作用落向地球的答案 5、【答案】B 【解析】两个物体间的引力是一对作用力与反作用力，它们的大小相等，且在任何情况下都存在，故选项A、C、D不正确．陨石落向地球是由于陨石的质量和地球相比小得多，故运动状态容易改变且加速度大，选项B正确．作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过陨石坠落的实例考查学生查阅资料，整合知识的能力。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创第三节 万有引力定律作业层次1 夯实基础 作业时长 13分钟题目 1、牛顿虽然发现了万有引力定律，却没能给出引力常量G的值。这是因为一般物体间的引力非常小，很难用实验的方法将它测量出来。卡文迪什巧妙地利用如图所示的扭秤装置，第一次在实验室比较准确地测出了引力常量G的值，即___________（选填“”或“”）。卡文迪什的实验涉及的物理思想方法是___________（选填“等效替代法”或“微量放大法”）。 2、(多选)如图所示,P、Q为质量均为m的两个质点,分别置于地球表面不同纬度上,如果把地球看成是一个均匀球体,P、Q两质点随地球自转做匀速圆周运动,则下列说法正确的是(　　) A.P、Q受地球引力大小相等 B.P、Q做圆周运动的向心力大小相等 C.P、Q做圆周运动的角速度大小相等 D.P、Q两质点的重力大小相等 3、已知地球半径为R,地面重力加速度为g。假设地球的自转加快,则赤道上的物体就可能克服地球引力而飘浮起来,则此时地球的自转周期为(　　) A C.2答案 1、【答案】；微量放大法 【解析】根据万有引力公式 整理得 根据量纲法则，得引力常量的单位为 卡文迪什测量引力常量使用的扭秤装置，入射光线不变，当入射角改变时，将扭秤转动的高度通过反射光线在屏上光斑移动显示出来，采用的微量放大法。 2、【答案】AC 【解析】P、Q两点所受的地球引力都是F=;P、Q两点都随地球一起转动,其角速度一样大,但P的轨道半径大于Q的,根据F=mω2r可知P的向心力大,所以C正确,B错误;物体的重力为万有引力的一个分力,赤道处最小、两极最大,D错误。 3、【答案】B 【解析】要使物体飘起来,则万有引力完全提供向 力,gT=2B正确。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过扭秤实验的探究，激发学生学习兴趣，并可以自主推导出黄金代换式，以及万有引力定律的熟练应用。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次2 应用提高 作业时长 7分钟题目 4、若某天体和地球的密度相同,在这个天体表面附近,一质量为4 kg的小球在A点由静止开始下落16 m到达该天体表面,速度达到16 m/s。地球表面的重力加速度为10 m/s2。 (1)求此天体半径与地球的半径之比为多少 (2)若在A点将小球水平抛出,小球的落地点与A点间的距离为20 m,求小球水平抛出的初速度是多少 答案 4、【解析】(1)设该星球表面的重力加速度为g'。在小球下落过程有 2g'h=v2 解得g'=8 m/s2 在星球表面附近有 mgg 所以该天体半径与地球半径之比 (2)由题意知,小球的水平射程为 xm x=v0t y 解得v0=6 m/s。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 能够利用万有引力定律进行相关运算和分析，让学生总结此类问题的解决方法，并提高学生计算能力。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次3 拓展创新 作业时长 13分钟题目 5、如图1所示，半径为R=0.2m的两个均匀金属球，质量均为M=160kg，两球心相距d=2m，内部挖出一个半径为R/2的球形空穴，空穴跟金属球相切。求挖出空穴后两球间万有引力的大小。答案 5、 【解析】将两球中挖出的部分分别放回两球中，设该填充球的质量均为M’，则有 ，。 两完整球之间的万有引力为 ， 两填充球之间的万有引力为 ，k+s-5#u 填充球与另一完整球之间的万有引力为 。 以F2、F3分别表示两空腔球之间和填空球与空腔球之间的万有引力，则有 ， 从而 k+s-5#u ≈3.2×10-7N。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 其一注意万有引力公式仅适用于计算质点之间或质量均匀分布的球体之间的万有引力，对于质量均匀分布的球体，公式中的r即两球心间的距离。对于一般的物体，它们之间的万有引力等于两物体各部分间万有引力的矢量和。其二让学生养成分析题目，细心审题的良好习惯。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创第四节 万有引力理论的成就作业层次1 夯实基础 作业时长 13分钟题目 1、“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星，它在距月球表面高度为200 km的圆形轨道上运行，运行周期为127分钟。已知引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，月球半径约为1.74×103km。利用以上数据估算月球的质量约为(　　) A． 8.1×1010kg B． 7.4×1013kg C． 5.4×1019kg D． 7.4×1022kg 2、假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星，已知引力常量为G，忽略该天体自转. (1)若卫星距该天体表面的高度为h，测得卫星在该处做圆周运动的周期为T1，则该天体的密度是多少？ (2)若卫星贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T2，则该天体的密度是多少？ 3、我国“神舟”系列飞船的成功发射，标志着我国的航天事业发展到了一个很高的水平。已知某飞船在距地面高度为h的圆形轨道运行，地球半径为R，地面处的重力加速度为g，引力常量为G，求： (1)地球的质量； (2)飞船在上述圆形轨道上运行的周期T答案 1、【答案】D 【解析】“嫦娥一号”围绕月球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力：G＝m(h＋R)，则M＝(h＋R)3，代入数据解得M≈7.4×1022kg，D正确。 2、【答案】(1)　(2) 【解析】设卫星的质量为m，天体的质量为M. (1)卫星距天体表面的高度为h时，忽略自转有 G＝m(R＋h)，M＝ ρ＝＝＝ (2)卫星贴近天体表面运动时有G＝，M＝ 根据几何知识可知天体的体积为V＝πR3 故该天体的密度为ρ＝＝＝. 3、【答案】(1)　(2)2π 【解析】(1)根据在地面重力和万有引力相等，有G＝mg 解得M＝。 (2)设地球质量为M，飞船质量为m，飞船圆轨道的半径为r，则据题意有：r＝R＋h，飞船在轨道上运行时，万有引力提供向心力，有 解得T＝2π作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过练习让学生掌握用万有引力定律求天体质量和密度的方法。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次2 应用提高 作业时长 9分钟题目 4、(多选)宇宙飞船以周期为T绕地球作圆周运动时，由于地球遮挡阳光，会经历“日全食”过程，如图所示．已知地球的半径为R，地球质量为M，引力常量为G，地球自转周期为T0.太阳光可看作平行光，宇航员在A点测出的张角为α，则(　　) A．飞船绕地球运动的线速度为 B．一天内飞船经历“日全食”的次数为 C．飞船每次“日全食”过程的时间为 D．飞船周期为T＝答案 4、【答案】AD 【解析】飞船绕地球做匀速圆周运动 ∵线速度为v＝， 又由几何关系知sin＝ r＝ ∴v＝，故A正确； 地球自转一圈时间为T0， 飞船绕地球一圈时间为T， 飞船绕一圈会有一次日全食， 所以每过时间T就有一次日全食， 得一天内飞船经历“日全食”的次数为，故B不正确； 由几何关系，飞船每次“日全食”过程的时间内飞船转过α角，所需的时间为t＝T；故C不正确； 万有引力提供向心力则 ∵G＝m()2r T＝2π＝2πr ∴T＝2π· 故D正确。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 用万有引力定律结合生活中的实例解决问题，培养学生理论联系实际的能力。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次3 拓展创新 作业时长 7分钟题目 5、1986年2月20日发射升空的“和平号”空间站，在服役15年后于2001年3月23日坠落在南太平洋。 “和平号”空间站正常运转时，距离地面的平均高度大约为350km。为保证空间站最终安全坠毁，俄罗斯航天局地面控制中心对空间站的运行做了精心安排和控制。在坠毁前空间站已经顺利进入指定的低空轨道，此时“和平号”距离地面的高度大约为240kn。在“和平号”沿指定的低空轨道运行时，其轨道高度平均每昼夜降低2.7km。设“和平号”空间站正常运转时沿高度为350km的圆形轨道运行，在坠落前沿高度为240km的指定圆形低空轨道运行，而且沿指定的低空轨道运行时，每运行一周空间站高度变化相对很小，因此计算时对空间站的每一周的运动可作为匀速圆周运动处理。 (1) 简要说明，为什么空间站在沿圆轨道正常运行过程中，其运动速率是不变的。 (2) 空间站沿正常轨道运行时的加速度与沿指定的低空轨道运行时的加速度大小的比值为多大？（计算结果保留2位有效数字） (3) 空间站沿指定的低空轨道运行时，在运行一周过程中空间站高度平均变化多大？（计算中取地球半径R=6.4×103km，计算结果保留1位有效数字）答案 5、【解析】(1) 空间站沿圆轨道运行过程中，所受到的万有引力与空间站运行方向垂直，引力对空间站不做功。因此，空间站沿圆轨道运行过程中，其运行速率是不变的。 (2) 不论空间站沿正常轨道运行，还是沿指定的低空轨道运行时，都是万有引力恰好提供空间站运行时所需的向心力。根据万有引力定律和牛顿第二定律有 ，空间站运行时的向心加速度为 。 所以， 空间站沿正常轨道运行时的加速度与沿指定的低空轨道运行时的加速度大小的比值为 。 (3) 根据万有引力提供空间站运行时所需的向心力，有 。 不计地球自转的影响，根据，有 。 则在指定的低空轨道，空间站运行的周期为 。 设一昼夜的时间为t，则每昼夜空间站在指定的低空轨道绕地球运行圈数为。所以， 空间站沿指定的低空轨道运行时，在运行一周过程中空间站高度平均降低作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 对“和平号”空间站坠毁前轨道变化的讨论，可以提高学生汲取信息和分析问题的能力。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创第五节 宇宙航行作业层次1 夯实基础 作业时长 10分钟题目 1、如图所示为1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中牛顿所画草图．他设想在高山上水平抛出物体，若速度一次比一次大，落点就一次比一次远．当速度足够大时，物体就不会落回地面，成为人造地球卫星．若不计空气阻力，这个速度至少为(　　) A．7.9 km/s B．8.9 km/s C．11.2 km/s D．16.7 km/s 2、地卫星线速度为7.9 km/s，已知月球质量是地球质量的，地球半径是月球半径的3.8倍，则在月球上发射“近月卫星”的环绕速度约为(　　) A．1.0 km/s B．1.7 km/s C．2.0 km/s D．1.5 km/s 3、如图所示，2015年12月，我国暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空进入高为5.0×102km的预定轨道．“悟空”卫星和地球同步卫星的运动均可视为匀速圆周运动．已知地球半径R＝6.4×103km.下列说法正确的是(　　) A．“悟空”卫星的线速度比同步卫星的线速度小 B．“悟空”卫星的角速度比同步卫星的角速度小 C．“悟空”卫星的运动周期比同步卫星的运动周期小 D．“悟空”卫星的向心加速度比同步卫星的向心加速度小答案 1、【答案】A 【解析】第一宇宙速度是最小的发射速度，最大的环绕速度。 2、【答案】B 【解析】由G＝m得近地(月)卫星的线速度为v＝。近月卫星与近地卫星的线速度之比为＝＝，所以近月卫星的线速度v2＝0.22v1＝0.22×7.9 km/s≈1.7 km/s，选项B正确。 3、【答案】C 【解析】地球同步卫星距地表36 000 km，由v＝可知，“悟空”卫星的线速度要大，所以A错．由ω＝可知，“悟空”卫星的角速度大，即周期小，由an＝可知，“悟空”卫星的向心加速度大，所以C对，B、D错．作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过练习让学生理解三种宇宙速度，并会用万有引力定律计算人造卫星的相关参数。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次2 应用提高 作业时长 7分钟题目 4、(多选)土星的卫星众多，其中土卫五和土卫六的半径之比为，质量之比为，围绕土星作圆周运动的半径之比为，下列判断正确的是(　　) A．土卫五和土卫六的公转周期之比为 B．土星对土卫五和土卫六的万有引力之比为2 C．土卫五和土卫六表面的重力加速度之比为2 D．土卫五和土卫六的公转速度之比为答案 4、【答案】ACD 【解析】根据公式G＝mr，得T＝， 所以＝＝，A正确； 根据公式F＝G可得＝，B错误； 根据黄金代换公式gR2＝GM可得g＝， 所以＝，C正确； 由公式G＝m得v＝， 所以＝＝，D正确.作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过人造卫星规律的推导让学生掌握比值法在本章的应用。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次3 拓展创新 作业时长 10分钟题目 5、一组宇航员乘坐太空穿梭机，去修理位于离地球表面6.0×105ｍ的圆形轨道上的哈勃太空望远镜H。机组人员使穿梭机S进入与H相同的轨道并关闭助推火箭，而望远镜则在穿梭机前方数千米处，如图3所示。设G为引力常量，M为地球质量（已知地球半径为6.4×106ｍ）。 (S地球H图3)(1) 在穿梭机内，一质量为75kg 的太空人的视重是多少？ (2) 计算轨道上的重力加速度及穿梭机在轨道上的速率和周期。 (3) 穿梭机需首先进入半径较小的轨道，才有较大的角速度以超前望远镜。试判断穿梭机要进入较低轨道时应增加还是减小其原有速率，说明理由。答案 5、【解析】(1) 穿梭机内的人处于完全失重状态，故视重为0。 (2) 由，得地球表面的重力加速度为 ； 同理穿梭机所在轨道上的重力加速度为。 所以， 。 由，可得第一宇宙速度； 同理穿梭机在轨道上的速率 。 所以， 。 由，可得穿梭机的运行周期为 。 (3) 由知穿梭机要进入较低轨道，必须有万有引力大于穿梭机做圆周运动所需的向心力，故当v’ 减小时，才减小，则＞作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过对太空穿梭机运行的讨论，考查学生综合运用知识解决问题的能力。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创章末复习作业层次1 夯实基础 作业时长 15分钟题目 1、（多选)国际研究小组借助于智利的甚大望远镜，观测到了一组双星系统，它们绕两者连线上的某点O做匀速圆周运动，如图8所示，此双星系统中体积较小成员能“吸食”另一颗体积较大星体表面物质，达到质量转移的目的，被吸食星体的质量远大于吸食星体的质量.假设在演变的过程中两者球心之间的距离保持不变，则在最初演变的过程中(　　) A．它们做圆周运动的万有引力保持不变 B．它们做圆周运动的角速度不断变大 C．体积较大星体圆周运动轨迹半径变大 D．体积较大星体圆周运动的线速度变大 2、如图所示是卡文迪许测量引力常量的示意图。卡文迪许在实验室里测量几个铅球之间的作用力，测出了引力常量G的值，从而“称量”出了地球的质量。 (1)卡文迪许测出G后，他是怎样“称量”地球的质量的呢？ (2)已知地面附近的重力加速度g＝9.8 m/s2，地球半径R＝6.4×106m，引力常量G＝6.67×10－11N·m2/kg2，试估算地球的质量。 3、天文单位是天文学中计量天体之间距离的一种单位。以A.U.表示，其数值取地球和太阳之间的平均距离。国际天文学联合会1964年决定采用1A.U.=1.496x108千米，自1968年使用至1983年底；又于1978年决定改用1A.U.=149,597,870千米，从1984年开始使用。此常数在20世纪60年代以前系由所测的太阳视差计算得出；60年代以后则据雷达天文观测，由光速和单位距离光行差tA 导出。一般用以计量太阳系中各天体间的距离。土星绕太阳公转的轨道半径为9.54个天文单位，试计算土星的公转周期为多少天？答案 1、【答案】CD 【解析】由F＝知F增大，A错误；设体积较小者质量为m1，轨迹半径为r1，体积较大者质量为m2，轨迹半径为r2，＝m1ω2r1，＝m2ω2r2得：ω＝，因m1＋m2及L不变，故ω不变，B错误；半径r2＝，因m1增大，故r2变大，C正确；线速度v2＝ωr2，变大，D正确. 2、【解析】(1)在地球表面，物体受到的重力近似等于地球对物体的万有引力，即mg＝G，解得地球的质量M＝，只要测出G、g、R来，便可“称量”地球的质量。 (2)M＝＝kg≈ 6.0×1024kg 3、【答案】10768天 【解析】已知地球的公转周期为365天，公转轨道距离为1A.U. 由开普勒第三定律可得：，将r地=1、r土=9.54、T地=365代入，求得T土约为10768天。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过万有引力定律的综合应用，巩固本章重点知识，同时培养学生读题、审题的能力。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次2 应用提高 作业时长 7分钟题目 4、 一个空间站位于地球上空几千米的轨道上，它是圆环形的，可绕着通过O点垂直于纸平面的轴自转，如图4（a）所示，这样它便可以提供人造“重力”。图4（b）是半圆形的半个空间站，其中正方形的房间ABCD里可以住人，E点为房间的中心。 (图4OOEABCD(a)(b)) (1)房间ABCD的地板（即人站立的地方）在哪里？ (2)当空间站稳定地转动时，若在E处释放一个物体，让空间站房间里的人来观察，会观察到什么现象？ (3)若它的半径OE长90m，且E处的转速刚能提供和地球表面的实际重力加速度g效果相同的人造“重力”的话，那么当它绕O轴转动时E点的切向速度是多大？（g取10m/s2） (4)宇航员要从地球进入空间站，可以由航天飞机来完成这一任务。航天飞机在发射的过程中，会产生相当大的加速度，最大加速度可以达到8g（g为地球表面的重力加速度）。如此大的加速度会对人身产生不良作用，甚至可能会有危险。譬如，从人身体的某些部位抽吸血液，从而引起身体其他部位充血。如果大脑抽掉了血，便会失去视觉和知觉。模拟实验表明，当人的身体和加速度方向垂直时，人可以经受15g的加速度达几分钟之久，而当人的身体顺着加速度方向时，最多只能经受6g达到加速度。据此判断。当航天飞机在起飞与重新返回大气层时，宇航员的身体与航天飞机的飞行方向应是什么关系？答案 4、【解析】(1)由于人随空间站一起自转，所需的向心力由AD的弹力提供，所以AD是地板。 (2)由于人造“重力”的方向与AD弹力的方向是相反的，所以在E处释放的物体会垂直AD落下。 (3)假设质量为m的物体要相对静止在E点，就需要提供一个大小等于人造“重力”的支持力，这个力提供向心力，即。 所以，E点的切向速度是。 (4)宇航员的身体与航天飞机的飞行方向应该垂直。空间站是继宇宙飞船、航天飞机之后人们认识宇宙、探测宇宙奥秘的新一类航天器。空间站环绕地球在稳定的轨道上运行时，地球对宇航员的万有引力恰好提供宇航员环绕地球运动所需的向心力，这时宇航员处于完全失重状态。当空间站绕其转轴以一定的角速度转动时，便可对宇航员提供人造“重力”，使宇航员就像生活在地球上一样。作业评价 学生自评 优秀良好合格 教师评价 优秀良好合格设计意图 通过空间站的实例，激发学生探索科学的严谨态度。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创作业层次3 拓展创新 作业时长 30分钟题目 5、完成下列作业（第1小题全部完成，第2、3小题二选一完成）： 整理本章知识点，并用手抄报的形式呈现（全体同学独立完成）。 收集资料梳理我国航天事业发展史并制作多媒体课件（小组合作完成）。 通过查阅资料，用视频剪辑软件制作我国航天事业发展历程（小组合作完成）。答案 5、【解析】部分学生作业展示。 通过上网查阅资料，用“爱剪辑”、“剪映”等软件制作视频。作业评价 学生自评 优秀 良好 合格 教师评价 优秀 良好 合格设计意图 通过学生感兴趣的“生活化”的作业，引导学生关注社会动态，同时培养学生动手观察能力、收集资料的能力及学习运用多媒体手段的能力。作业分析 难度 较易 中等 较难来源 引用 改编 原创关于万有引力与航天单元作业优化设计【学科】：物理【单元(或章) 课题】必修2第六章 万有引力与航天章节作业设计背景及意义以往的物理单元作业设计中存在着许多不足，结果对于学生而言就是作业量较多而达不到期望的教学效果，老师在教学中最常采用的就是“题海战术”，为了教学进度，往往是只关注教会学生知识点和大量的进行习题的练习，与学生的交流不够，没办法按照不同学生的学习情况，有针对性的进行习题题型的练习，通常造成学习只为了做题的现象，学生对基本概念及知识点的应用理解不足，从内心上觉得学习物理枯燥乏味。导致学生不愿意学习物理，学习兴趣不高。给全班学生布置一样的单元作业，不但无法达到较好的学习效果，反而对于不同学生素质的发展也产生负面影响，很大程度上限制了学生的思维发展，对学生思维的全面发展不利。通过单元作业的合理设计，系统的进行分层布置，使学习程度不同的学生都能在自己学习范围内收效最大，激发学生学习物理的兴趣，对于增强学生学习物理的信心是一个很大的帮助。可以更好的提高高中学生的物理核心素养。 新的教学标准要求在教学过程中提高课堂效率，给学生减负，让学生从耗时长、难度大的作业中挣脱出来，有充足的时间可以自行支配、发展自身的特长。设计思路设计作业时要做到少而精：单元习题的练习安排要紧扣单元课堂的教学重点，注重知识点的理解，在作业安排上要求“质”而不是求“量”。平常教学活动中，要注重学生基础知识的理解，选择具有典型性和示范性的习题进行训练，做到让学生通过一道典型例题，掌握同一类型习题的解题技巧。设计作业时要体现层次性： 设计作业时往往要根据学生学习的差异性进行因材施教。由于学生的素质和水平各不相同，所以，对知识点的掌握和应用也必然有所不同。老师在进行作业布置时，要结合学生的差异性，设计不同内容和难度的单元作业，使不同层次学生的作业都适合自己。不然优等生会感觉作业太简单，而程度稍弱的学生做起来又会很吃力。例如：程度偏下的学生可以设计一些基础知识以及简单的应用计算题；能力中等的学生可以在掌握基础知识的基础上要求对知识点进行熟练应用；优等生可以布置一些知识拓展题及课外探索实践题，让训练习题做起来更有挑战性，增强这些学生的学习兴趣。这种作业方式还可以极大的减少作业抄袭情况。作业设计中适当增加开放式任务： 高中物理课程标准明确提出了要让物理学习贴合学生日常生活，与社会实际相联系，积极开展有效的物理科学探究活动。我们的日常生活中就存在很多学生感兴趣的物理情景，如公路上汽车的加速行驶，家用电器中的电学常识，公共交通设施中部分装置的物理原理，通信设备中运用的物理知识。可以通过学生感兴趣的问题，如“家用电冰箱运用到的物理原理”，“如何测量玩具赛车的初速度”等实验性课题，让学生感受到物理就在我们身边，与我们的生活联系紧密。把这些学生平时生活接触到的事物引入物理课堂，不仅可以增加学生对物理课的亲切感，学习兴趣也会大大增加。三作业内容(分层设计）学生分类：A类学生（5-10人）：完全能掌握基础知识，有一定的物理思维，较强的解题能力。B类学生（20-30人）：基础知识掌握较好，缺乏物理思维，对知识点没有很好的理解，理解只是停留在表面。C类学生（5-10人）：缺乏自主学习的能力，学习积极性不高，无法掌握基础知识点。作业分类：A类：强调知识的应用和迁移，综合性较强。(2021·内蒙古赤峰市高三一模)2021年7月，我国将发射全球首颗搭载主动激光雷达二氧化碳探测的大气环境监测卫星。在航天领域中，悬绳卫星是一种新兴技术，它要求两颗卫星在不同轨道上同向运行，且两颗卫星与地心连线始终在一条直线上。如图所示，卫星乙的轨道半径为r，甲、乙两颗卫星的质量均为m，悬绳的长度为r，其重力不计，地球质量为M，引力常量为G，则两颗卫星间悬绳的张力为(　　)A． B．C． D．2．(2016·全国卷Ⅰ)利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯。目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍。假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为(　　)A．1 h B．4 h C．8 h D．16 h3查阅资料，了解太空空间站相关知识，简略写出空间站绕地球转动的圆周方程，大致计算其运行周期（趣味拓展性作业）B类：加强知识点的知识点应用，深层理解知识点1．(开普勒第三定律的应用)(2021·全国甲卷)2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105 s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105 m。已知火星半径约为3.4×106 m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7 m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为(　　)A．6×105 m B．6×106 mC．6×107 m D．6×108 m科学家计划在2025年将首批宇航员送往火星进行考察。一质量为m的物体，假设在火星两极宇航员用弹簧测力计测得它重力的读数为F1，在火星赤道上宇航员用同一个弹簧测力计测得它重力的读数为F2，通过天文观测测得火星的自转角速度为ω，设引力常量为G，将火星看成是质量分布均匀的球体，则火星的密度和半径分别为(　　)A．， B．，C．， D．，3：以宇宙速度为起点，以轨道卫星为终点，以运动规律为风景，完成一幅知识旅行手抄报，看谁做的又好又有趣。（趣味性拓展作业）C类：强调基础知识的理解，解答简单题型1．关于万有引力公式F＝G，以下说法中正确的是(　　)A．公式只适用于星球之间的引力计算，不适用于质量较小的物体B．当两物体间的距离趋近于0时，万有引力趋近于无穷大C．两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律2．(人教版必修2·P48·T3改编)火星的质量和半径分别约为地球的和，地球的第一宇宙速度为v，则火星的第一宇宙速度约为(　　)A．v B．vC．v D．v3：查阅资料，找一则有趣的航天故事，在课堂上和老师与同学们分享。（拓展趣味作业）【作业评价】本次作业设计是以章节来设计的，是一个阶段性的章节作业，也属于一个阶段自测类型的作业，其中书面作业由老师批改，分享优秀拓展性作业由全班同学评选；通过拓展及书面作业，提高学生对物理学习的兴趣、及公式的理解及应用；通过书面作业可以考察学生对知识的掌握程度；通过拓展作业提高学生的学习兴趣。同时给予学生展示的平台。体现出不一样的能力素养。【答案解析】作业解析：A类：1设两颗卫星做圆周运动的角速度为ω0，由万有引力定律及牛顿第二运动定律可得－FT＝mωr，＋FT＝mω，联立解得两颗卫星间悬绳的张力为FT＝，故选A。2：卫星围绕地球运转时，万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，即＝mr，解得周期T＝2π，由此可见，卫星的轨道半径r越小，周期T就越小，周期最小时，三颗卫星连线构成的等边三角形与赤道圆相切，如图所示，此时卫星轨道半径r＝2R，T＝2π ，又因为T0＝2π ＝24 h，所以T＝·T0＝×24 h≈4 h，B正确。B类：1：设沿火星表面运动的卫星的绕行周期为T0，则有G＝mR，在火星表面处有＝mg，联立可得T0＝2π ；设“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最近距离为d1，最远距离为d2，则停泊轨道的半长轴为a＝，由开普勒第三定律可知＝，由以上各式联立，可得d2＝2－d1－2R≈6×107 m，故C正确。设火星质量为M，半径为R，在火星两极弹簧测力计的读数为F1，则有G＝F1，在火星赤道上弹簧测力计的读数为F2，则有G－F2＝mω2R，联立解得R＝，M＝，根据M＝πR3ρ可得火星的密度为ρ＝，故A正确，B、C、D错误。C类1.万有引力公式F＝G适用于质点或均匀球体间引力的计算，当两物体间距离趋近于0时，两个物体就不能看做质点，故F＝G已不再适用，所以不能说万有引力趋近于无穷大，故A、B错误；两物体间的万有引力也符合牛顿第三定律，C正确；G的值是卡文迪许测得的，D错误。2.第一宇宙速度由＝求得，v＝ ，故＝ ＝ ，所以v火＝v，故A正确总之，单元作业的设计还要从整体的角度出发，考虑前后知识的联系和衔接，方便在以后的作业设计中为后一章节的学习做好铺垫；还要展现正确与错误的对比性、知识技能的全面性、合理的周期性、知识的系统性等原则。适时、全面、合理、灵活多样的布置作业，调动学生的一切积极性。作业的布置在物理教学中有很重要的意义，老师可以通过批改布置的作业，掌握学生阶段学习的学习情况，还可以及时反馈，促进学生全面发展。【学科】高中物理【单元(或章) 课题】必修第二册第七章《7.1行星的运动》作业设计【课标要求】1、物理观念：在科学的探究学习过程中，形成宇宙行星运动描述的物理观念。2、科学思维：在课堂学习探究中培养学生在自然宇宙客观事物的基础上，通过科学分析、推理判断、观测数据处理，再经过实验验证的过程中的正确认识事物本质，形成自主科学的物理思维方法。3、科学探究：课本学习上通过托勒密、开普勒、第谷·布拉赫、哥白尼等自然科学家对行星运动探究中形成的不同认识，逐渐在科学探究形成过程中掌握科学方法、认识物理科学天体运动规律、对自然天体运动有深入科学认识。4、科学态度与责任：通过对课本所介绍的物理科学家探究过程学习，在学习中体会一代代科学家实事就是、尊重自然客观事实、尊重科学不迷信权威、勇于探索、敢于坚持真理的科学态度和科学探究精神。【设计思路】《普通高中物理课程标准（2017年版）》所提到的高中物理学科核心素养，对于高中物理学科核心素养要求中提到的是：“高中物理课程应注重体现物理学科的本质，从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面提炼学科育人价值，充分体现物理学科对提高学生核心素养的独特作用，为学生终身发展、应对现代和未来社会发展的挑战打下基础。”为能充分体现学科核心素养的要求，选择教材必修第二册第七章第一节“行星的运动”进行作业设计。本课以物理学史为主线，形象地阐述了人们对行星运行规律的探索过程，详细介绍了开普勒关于行星运动的三个定律，并指出它对万有引力定律的发现具有重要的意义，对航天事业的发展影响深远。对此我从双基夯实、知识探究两个方面设计以下作业题，学生通过这节课的学习可提升对自然科学的探究兴趣，理解科学家探究自然奥妙的艰辛，从而珍惜来之不易的研究成果，更加珍惜眼前的学习机会，立志投身于伟大的社会主义科研事业。【作业内容】作业设计说明本节课主要是通过史实的阅读，了解人类探索行星运动规律经历了从“地心说”到“日心说”的历史过程，让学生知道观察方法在建构太阳系行星运动模和认识行星运动规律中的重要作用。首先明确“知识必备”中的两个知识点；然后再通读教材，查找资料，完成“教材阅读”中的问题；完成时间：20分钟。知识必备（你准备好了吗？）1．椭圆的画法和基本规律2．具备一定的估算能力教材阅读（问题引领方向！）1．了解人类对天体运动的探索历史2．理解和掌握开普勒行星运动定律阅读检测（检测有助于查找存在的问题和不足！）1.在对天体运动的探究过程中开普勒提出了自己的行星运动定律，对于运动定律的理解下列说法正确的是（　　）A．1602年，开普勒通过自己长期观测，记录了大量数据，通过对自己数据研究总结得出了开普勒行星运动三大定律B．开普勒第一定律所提出的观点是，天体中行星围绕太阳运动的轨迹是圆，太阳处于行星运动圆心位置C．根据开普勒行星运动第二定律，行星运动距离太阳越近，其运动速度越大；距离太阳越远，行星运动速度越小D．根据开普勒行星运动第三定律，行星围绕太阳运动的轨道半径跟它公转周期成正比2.如图所示，椭圆为地球绕太阳运动的轨道，A、B分别为地球绕太阳运动的近日点和远日点，地球经过这两点时的速率分别为vA和vB；阴影部分为地球与太阳的连线在相等时间内扫过的面积，分别用SA和SB表示，则vA__________vB、SA______SB.(均选填“>”“＝”或“3.判一判(1)宇宙的中心是太阳，自然中所有行星运动都在绕太阳做完美的匀速圆周运动( )(2)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动( )(3)所有行星绕太阳运转的周期都是相等的( )(4)在中学阶段可认为地球围绕太阳做圆周运动( )(5)行星的轨道半径和公转周期成正比( )(6)公式＝k中的a可认为是行星的轨道半径( )【答案解析】题1 【答案】C【解析】A．科学家第谷对天体进行了长期观测，在观测基础上记录了大量数据，在之后开普勒通过对大量观测数据研究、分析、总结的基础上得出了自己行星运动定律，故A错误；B．根据开普勒第一定律提出行星围绕太阳运动的轨迹是椭圆，太阳是处于椭圆的一个焦点上，故B错误；C．根据开普勒提出的第二定律，行星距离太阳越远，其运动速度越小，距离太阳越近，其运动速度越大C正确；D．根据开普勒第三定律，行星围绕太阳运动轨道的半长轴的三次方跟它公转周期的二次方成正比，D错误。故选C。题2【答案】>　＝题3【答案】×××√×√我的疑问（发现问题比解决问题更重要！）通过对天体运动的了解、学习，相信你也一定有许多自己的想法，写下来在之后的学习中继续探究：作业设计说明在日常生活过程中对天体规律已近有一些知识的积累，在通过前面的课本的阅读学习了解了自然探究中对天体运动的认识过程，在前人的基础上开普勒发现提出可自己的行星运动规律观点，而且开普勒行星运动定律对自然天体探索有着及其重要的科学价值，观测数据的计算中可以得到开普勒第三定律中的比值K的大小只与中心天体有关，中心天体不一样则比值不一样。学生已经有信心来进行更深一步的探究，为此设计探究点一、探究点二、探究点三、逐步分层来激发学生的求知欲，一个探究一个提升，同时也体现出分层次教学，来满足不同层次学生的需求，设计上有例题同时有针对训练，学生在例题的理解基础上能力有所提升，在学习中体会一代代科学家实事就是、尊重自然客观事实、尊重科学不迷信权威、勇于探索、敢于坚持真理的科学态度和科学探究精神。完成时间：40分钟质疑探究（质疑解疑，合作探究）探究点一：对开普勒行星运动定律的理解例1.下列对开普勒定律的理解正确的是（　　）A．地球与太阳的连线在相等的时间内转过的角度相等B．天体运动的所有行星绕太阳运动的轨道是重合的同一个椭圆、在这个椭圆上有共同的焦点C．木星与太阳的连线、水星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积一定是相等的D．天王星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比等于月球轨道（可视为圆形）半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比针对训练1.2009年，NASA将以凌星法搜寻系外行星的太空望远镜命名为开普勒太空望远镜，整个观测任务被称为开普勒任务。截至2018年10月31日的数据，开普勒太空望远镜在9年半的运行期间，共观测了天鹅座、天琴座、天龙座内530506颗恒星的光变曲线，发现了2662颗太阳系外行星，这些系外行星都以开普勒命名编号，例如开普勒186f、开普勒22b等。下列说法中与之吻合的是（ ）A．太阳系内的所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,行星与太阳的最大距离等于椭圆轨道的半长轴长B．对太阳系内的木星来说,木星与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积C．地月系内的每月球与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积D．根据开普勒第三定律太阳系内的所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等例2.某行星沿椭圆轨道绕太阳运行，如图所示，在这颗行星的轨道上有a、b、c、d四个对称点。若行星运动周期为T，则该行星（　　）A．从a到b的运动时间等于从c到d的运动时间B．从a经b到c的运动时间等于从c经d到a的运动时间C．a到b的时间大于D．c到d的时间大于针对训练2.如图所示，围绕太阳运动的两个轨道P、Q，运动轨道P是半径为4R的圆轨道，运动轨道Q是天体运动的椭圆轨道，其近日点a与日心的距离为2R，远日点b与日心的距离为10R。假设天体在圆轨道上运行的周期为T1，在椭圆轨道运行的周期为T2，在近日点a的速度为 ，在远日点b的速度为vb，则下列判断正确的是（　　）A． B． C． D．例3.开普勒所提出的行星运动定律对一切天体(包括卫星绕行星的运动)的运动都适用，对科学认识提供了科学探究方法，对于开普勒第三定律的公式＝k的说法中正确的是(　　)A．开普勒第三定律只适用于轨道是椭圆的天体运动B．开普勒第三定律中的T为天体运动的自转周期C．开普勒第三定律中的k值，不仅与中心天体有关，同时与绕中心天体公转的行星(或卫星)有关D．若已知月球与地球之间的距离，根据开普勒第三定律公式可求出水星与太阳之间的距离针对训练3.关于开普勒第三定律中提到的k值，下面说法正确的是（ ）A．开普勒第三定律k是一个与不同行星运动有关的常量B．木星绕太阳运转轨道的半长轴为R1，周期为T1；谷神二号卫星绕地球运转轨道的长半轴为R2，周期为T2，则K值是一样的。C．T1表示不同行星运动的自转周期D．T2表示卫星绕地球运动转动的周期【答案解析】例1.【答案】D【解析】A．根据开普勒运动定律，所有行星绕太阳运动，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，故A错误；B．另一个焦点在行星与太阳连线上 具体位置可以用椭圆公式算出，是在行星轨道的中心点为对称中心，太阳与对称中心的对称点就是另一个焦点，由于行星轨道不一样，所以另一个焦点每个行星都是不同的，故B错误；C．根据开普勒运动定律，木星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，木星和地球不在同一轨道，相等的时间内扫过的面积不相等；故C错误；D．根据开普勒第三定律太阳系内的所有行星的轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，故D正确。故选D。针对训练1.【答案】BD例2.【答案】D【解析】AB．据开普勒运动定律，行星在远日点的速度最小，近日点的速度最大，在行星由a到b运动时的平均速率大于由c到d运动时的平均速率，而弧长ab等于弧长cd，故从a到b的运动时间小于从c到d的运动时间，同理可知，从d经a到b的运动时间小于从b经c到d的运动时间，AB错误；C．从a经b到c的时间和从c经d到a的时间均为，可得tab=tda小于；tbc=tcd大于，C错误，D正确。故选D。针对训练2.【答案】BD【解析】AB．从图上可以看出b的轨道半长轴大于a的轨道半径，则根据开普勒运动第三定律得，A错误B正确；CD．根据开普勒第二定律知，在近日点a的速度大于在远日点b的速度，C错误D正确。故选BD。例3.【答案】C【解析】开普勒第三定律适用于自然天体运动中的一切运动，对于行星绕太阳公转适用，对于地月系也是同样适用，卫星的运动也可以用该公式分析，故A错误；开普勒第三定律公式中的T是行星(或卫星)的公转周期，B错误；开普勒第三定律公式中的k与中心天体的质量有关，与绕中心天体旋转的行星(或卫星)无关，故C正确；月球绕地球运动，木星绕太阳运动，不是同一个中心天体，公式中的k与中心天体的质量有关，中心天体不一样则K值也不一样，已知月球与地球之间的距离，无法求出水星与太阳之间的距离，故D错误。针对训练3.【答案】D【解析】A．k是一个与中心天体有关的常量，故A错误；B．若木星绕太阳运转轨道的半长轴为R0，周期为T0；谷神二号卫星绕地球运转轨道的长半轴为R，周期为T，谷神二号卫星绕地球转，木星绕太阳转，中心天体不同，所以故B错误；CD ．T表示行星运动的公转周期，故D正确，C错误。故选D。探究点二：对开普勒第三定律的定量计算例4.已知月球环绕地球公转轨道半径约为地球自身大小半径的60倍，运行周期约为27天，应用开普勒定律计算：在赤道平面内离地面高度为地球半径的多少倍，人造地球卫星可随地球一起转动，就像停留在天空中不动一样。针对训练4.经国际小行星命名委员会命名的“神舟星”和“杨利伟星"的轨道均处在火星和木星轨道之间，它们绕太阳沿椭圆轨道运行，其轨道参数如下表(AU是天文学中的长度单位，大约是地球到太阳的平均距离)．“神舟星”和“杨利伟星”绕太阳运行的周期分别为T1和T2，求神舟星与杨利伟星的轨道半径之比最接近下面哪组数据（ ）A.2:1 B.4:1 C.6:1 D.8:1【答案解析】例4.【答案】5.67【解析】已知月球环绕地球公转轨道半径约为地球自身大小半径的60倍，运行周期约为27天根据开普勒第三定律，它们运行轨道的半径的三次方跟圆周运动周期的二次方的比值都是相等的。设人造地球卫星运行的半径为R，周期为T，根据开普勒第三定律有同理设月球轨道半径为，周期为，也有由以上两式可得，h=5.57R地针对训练4.【答案】A【解析】两个星星均绕太阳运行，因此根据开普勒第三定律可得,化简可得，即（）2=（）3代入数值估算可得结果选A。探究点三：天体运动中的追及相遇问题例5.如图1所示，在天体运动中有A、B两颗行星在绕同一颗恒星M做完美的匀速圆周运动，在公转过程中旋转方向相同，A行星公转的周期为T1，B行星公转的周期为T2，在某一时刻两行星相距最近，则①从图中位置开始经过多长时间，两行星再次会相距最近？②从图中位置开始经过多长时间，两行星第一次相距最远？【答案解析】【答案】(1);(2)【解析】A、B两颗行星天体运动中有A、B两颗行星在绕同一颗恒星M做完美的匀速圆周运动，由开普勒第三定律可得T1规律总结（知识提炼，浓缩精华）天体运动中的“相遇”指的是两个环绕天体和中心天体在一条直线上的时候，即相距最近。若同向转动，则转的快的比转的慢的多转2π角度再次相遇；若反向转动，则两者转过角度加起来等于2π。我的收获（反思静悟，体验成功）拓展阅读开普勒是1571年出生在罗马帝国的威尔（现在在德国境内），我们一般说开普勒是德国物理学家，其实那个时候还没有现在的德国。后来罗马帝国灭亡之后，普鲁士王国组织多数德意志联邦组成了德意志帝国，再后来经历了一战、德国革命、二战，二战战败后由分为东德和西德，一直到1990年又重新统一成德意志联邦共和国，这才是现在说的德国。开普勒爷爷曾是市长、爸爸是雇佣兵，后来战死，妈妈是医生，开普勒还有两个哥哥和一个姐姐。但开普勒出生的时候，家道中落，又是早产儿，从小视力不好，手部轻微残疾，但上帝关闭一扇门，却开了一扇窗。开普勒从小表现出了惊人的数学天赋，对古希腊数学有一番研究。开普勒在蒂宾根大学学习的哲学和神学，毕业之后（23岁），就成为了一名数学和天文学的大学教师。他是日心说的忠实拥护者，1596年，25岁的开普勒出版了一本书——《宇宙的神秘》，是第一部发表的支持哥白尼日心说观点的书。这本书让开普勒在天文学界开始名声鹊起，也间接促成了开普勒与第谷在1600年的相识。1602年，开普勒作为地谷的助手，在通过第谷的大量观测数据的基础上，终于发现了第一个伟大的行星运动的规律，假如把行星和太阳之间看做是一条连线上，那么在这条连线上，在不同行星围绕太阳运动在相同时间内扫过的相等的面积，也就是说，第二定律是最早发现的，对应的就是角动量守恒。1605年开普勒又在之前的研究基础上发现，自然界中大量行星运动的轨迹数据得出并非一个完美的正圆，既然不是圆而是一个椭圆，太阳所处的位置是椭圆其中的一个焦点上。在年底，围绕第一和第二定律，写了一本书——《新天文学》，在1609年发表。1611年，开普勒人生发生重大变故，先是鲁道夫二世被逼迫退位，失去皇帝支持，紧接着三个孩子全部患上天花，小女儿6岁时因此夭折，不久之后妻子也病逝了。但开普勒也并没有因此停止思考，1619年开普勒发现了第三定律——行星绕太阳公转周期的平方与其椭圆轨半长轴的立方成正比。自从物理科学界有了开普勒行星运动第三定律，科学的探索中就可以直接计算出轨道半径，公转周期，以及不同行星运动的规律、数据，进而开启宇宙探索的大伟大征程。开普勒把第三定律写在了《世界的和谐》一书当中，至此，开普勒三大定律凑齐了。1615年到1621年，6年时间，开普勒撰写了《哥白尼天文学概要》三卷。1623年，开普勒完成第谷遗愿，一张建立在日心说上的更加精准的星图诞生了，为了纪念鲁道夫二世，于是就叫做鲁道夫星表，于1627年正式发表。其中包含了1006颗恒星，一部分是当时第谷在汶岛上21年期间所观测的，还有四百多颗是托勒密和后人观测的，这张星图的误差在1角分之内，比较精准。1630年11月15日，伟大的天文学家开普勒去世，被安葬在雷根斯堡，享年58岁。

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