《万有引力理论的成就》学案.docx
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1、万有引力理论的成就学案万有引力理论 总课题万有引力与航天总课时第14课时课题万有引力理论的成就课型新授课教学目标学问与技能1、了解万有引力定律在天文学上的应用2、会用万有引力定律计算天体的质量和密度3、驾驭综合运用万有引力定律和圆周运动学学问分析详细问题的方法过程与方法通过求解太阳.地球的质量,培育学生理论联系实际的运用实力情感看法与价值观通过介绍用万有引力定律发觉未知天体的过程,使学生懂得理论来源于实践,反过来又可以指导实践的辨证唯物主义观点教学重点1、行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力供应的。2、会用已知条件求中心天体的质量。教学难点依据已有条件求中心天体的质量。学法指导自主阅读、合作探
2、究、精讲精练、教学打算教学设想学问回顾合作探究突出重点,突破难点典型例题分析巩固学问达标提升教学过程师生互动补充内容或错题订正任务一学问回顾 1、请同学们回顾前面所学匀速圆周运动的学问,然后写出向心加速度的三种表达形式? 2、上节我们学习了万有引力定律的有关学问,现在请同学们回忆一下,万有引力定律的内容及公式是什么?公式中的G又是什么?G的测定有何重要意义? 任务二合作探究(仔细阅读教材,回答下列问题)一、“科学真实迷人”引导:求天体质量的方法一:是依据重力加速度求天体质量,即引力=重力mg=GMm/R21、推导出地球质量的表达式,说明卡文迪许为什么能把自己的试验说成是“称量地球的重量”? 2
3、、设地面旁边的重力加速度g=9.8m/s2,地球半径R=6.4106m,引力常量G=6.6710-11Nm2/kg2,试估算地球的质量。(写出解题过程。) 二、计算天体的质量(学生阅读教材“天体质量的计算”部分的内容,同时考虑下列问题)引导:求天体质量的方法二:是依据天体的圆周运动,即其向心力由万有引力供应,1、应用万有引力定律求解中心天体质量的基本思路是什么? 2、依据环绕天体的运动状况求解其向心加速度有几种求法? 3、应用天体运动的动力学方程万有引力充当向心力求出的天体质量有几种表达式?各是什么?各有什么特点? 4、应用此方法能否求出环绕天体的质量?为什么? 例题:把地球绕太阳公转看做是匀
4、速圆周运动,平均半径为1.51011m,已知引力常量为:G=6.6710-11Nm2/kg2,则可估算出太阳的质量大约是多少千克?(结果取一位有效数字,写出规范解答过程) 三、发觉未知天体(请同学们阅读课文“发觉未知天体”部分的内容,考虑以下问题)1、应用万有引力定律除可估算天体质量外,还可以在天文学上有何应用? 2、应用万有引力定律发觉了哪些行星? 3、怎样应用万有引力定律来发觉未知天体的?发表你的看法。(沟通探讨) 任务三达标提升1地球公转的轨道半径是R1,周期是T1,月球绕地球运转的轨道半径是R2,周期是T2,则太阳质量与地球质量之比是()ABCD2把太阳系各行星的轨迹近似的看作匀速圆周
5、运动,则离太阳越远的行星,写列说法错误的是()A周期越小B线速度越小C角速度越小D加速度越小3一颗小行星绕太阳做匀速圆周运动的半径是地球公转半径的4倍,则这颗小行星运转的周期是()A4年B6年C8年8/9年4.下面说法错误的是()A海王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发觉的B天王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发觉的C天王星的运动轨道偏离依据万有引力定律计算出来的轨道,其缘由是由于天王星受到轨道外面其他行星的引力作用D冥王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发觉的5、(多项选择)利用下列哪组数据,可以计算出地球的质量(已知引力常量G)()A.已知地球的半径R和地面的重力加速度gB.已知
6、卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度vC.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和周期TD.以上说法都不正确6、设地球表面重力加速度为g0,物体在距离地心4R(R是地球的半径)处,由于地球的作用而产生的加速度为g,则g/g0为()11/91/41/167假设火星和地球都是球体,火星质量M火和地球质量M地之比为M火/M地p,火星半径R火和地球半径R地之比为R火/R地q,那么火星表面处的重力加速度g火和地球表面处的重力加速度g地之比g火/g地等于()Ap/q2Bpq2Cp/qDpq8通过天文观测到某行星的一个卫星运动的周期为T,轨道半径为r,若把卫星的运动近似看成匀速圆周运动,试求出该行
7、星的质量 6.4万有引力理论的成就学案(人教版必修2) 6.4万有引力理论的成就学案(人教版必修2) 1若不考虑地球自转的影响,地面上质量为m的物体所受的重力mg等于_对物体的_,即mg_,式中M是地球的质量,R是地球的半径,也就是物体到地心的距离由此可得出地球的质量M_.2将行星绕太阳的运动近似看成_运动,行星做圆周运动的向心力由_供应,则有_,式中M是_的质量,m是_的质量,r是_,也就是行星和太阳中心的距离,T是_由此可得出太阳的质量为:_.3同样的道理,假如已知卫星绕行星运动的_和卫星与行星之间的_,也可以计算出行星的质量4太阳系中,观测行星的运动,可以计算_的质量;观测卫星的运动,可
8、以计算_的质量518世纪,人们发觉太阳系的第七个行星天王星的运动轨道有些怪异:依据_计算出的轨道与实际观测的结果总有一些偏差据此,人们推想,在天王星轨道的外面还有一颗未发觉的行星,它对天王星的_使其轨道产生了偏离_和_确立了万有引力定律的地位6应用万有引力定律解决天体运动问题的两条思路是:(1)把天体(行星或卫星)的运动近似看成是_运动,向心力由它们之间的_供应,即F万F向,可以用来计算天体的质量,探讨行星(或卫星)的线速度、角速度、周期等问题基本公式:_mv2rmr2mr42T2.(2)地面及其旁边物体的重力近似等于物体与地球间的_,即F万Gmg,主要用于计算涉及重力加速度的问题基本公式:m
9、g_(m在M的表面上),即GMgR2.7利用下列数据,可以计算出地球质量的是()A已知地球的半径R和地面的重力加速度gB已知卫星绕地球做匀速圆周运动的半径r和周期TC已知卫星绕地球做匀速圆周运动的半径r和线速度vD已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T8下列说法正确的是()A海王星是人们干脆应用万有引力定律计算的轨道而发觉的B天王星是人们依据万有引力定律计算的轨道而发觉的C海王星是人们经过长期的太空观测而发觉的D天王星的运行轨道与由万有引力定律计算的轨道存在偏差,其缘由是天王星受到轨道外的行星的引力作用,由此,人们发觉了海王星【概念规律练】学问点一计算天体的质量1已知引力常量G和下列各
10、组数据,能计算出地球质量的是()A地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离B月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离C人造地球卫星在地面旁边绕行的速度及运行周期D若不考虑地球自转,已知地球的半径及重力加速度2已知引力常量G6.671011Nm2/kg2,重力加速度g9.8m/s2,地球半径R6.4106m,则可知地球质量的数量级是()A1018kgB1020kgC1022kgD1024kg学问点二天体密度的计算3一飞船在某行星表面旁边沿圆轨道绕该行星飞行,若认为行星是密度匀称的球体,那么要确定该行星的密度,只须要测量()A飞船的轨道半径B飞船的运行速度C飞船的运行周期D行星的质量4假设在半径为R的
11、某天体上放射一颗该天体的卫星,若卫星贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T1,已知万有引力常量为G,则该天体的密度是多少?若这颗卫星距该天体表面的高度为h,测得在该处做圆周运动的周期为T2,则该天体的密度又是多少?学问点三发觉未知天体5科学家们推想,太阳系的第九大行星就在地球的轨道上,从地球上看,它恒久在太阳的背面,人类始终未能发觉它,可以说是“隐居”着的地球的“孪生兄弟”由以上信息我们可以推知()A这颗行星的公转周期与地球相等B这颗行星的自转周期与地球相等C这颗行星的质量与地球相等D这颗行星的密度与地球相等【方法技巧练】应用万有引力定律分析天体运动问题的方法6近地人造卫星1和2绕地球做匀速
12、圆周运动的周期分别为T1和T2,设在卫星1、卫星2各自所在的高度上的重力加速度大小分别为g1、g2,则()A.g1g2(T1T2)4/3B.g1g2(T2T1)4/3C.g1g2(T1T2)2D.g1g2(T2T1)27已知地球半径R6.4106m,地面旁边重力加速度g9.8m/s2.计算在距离地面高为h2106m的圆形轨道上的卫星做匀速圆周运动的线速度v和周期T. 参考答案课前预习练1地球引力GMmR2gR2G2匀速圆周太阳对行星的万有引力GMmr2mr(2T)2太阳行星行星绕太阳运动的轨道半径行星绕太阳运动的公转周期M42r3GT23周期距离4太阳行星5万有引力定律吸引海王星的发觉哈雷彗星
13、的“按时回来”6(1)匀速圆周万有引力GMmr2(2)万有引力GMmR27ABCD设相对地面静止的某一物体的质量为m,则有GMmR2mg得MgR2G,所以A选项正确设卫星质量为m,则万有引力供应向心力,GMmr2m42rT2得M42r3GT2,所以B选项正确设卫星质量为m,由万有引力供应向心力,GMmr2mv2r,得Mv2rG,所以C选项正确设卫星质量为m,由万有引力供应向心力,GMmr2m2rmvmv2T,由vrr2T,消去r得Mv3T2G,所以D选项正确8D课堂探究练1BCD2D点评天体质量的计算仅适用于计算被环绕的中心天体的质量,无法计算围绕中心天体做圆周运动的天体的质量,常见的天体质量
14、的计算有如下两种:(1)已知行星的运动状况,计算太阳质量(2)已知卫星的运动状况,计算行星质量3C因为GMmR2m42T2R,所以M42R3GT2,又因为V43R3,MV,所以3GT2,选项C正确点评利用飞船受到行星的万有引力供应飞船做圆周运动的向心力进行分析4.3GT213(Rh)3GT22R3解析设卫星的质量为m,天体的质量为M.卫星贴近天体表面做匀速圆周运动时有GMmR2m42T21R,则M42R3GT21依据数学学问可知星球的体积V43R3故该星球密度1MV42R3GT2143R33GT21卫星距天体表面距离为h时有GMm(Rh)2m42T22(Rh)M42(Rh)3GT222MV42
15、(Rh)3GT2243R33(Rh)3GT22R3点评利用公式M42r3GT2计算出天体的质量,再利用M43R3计算天体的密度,留意r指绕天体运动的轨道半径,而R指中心天体的半径,只有贴近中心天体运动时才有rR.5A6B卫星绕天体做匀速圆周运动,由万有引力供应向心力有GMmR2m(2T)2R,可得T2R3K为常数,由重力等于万有引力有GMmR2mg,联立解得gGM3T4K2GMK23T43,则g与T43成反比76.9103m/s7.6103s解析依据万有引力供应卫星做匀速圆周运动的向心力,有GMm(Rh)2mv2Rh知vGMRh由地球表面旁边万有引力近似等于重力,即GMmR2mg得GMgR2由
16、两式可得vgR2Rh6.41069.86.41062106m/s6.9103m/s运动周期T2(Rh)v23.14(6.41062106)6.9103s7.6103s方法总结解决天体问题的两条思路(1)全部做圆周运动的天体,所须要的向心力都来自万有引力因此,向心力等于万有引力是我们探讨天体运动建立方程的基本关系式,即GMmr2ma,式中的a是向心加速度(2)物体在地球(天体)表面时受到的万有引力近似等于物体的重力,即:GMmR2mg,式中的R为地球(天体)的半径,g为地球(天体)表面物体的重力加速度 高考物理备考复习万有引力理论的成就教案 7.2万有引力理论的成就【学习目标】1了解万有引力定律
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