2019-2020年高中物理 5.3万有引力定律与天文学的新发现教案1 沪科版必修2.doc

2019-2020年高中物理 5.3万有引力定律与天文学的新发现教案1 沪科版必修2【学习目标】【知识和技能】1、了解天王星的发现和哈雷彗星的预报的历史过程2、学会利用万有引力定律计算天体的质量。3、理解重力与万有引力的关系，理解地面上重力变化的规律【过程和方法】1、了解万有引力定律在探索宇宙奥秘中的重要作用，感受科学定律的巨大魅力。2、体会科学探索中，理论和实践的关系。3、体验自然科学中的人文精神。【情感、态度和价值观】培养对万有引力定律的理解和利用已知条件进行近似计算的能力。【学习重点】1、利用万有引力定律计算天体质量的思路和方法2、发现海王星和冥王星的科学案例【知识点导学】 一、海王星的发现与哈雷彗星的预报 1、天王星的发现 2、哈雷彗星的预报这两个案例，进一步证明牛顿的万有引力定律的正确性及精确性。显示了人类认识自然的伟大胜利，标志着物理学已经发展到一个新的历史阶段。要求：认真阅读教材，弄清发现天王星、预报彗星回归的思路和原理。M r m二、把天体的质量测出来估算天体质量1、估算中心天体的质量天体m围绕中心天体M运转，把天体m的运动轨迹的运动看成圆，m做圆周运动所需向心力由中心天体M对m的万有引力提供，有 通过天文观测知道天体m绕M做圆周运动的r、v或r、或r、T就可以算出中心天体M的质量。注意：这种方法只能估算“中心天体”的质量。2、利用天体表面的重力加速度估算天体质量在忽略天体自转影响时，如果能测出天体表面的重力加速度g和地球半径R，也可以应用万有引力定律求出该天体的质量。因为重力等于万有引力，即，R为天体半径，g是地球表面的重力加速度。可得，所以天体质量便可以得到了。注意：是一个有用的结论。在地球质量未知的问题中，常用gR2替换GM。有人称之“黄金代换式”。三、破解重力变化之谜阅读课本 多学一点破解重力变化之谜理解重力变化的原因是什么？记清并理解以下结论：u 在赤道处，所需向心力F2最大，所以重力F1最小。u 在两极处，所需向心力为零，所以重力最大等于万有引力。u 从赤道到两极，随着纬度的增大，重力也逐渐增大。u 我们容易看出，只有在赤道和两级重力的方向与万有引力的方向才相同，指向地心，其它情况下均不相同。这就是我们通常说重力的方向是竖直向下，而不说指向地心的原因。【典例引路】10已知地球半径约为6.4106 m，又知月球绕地球的运动可近似看做圆周运动，试可估算出月球到地心的距离 (结果保留一位有效数字)。【解析】地球对月球的万有引力提供月球绕地球运转所需的向心力，月球绕地球运转的周期为27天，即T27243600 s，地球表面重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6.4106 m Gmr Gmg由、两式可得r4108 m13飞船以ag/2的加速度匀加速上升，由于超重现象，用弹簧秤测得质量为10 kg的物体重量为75 N由此可知，飞船所处位置距地面高度为多大？(地球半径为6400 km， g10 m/s2)【解析】该题应用第二定律和万有引力的知识来求解，设物体所在位置高度为h，重力加速度为g，物体在地球表面重力加速度为g，则F-mgma gG gG由式得： ga 由、得： = 所以由解得 hR6400 km【课堂练习】1火星的半径是地球半径的一半，火星质量约为地球质量的1/9，那么地球表面质量为50 kg的物体受到地球的吸引力约是火星表面同质量的物体受到火星吸引力的_倍2假如地球自转速度达到使赤道上的物体“飘”起来(即完全失重)，那么地球上一天等于多少小时？(地球半径取6.4106 m)参考答案：1【解析】物体受地球的吸引力为FG 物体受火星的吸引力为 FG 解得 = 2【解析】由万有引力提供向心力，则Gmgmw2RmR 所以T22s16102 s1.396 h1.4 h【课后检测】1设在地球上和在x天体上，以相同的初速度竖直上抛一物体，物体上升的最大高度比为K(均不计阻力)，且已知地球和x天体的半径比也为K，则地球质量与x天体的质量比为【 B】A1BKCK2D1/K2(1988年全国高考)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 【 D 】A1B1/9C1/4D1/163对于万有引力定律的数学表达式F，下列说法正确的是 【 C 】A公式中G为引力常数，是人为规定的Br趋近于零时，万有引力趋于无穷大Cm1、m2之间的万有引力总是大小相等，与m1、m2的质量是否相等无关Dm1、m2之间的万有引力总是大小相等方向相反，是一对平衡力4地球的半径为R，地球表面处物体所受的重力为mg，近似等于物体所受的万有引力关于物体在下列位置所受万有引力大小的说法中，正确的是 【 C 】A离地面高度R处为4mg B离地面高度R处为mg/2C离地面高度3R处为mg/3D离地心R/2处为4mg5物体在月球表面的重力加速度是在地球表面的重力加速度的1/6，这说明了 【 D 】A地球的半径是月球半径的6倍B地球的质量是月球质量的6倍C月球吸引地球的力是地球吸引月球的力的1/6D物体在月球表面的重力是其在地球表面的重力的1/66关于天体的运动，下列叙述正确的是 【 D 】A地球是静止的，是宇宙的中心B太阳是宇宙的中心C地球绕太阳做匀速圆周运动D九大行星都绕太阳运动，其轨道是椭圆7太阳表面半径为R，平均密度为 ，地球表面半径和平均密度分别为R和 ，地球表面附近的重力加速度为g0 ，则太阳表面附近的重力加速度g 为 【 C 】A B C D8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 【 A 】Ap/q2Bpq2 Cp/q Dpq9已知地球表面重力加速度为g，地球半径为R，万有引力恒量为G，试推导用以上各量表示的地球质量M的公式。解析：地球表面上物体重力等于地球对物体的万有引力，即mgG所以地球质量M10两颗靠得很近的恒星，必须各以一定的速率绕它们连线上某一点转动，才不至于由于万有引力的作用而将它们吸引到一起已知这两颗恒星的质量为m1、m2，相距L，求这两颗恒星的转动周期 解析：由万有引力定律和向心力公式来求即可m1、m2做匀速圆周运动的半径分别为R1、R2，它们的向心力是由它们之间的万有引力提供，所以 Gm1R1 Gm2R2 R1+R2L 由得： ，得：R1L代入得所以： 【课后检测参考答案】1B 2D 3C 4C 5D 6D 7C 8A9解析：地球表面上物体重力等于地球对物体的万有引力，即mgG所以地球质量M10解析：由万有引力定律和向心力公式来求即可m1、m2做匀速圆周运动的半径分别为R1、R2，它们的向心力是由它们之间的万有引力提供，所以 Gm1R1 Gm2R2 R1+R2L 由得： ，得：R1L代入得所以：