高中物理 63万有引力定律教案3 新人教版必修2.docx
- 文档编号:16103114
- 上传时间:2023-07-10
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:28.98KB
高中物理 63万有引力定律教案3 新人教版必修2.docx
《高中物理 63万有引力定律教案3 新人教版必修2.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理 63万有引力定律教案3 新人教版必修2.docx(12页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
高中物理63万有引力定律教案3新人教版必修2
2019-2020年高中物理6.3万有引力定律教案(3)新人教版必修2
【教学目标】
1.知识与技能
(1)会计算天体的质量.
(2)会计算人造卫星的环绕速度.
(3)知道第二宇宙速度和第三宇宙速度.
2.过程与方法
(1)通过自主思考和讨论与交流,认识计算天体质量的思路和方法
(2)预测未知天体是万有引力定律最辉煌的成就之一.引导学生让学生经历科学探究的过程,体会科学探究需要极大的毅力和勇气.
(3)通过对海王星发现过程的了解,体会科学理论对未知世界探索的指导作用.
(4)由牛顿曾设想的人造卫星原理图,结合万有引力定律和匀速圆周运动的知识推出第一宇宙速度.
(5)从卫星要摆脱地球或太阳的引力而需要更大的发射速度出发,引出第二宇宙速度和第三宇宙速度.
3.情感、态度与价值观
(1)体会和认识发现万有引力定律的重要意义.
(2)体会科学定律对人类探索未知世界的作用.
【教材分析】
这节课通过对一些天体运动的实例分析,使学生了解:
通常物体之间的万有引力很小,常常觉察不出来,但在天体运动中,由于天体的质量很大,万有引力将起决定性作用,对天
体质量的计算,对天文学的发展起了方大的推动作用,其中一个重要的应用就是计算天体的质量.
在讲课时,应用万有引力定律有三条思路要交待清楚。
1.从天体质量的计算,是发现海王星的成功事例,注意对学生研究问题的方法教育,即提出问题,然后猜想与假设,接着制定计划,应按计划计算出结果,最后将计算结果同实际结合对照....直到使问题得到解决.
2.把天体(或卫星)的运动看成是匀速圆周运动,即F引=F向,用于计算天体(中心体)的质量,讨论卫星的速度、角速度、周期及半径等问题。
3.在地面附近把万有引力看成物体的重力,即F引=mg.主要用于计算涉及重力加速
的问题。
【教学重点】
1.人造卫星、月球绕地球的运动;行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的
2.会用已知条件求中心天体的质量
【教学难点】
根据已有条件求天体的质量和人造卫星的应用.
【教学过程及师生互动分析】
自从卡文迪许测出了万有引力常量,万有引力定律就对天文学的发展起了很大的推动作用,这节课我们来学习万有引力定律在天文学上的应用.
(一)天体质量的计算
提出问题引导学生思考:
在天文学上,天体的质量无法直接测量,能否利用万有引定
律和前面学过的知识找到计算天体质量的方法呢?
1.基本思路:
在研究天体的运动问题中,我们近似地把一个天体绕另一个天体的运动
看作匀速圆周运动,万有引力提供天体作圆周运动的向心力.
2.计算表达式:
例如:
已知某一行星到太阳的距离为r,公转周期为T,太阳质量为多少?
分析:
设太阳质量为M,行星质量为m,由万有引力提供行星公转的向心力得:
, ∴
提出问题引导学生思考:
如何计算地球的质量?
学生讨论后自己解决
分析:
应选定一颗绕地球转动的卫星,测定卫星的轨道半径和周期,利用上式求出地球质量。
因此上式是用测定环绕天体的轨道半径和周期方法测被环绕天体的质量,不能测环
绕天体自身质量.
对于一个天体,M是一个定值.所以,绕太阳做圆周运动的行星都有.即开普勒第三定律。
老师总结:
应用万有引力定律计算天体质量的基本思路是:
根据行星(或卫星)运动的情况,求出行星(或卫星)的向心力,而F向=F万有引力。
根据这个关系列方程即可.
(二)预测未知天体:
利用教材和动画模型,讲述自1781年天王星的发现后,人们发现天王星的实际轨道与由万有引力定律计算出的理论轨道存在较大的误差,进而提出猜想...然后收集证据提出问题的焦点所在---还有一颗未知的行星影响了天王星的运行,最后亚当斯和勒维烈争得在计算出来的位置上发现了海王星.
(此部分内容,让学生看教材看动画,然后学生畅所欲言,也可以让学生课后找资料写一个科普小论文,阐述一下科学的研究方法.
三)人造卫星和宇宙速度
人造卫星:
问题一:
1.有1kg的物体在北京的重力大还是在上海的重力大?
问题二:
卫星为什么不会跳下来呢?
问题三:
1、地球在作什么运动?
人造地球卫星在作什么运动?
通过展示图片为学生建立清晰的图景.
2、作匀速圆周运动的向心力是谁提供的?
回答:
地球与卫星间的万有引力即由牛顿第二定律得:
3、由以上可求出什么?
①卫星绕地球的线速度:
②卫星绕地球的周期:
③卫星绕地球的角速度:
教师可带领学生分析上面的公式得:
当轨道半径不变时,则卫星的周期不变、卫星的线速度不变、卫星的角速度也不变.
当卫星的角速度不变时,则卫星的轨道半径不变.
宇宙速度:
当卫星轨道最低—贴近地球表面运动的时候呢?
上式中将R替换r,即可得到第一宇宙速度.
注意:
让学生亲自计算一下第一宇宙速度的大小,并帮助学生分析出来,第一宇宙速度就是最大的运行速度和最小的发射速度.
引出第二宇宙速度和第三宇宙速度.指明应用的状况.
【课堂例题及练习】
例1.木星的一个卫星运行一周需要时间1.5×104s,其轨道半径为9.2×107m,求木星的质量为多少千克?
解:
木星对卫星的万有引力提供卫星公转的向心力:
,
例2.地球绕太阳公转,轨道半径为R,周期为T。
月球绕地球运行轨道半径为r,周期为t,则太阳与地球质量之比为多少?
解:
⑴地球绕太阳公转,太阳对地球的引力提供向心力
则,得:
⑵月球绕地球公转,地球对月球的引力提供向心力
则,得:
⑶太阳与地球的质量之比
例3.一探空箭进入绕太阳的近乎圆形的轨道运行,轨道半径是地球绕太阳公转半径的9倍,则探空火箭使太阳公转周期为多少年?
解:
方法一:
设火箭质量为m1,轨道半径R,太阳质量为M,地球质量为m2,轨道半径为r.
⑴火箭绕太阳公转,则
得:
………………①
⑵地球绕太阳公转,
则
得:
………………②
∴ ∴火箭的公转周期为27年.
方法二:
要题可直接采用开普勒第三定律求解,更为方便.
【课后作业及练习】
1.已知月球到地球的球心距离为r=4×108m,月亮绕地球运行的周期为30天,求地球
的质量.
2.将一物体挂在一弹簧秤上,在地球表面某处伸长30mm,而在月球表面某处伸长5mm.如果在地球表面该处的重力加速度为9.84m/s2,那么月球表面测量处相应的重力加速度为
A.1.64m/s2 B.3.28m/s2
C.4.92m/s2 D.6.56m/s2
3.地球是一个不规则的椭球,它的极半径为6357km,赤道半径为6378km,物体在两极所受的引力与在赤道所受的引力之比为
参考答案:
1. 解:
月球绕地球运行的向心力即月地间的万有引力即有:
F向=F引=
得:
2.A 3.1.0066
2019-2020年高中物理6.3万有引力定律(精讲优练课型)课时提升作业新人教版必修2
一、选择题(本题共5小题,每小题8分,共40分。
多选题已在题号后标出)
1.(xx·沈阳高一检测)如图是力学中的三个实验装置,这三个实验共同的物理思想方法是()
A.极限的思想方法 B.放大的思想方法
C.控制变量的思想方法D.猜想的思想方法
【解析】选B。
三个实验中,都将微小形变放大,应用了放大的思想方法。
2.(xx·中山高一检测)设想把物体放到地球中心,则此物体与地球间的万有引力为()
A.零B.无穷大
C.某一有限值D.无法确定
【解析】选A。
不可用F=求此时的万有引力,因为r→0,物体不可视为质点,公式不再适用,可把地球分成无数个质点,每一个质点关于物体有一个对称质点,两者对物体的万有引力的合力为零。
【易错提醒】物体不可视为质点,公式F=此时不可用,若利用公式F=分析,则会得出r→0,F为无穷大的结论。
3.关于重力和万有引力的关系,下列说法错误的是()
A.地面附近物体所受到的重力就是万有引力
B.重力是由于地面附近的物体受到地球吸引而产生的
C.在不太精确的计算中,可以近似认为其重力等于万有引力
D.严格说来重力并不等于万有引力,除两极处物体的重力等于万有引力外,在地球其他各处的重力都略小于万有引力
【解析】选A。
万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。
任何两个物体之间都存在这种吸引作用。
物体之间的这种吸引作用普遍存在于宇宙万物之间,称为万有引力。
重力,就是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的,重力只是万有引力的一个分力,故A错误。
重力是由于地面附近的物体受到地球的吸引而产生的,故B正确。
在不太精确的计算中,可以近似认为物体的重力等于万有引力,故C正确。
严格来说重力并不等于万有引力,除两极处物体的重力等于万有引力外,在地球其他各处的重力都略小于万有引力,故D正确。
故A符合题意。
【补偿训练】重力是由万有引力产生的,以下说法中正确的是( )
A.同一物体在地球上任何地方其重力都一样
B.物体从地球表面移到高空中,其重力变大
C.同一物体在赤道上的重力比在两极处小些
D.绕地球做圆周运动的飞船中的物体处于失重状态,不受地球的引力
【解析】选C。
重力是万有引力的分力,只有在地球的两极重力才与万有引力相等,其他地方重力都小于万有引力,同一物体在地球上的不同地方其重力并不相等,A错,C对;由mg≈F=G可知,把物体从地球表面移到高空中其重力将变小,B错;绕地球做圆周运动的飞船中的物体仍受地球的引力作用,D错。
4.(xx·芜湖高一检测)在某次测定引力常量的实验中,两金属球的质量分别为m1和m2,球心间的距离为r,若测得两金属球间的万有引力大小为F,则此次实验得到的引力常量为()
A.B.
C.D.
【解析】选B。
由万有引力定律公式F=G得G=,所以B项正确。
5.地球对物体的引力大小等于物体对地球的引力,但我们总是看到物体落向地球而地球并不向物体运动,这是因为()
A.万有引力定律不适用于地球和物体
B.牛顿第三定律不适用于地球和物体
C.以地球上的物体作参考系,看不到地球向物体运动,如果以太阳为参考系,就可以看到地球向物体运动
D.地球的质量太大,产生的加速度很小,即便以太阳为参照物,也看不到地球向物体运动
【解析】选D。
万有引力是普遍适用的,A错误。
两物体之间的万有引力也是一对作用力与反作用力,同样遵循牛顿第三定律,B错误。
地球的质量太大,产生的加速度很小,即便以太阳为参照物,也看不到地球向物体运动,C错误,D正确。
二、计算题(10分。
要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
6.火星半径是地球半径的一半,火星质量约为地球质量的,那么地球表面质量为m的人受到地球的吸引力约为火星表面同质量的人受到火星引力的多少倍?
【解题指南】解答本题时可按以下步骤进行:
(1)设出火星的半径和质量,并根据比例关系表示出地球的半径和质量;
(2)分别写出人在地球表面和火星表面受到的引力的表达式;
(3)根据写出的表达式确定两引力间关系。
【解析】设火星半径为R,质量为M,则地球半径为2R,质量为9M。
在地球表面人受到的引力F=G
在火星表面人受到的引力F′=G;
所以=,即同质量的人在地球表面受到的引力是在火星表面受到的引力的倍。
答案:
倍
(25分钟·50分)
一、选择题(本题共4小题,每小题8分,共32分。
多选题已在题号后标出)
1.(多选)(xx·邯郸高一检测)引力常量G的单位是()
A.NB.
C.D.没有单位
【解析】选B、C。
万有引力定律F=G公式中,质量m的单位为kg,距离r的单位为m,引力F的单位为N,由公式推导得出,G的单位为。
由牛顿第二定律F=ma得:
1N=1kg·m/s2,联立以上两式得:
G的单位也等于,所以选项B、C均正确。
2.宇宙空间中任何两个有质量的物体之间都存在万有引力,在实际生活中,相距较近的两个人没有吸在一起的原因是()
A.他们两人除万有引力外,还有一个排斥力
B.万有引力太小,只在这一个力的作用下,还不能把他们吸到一起
C.由于万有引力很小,地面对他们的作用力总能与之平衡
D.人与人之间没有万有引力
【解析】选B。
只有在质量巨大的天体间或天体与物体间,万有引力的存在才有宏观的物理意义,普通物体间的万有引力是非常小的。
3.两个大小相同的实心均质小铁球,紧靠在一起时它们之间的万有引力为F;若两个半径为小铁球2倍的实心均质大铁球紧靠在一起,则它们之间的万有引力为()
A.2FB.4F
C.8FD.16F
【解析】选D。
设小铁球的半径为R,则两小球间:
F=G=G=Gπ2ρ2R4,同理,两大铁球之间:
F′=G=
Gπ2ρ2(2R)4=16F。
4.(xx·海南高考)设地球自转周期为T,质量为M,引力常量为G。
假设地球可视为质量均匀分布的球体,半径为R。
同一物体在南极和赤道水平面上静止时所受到的支持力之比为()
A.B.
C.D.
【解析】选A。
在南极时物体受力平衡,支持力等于万有引力,即FN=G;在赤道上物体由于随地球一起自转,万有引力与支持力的合力提供向心力,即G-F′N=mR,两式联立可知A正确。
二、计算题(本题共2小题,共18分。
要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
5.(8分)如图所示,火箭内平台上放有测试仪器,火箭从地面启动后,以加速度竖直向上匀加速运动,升到某一高度时,测试仪对平台的压力为启动前压力的。
已知地球半径为R,求火箭此时离地面的高度。
(g为地面附近重力加速度)
【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)启动前后,火箭分别满足平衡条件和牛顿第二定律。
(2)到某一高度时,重力加速度的大小发生变化。
【解析】在地面附近的物体,所受重力近似等于物体所受到的万有引力。
取测试仪为研究对象,其先后受力如图甲、乙所示,据物体的平衡条件有FN1=mg1,g1=g,
当升到某一高度时,根据牛顿第二定律有
FN2-mg2=m,所以FN2=+mg2=mg,
所以g2=g。
设火箭距地面高度为H,
mg2=G·,g=,
所以H=。
答案:
6.(10分)宇航员在地球表面以一定初速度竖直上抛一小球,经过时间t小球落回原处;若他在某星球表面以相同的初速度竖直上抛同一小球,需经过时间5t小球落回原处。
(取地球表面重力加速度g=10m/s2,空气阻力不计)
(1)求该星球表面附近的重力加速度g′。
(2)已知该星球的半径与地球半径之比为R星∶R地=1∶4,求该星球的质量与地球质量之比M星∶M地。
【解析】
(1)依据竖直上抛运动规律可知,地面上竖直上抛小球落回原地经历的时间为:
t=
在该星球表面上竖直上抛的小球落回原地所用时间为:
5t=,所以
g′=g=2m/s2
(2)该星球表面物体所受重力等于其所受该星球的万有引力,则有mg=G
所以M=,可解得:
M星∶M地=1∶80。
答案:
(1)2m/s2
(2)1∶80
【总结提升】万有引力与重力关系的两点注意
(1)在不考虑地球自转的情况下,物体在地球表面上所受的万有引力跟重力相等,若考虑地球自转,由于向心力很小,重力近似等于万有引力,即在地球表面近似认为:
G=mg。
(2)通常情况下,我们所研究的物体都在地面上或离地面的高度远小于地球的半径,不管这些物体是处于何种状态,我们都可以认为万有引力与重力相等,但有两种情况必须加以区别:
①从细微之处分析重力与万有引力大小的关系;
②物体离地面高度与地球半径相比不能忽略的情况。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中物理 63万有引力定律教案3 新人教版必修2 63 万有引力定律 教案 新人 必修