魯科版必修2 萬有引力定律的應(yīng)用 第1課時(shí) 教案.doc

第2節(jié)萬有引力定律的應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)一、知識與技能1.通過對行星繞恒星的運(yùn)動(dòng)及衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)的研究，初步掌握研究此類問題的基本方法：萬有引力作為圓周運(yùn)動(dòng)的向心力；2.初步了解人造衛(wèi)星的發(fā)射、運(yùn)行等狀況，建立正確的物理模型圖景；3.能應(yīng)用萬有引力定律解決天體問題；4.通過萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量、天體的密度、天體的重力加速度、天體運(yùn)行的速度等.二、過程與方法1.通過萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用使學(xué)生能熟練地掌握萬有引力定律；2.通過學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用了解航天事業(yè)的發(fā)展.三、情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用，能解決實(shí)際問題，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情.教學(xué)重點(diǎn)1.人造衛(wèi)星、月球繞地球的運(yùn)動(dòng)、行星繞太陽的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬有引力提供的，第一宇宙速度的計(jì)算；2.會用已知條件求中心天體的質(zhì)量.教學(xué)難點(diǎn)根據(jù)已有條件求中心天體的質(zhì)量.教具準(zhǔn)備多媒體設(shè)備一套.教學(xué)過程：導(dǎo)入新課教師提問：卡文迪許實(shí)驗(yàn)測萬有引力常量的原理是什么？學(xué)生回答：利用引力矩與金屬絲的扭轉(zhuǎn)力矩的平衡來求得.教師提問：萬有引力常量的測出的物理意義是什么？學(xué)生回答：使萬有引力定律有了其實(shí)際意義，可以求得地球的質(zhì)量等.推進(jìn)新課萬有引力常量一經(jīng)測出，萬有引力定律對天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用，這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用.學(xué)生閱讀有關(guān)內(nèi)容教師提問：行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的向心力是什么？學(xué)生回答：太陽對行星的萬有引力提供向心力.教師提問：如果我們知道某個(gè)行星與太陽之間的距離是r,t是行星公轉(zhuǎn)的周期，列一下方程,能否求出太陽的質(zhì)量m呢？學(xué)生回答：設(shè)行星的質(zhì)量為m.根據(jù)萬有引力提供行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的向心力有：即有，得.由開普勒第三定律，繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的行星都有=常數(shù).所以太陽的質(zhì)量m也是定值，和行星的軌道半徑及周期無關(guān).老師總結(jié)：應(yīng)用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量的基本思路是：根據(jù)行星（或衛(wèi)星）運(yùn)動(dòng)的情況，求出行星（或衛(wèi)星）的向心力，而f向=f萬有引力.根據(jù)這個(gè)關(guān)系列方程即可.一、人造衛(wèi)星上天如果衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道可視為圓形，并且衛(wèi)星距地面的高度遠(yuǎn)小于地球半徑，則衛(wèi)星軌道半徑可近似為地球半徑r=6.38106 m，這時(shí)衛(wèi)星所受地球的引力與衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力相等.假設(shè)衛(wèi)星質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為m，根據(jù)向心力公式有：，=7.9 km/s.人們稱7.9 km/s為第一宇宙速度，也稱環(huán)繞速度.當(dāng)衛(wèi)星具有第一宇宙速度時(shí)，圍繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道是圓形.如果人造地球衛(wèi)星運(yùn)行速度大于7.9 km/s，它將沿橢圓軌道圍繞地球運(yùn)行，甚至?xí)[脫地球引力，遠(yuǎn)離地球而去.通過計(jì)算知道，人造衛(wèi)星脫離地球引力所需的速度為11.2 km/s，人們稱11.2 km/s為第二宇宙速度，也稱脫離速度.脫離地球吸引力的人造衛(wèi)星還受到太陽引力的作用，相當(dāng)于“人造行星”.當(dāng)其速度達(dá)到16.7 km/s時(shí)，就會掙脫太陽引力束縛飛出太陽系，人們稱16.7 km/s為第三宇宙速度，也稱逃逸速度.二、預(yù)測未知天體萬有引力對研究天體運(yùn)動(dòng)有著重要的意義.海王星、冥王星就是這樣發(fā)現(xiàn)的.已知中心天體的質(zhì)量及繞其運(yùn)動(dòng)的行星的運(yùn)動(dòng)情況，在太陽系中，行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的半徑r為多少呢？學(xué)生推導(dǎo)：根據(jù),可得代入已知數(shù)據(jù)即可得到軌道半徑.三、鞏固練習(xí)1.根據(jù)觀察，在土星外層有一個(gè)環(huán)，為了判斷是土星的連續(xù)物還是小衛(wèi)星群，可測出環(huán)中各層的線速度v與該層到土星中心的距離r之間的關(guān)系.下列判斷正確的是 （ad）a.若v與r成正比，則環(huán)是連續(xù)物b.若v2與r成正比，則環(huán)是小衛(wèi)星群c.若v與r成反比，則環(huán)是連續(xù)物d.若v2與r成反比，則環(huán)是小衛(wèi)星群2.已知地球的半徑為r，地面的重力加速度為g，引力常量為g，如果不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，那么地球的平均密度的表達(dá)式為_3g/4gr _.3.某人在某一星球上以速度v豎直上拋一物體，經(jīng)時(shí)間t落回拋出點(diǎn)，已知該星球的半徑為r，若要在該星球上發(fā)射一顆靠近該星運(yùn)轉(zhuǎn)的人造星體，則該人造星體的速度大小為多少？4.一艘宇宙飛船繞一個(gè)不知名的、半徑為r的行星表面飛行，環(huán)繞一周飛行時(shí)間為t.求該行星的質(zhì)量和平均密度.參考答案:3.解：星球表面的重力加速度人造星體靠近該星球運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)： (m:星球質(zhì)量.m:人造星體質(zhì)量)所以.4.解：設(shè)宇宙飛船的質(zhì)量為m，行星的質(zhì)量為m.宇宙飛船圍繞行星的中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有： 所以又所以.課堂小結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容為：一、人造