高中物理人教版第六章萬有引力與航天萬有引力理論的成就

萬有引力理論的成就一、教學目標知識與技能1．了解萬有引力定律在天文學上的重要應(yīng)用。2．會用萬有引力定律計算天體質(zhì)量。3．理解并運用萬有引力定律處理天體問題的思路和方法。過程與方法1．通過萬有引力定律推導出計算天體質(zhì)量的公式。2．了解天體中的知識。情感態(tài)度與價值觀1．通過推導，鞏固前面所學的知識，使自己更好地了解天體中的物理。2．體會萬有引力定律在人類認識自然界奧秘中的巨大作用，讓學生懂得理論來源于實踐，反過來又可以指導實踐的辯證唯物主義觀點。二、教學重點萬有引力定律在天文學上的應(yīng)用，要掌握利用萬有引力定律計算天體質(zhì)量、天體密度的基本方法。學好本節(jié)有利于對天體運行規(guī)律的認識，更有利于我們在今后學習的相關(guān)知識。三、教學難點熟知并掌握計算天體質(zhì)量的不同表達式，由于題目所給條各不相同，因此從多種表達式中挑選合適的形式較難，主要是對表達式的形式和含義不夠熟悉，應(yīng)理解并記住各種表達式。四、教學過程◆引入【教師活動】上節(jié)課我們講到了萬有引力定律，這節(jié)課來討論一下萬有引力定律在研究天體運動中的作用?！羟蟮厍虻馁|(zhì)量【教師活動】上節(jié)課講到，引力常量G是英國物理學家卡文迪許在實驗室里測得的，他把自己的實驗說成是“稱量地球的重量”，這時為什么呢？下面我們一起來分析一下？思考：地面上物體的重力與地球?qū)ξ矬w的引力是什么關(guān)系？【學生活動】思考回答問題 地面上質(zhì)量為m的物體所受的引力mg等于地球?qū)ξ矬w的引力?！窘處熁顒印奎c評，分析分析：我們知道，地球上的一起物體隨地球的自轉(zhuǎn)做圓周運動，地球?qū)ξ矬w的引力指向地心，一部分提供物體隨地球自轉(zhuǎn)所需向心力，另一部分為物體的重力。只有在赤道和兩極處物體的重力方向才指向地心，且赤道處物體的重力最小，兩極處物體的重力最大；物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力很小，所以這個差異也很小，在計算時可近似認為物體的重力就等于地球?qū)λ囊?。若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，地面上的物體的重力等于地球?qū)λ囊?。mg＝Gg＝GM＝ρ＝＝例1：離地面某一高度h處的重力加速度是地球表面重力加速度的EQ\f(1,4),則高度h是地球半徑的倍。這個關(guān)系，也可以用于其它星體的質(zhì)量計算。例2：假設(shè)火星和地球都是球體，火星的質(zhì)量M火和地球的質(zhì)量M地之比M火/M地=p，火星的半徑R火和地球的半徑R地之比R火/R地=q，那么火星表面處的重力加速度g火和地球表面處的重力的加速度g地之比等于[]q2q◆由行星或衛(wèi)星運動量求中心天體的質(zhì)量【教師活動】萬有引力定律的另一個重要的應(yīng)用，是求天體的質(zhì)量，這個問題的出發(fā)點是：行星或衛(wèi)星繞中心天體做圓周運動的向心力由中心天體對它的引力提供，由此可列出方程。設(shè)M是太陽的質(zhì)量，m是某個行星的質(zhì)量，r是行星與太陽之間的距離，ω是行星公轉(zhuǎn)的角速度?？闪谐龇匠蘂EQ\f(Mm,r2)＝mrω2又ω＝EQ\f(2π,T)所以太陽的質(zhì)量M＝EQ\f(4π2r3,GT2)例3：某行星表面附近有一顆衛(wèi)星，其軌道半徑可認為近似等于該行星的球體半徑。已測出此衛(wèi)星運行的周期為T，已知萬有引力常量為G，據(jù)此求得該行星的平均密度約為______。例4、登月飛行器關(guān)閉發(fā)動機后在離月球表面h的空中沿圓形軌道繞月球飛行，周期是T，已知月球半徑是R，引力常量為G，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算月球的平均密度?！緦W生活動】完成，課本P74（4）【教師活動】如果知道木星和太陽的距離，以及木星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期，能不能求出木星的質(zhì)量？通過這樣的分析，大家會發(fā)現(xiàn)，用這樣的方法我們只能求得中心天體的質(zhì)量。◆發(fā)現(xiàn)未知天體【教師活動】同學們閱讀課本P73頁的內(nèi)容簡要的概括海王星和冥王星的發(fā)現(xiàn)過程【學生活動】閱讀，回答問題【教師活動】點評，小結(jié)1781年發(fā)現(xiàn)天王星后，根據(jù)萬有引力定律計算天王星的軌道與觀察到的結(jié)果總有偏差。年輕的英國劍橋大學學生亞當斯、法國青年天文愛好者勒維耶相信有新星的存在，各自獨立根據(jù)萬有引力定律計算出這顆新星的軌道。1846年9月23日由德國的伽勒發(fā)現(xiàn)了海王星。用同樣的方法發(fā)現(xiàn)了冥王星?！粜〗Y(jié)：五、板書設(shè)計一、求地球的質(zhì)量mg＝Gg＝GM＝ρ＝＝二、由行星或衛(wèi)星運