魯科版必修2 萬有引力定律的應用 第1課時 教案.doc

第2節(jié)萬有引力定律的應用教學目標一、知識與技能1.通過對行星繞恒星的運動及衛(wèi)星繞行星的運動的研究，初步掌握研究此類問題的基本方法：萬有引力作為圓周運動的向心力；2.初步了解人造衛(wèi)星的發(fā)射、運行等狀況，建立正確的物理模型圖景；3.能應用萬有引力定律解決天體問題；4.通過萬有引力定律計算天體的質量、天體的密度、天體的重力加速度、天體運行的速度等.二、過程與方法1.通過萬有引力定律在天文學上的應用使學生能熟練地掌握萬有引力定律；2.通過學習萬有引力定律在天文學上的應用了解航天事業(yè)的發(fā)展.三、情感態(tài)度與價值觀：通過學習萬有引力定律在天文學上的應用，能解決實際問題，增強學生學習物理的熱情.教學重點1.人造衛(wèi)星、月球繞地球的運動、行星繞太陽的運動的向心力是由萬有引力提供的，第一宇宙速度的計算；2.會用已知條件求中心天體的質量.教學難點根據已有條件求中心天體的質量.教具準備多媒體設備一套.教學過程：導入新課教師提問：卡文迪許實驗測萬有引力常量的原理是什么？學生回答：利用引力矩與金屬絲的扭轉力矩的平衡來求得.教師提問：萬有引力常量的測出的物理意義是什么？學生回答：使萬有引力定律有了其實際意義，可以求得地球的質量等.推進新課萬有引力常量一經測出，萬有引力定律對天文學的發(fā)展起了很大的推動作用，這節(jié)課我們來學習萬有引力定律在天文學上的應用.學生閱讀有關內容教師提問：行星繞太陽運動的向心力是什么？學生回答：太陽對行星的萬有引力提供向心力.教師提問：如果我們知道某個行星與太陽之間的距離是r,t是行星公轉的周期，列一下方程,能否求出太陽的質量m呢？學生回答：設行星的質量為m.根據萬有引力提供行星繞太陽運動的向心力有：即有，得.由開普勒第三定律，繞太陽做圓周運動的行星都有=常數.所以太陽的質量m也是定值，和行星的軌道半徑及周期無關.老師總結：應用萬有引力定律計算天體質量的基本思路是：根據行星（或衛(wèi)星）運動的情況，求出行星（或衛(wèi)星）的向心力，而f向=f萬有引力.根據這個關系列方程即可.一、人造衛(wèi)星上天如果衛(wèi)星繞地球運行的軌道可視為圓形，并且衛(wèi)星距地面的高度遠小于地球半徑，則衛(wèi)星軌道半徑可近似為地球半徑r=6.38106 m，這時衛(wèi)星所受地球的引力與衛(wèi)星做圓周運動所需的向心力相等.假設衛(wèi)星質量為m，地球質量為m，根據向心力公式有：，=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.當衛(wèi)星具有第一宇宙速度時，圍繞地球運動的軌道是圓形.如果人造地球衛(wèi)星運行速度大于7.9 km/s，它將沿橢圓軌道圍繞地球運行，甚至會擺脫地球引力，遠離地球而去.通過計算知道，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，相當于“人造行星”.當其速度達到16.7 km/s時，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、預測未知天體萬有引力對研究天體運動有著重要的意義.海王星、冥王星就是這樣發(fā)現的.已知中心天體的質量及繞其運動的行星的運動情況，在太陽系中，行星繞太陽運動的半徑r為多少呢？學生推導：根據,可得代入已知數據即可得到軌道半徑.三、鞏固練習1.根據觀察，在土星外層有一個環(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的影響，那么地球的平均密度的表達式為_3g/4gr _.3.某人在某一星球上以速度v豎直上拋一物體，經時間t落回拋出點，已知該星球的半徑為r，若要在該星球上發(fā)射一顆靠近該星運轉的人造星體，則該人造星體的速度大小為多少？4.一艘宇宙飛船繞一個不知名的、半徑為r的行星表面飛行，環(huán)繞一周飛行時間為t.求該行星的質量和平均密度.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轉時： (m:星球質量.m:人造星體質量)所以.4.解：設宇宙飛船的質量為m，行星的質量為m.宇宙飛船圍繞行星的中心做勻速圓周運動，有： 所以又所以.課堂小結本節(jié)課的主要內容為：一、人造