萬有引力理論的成就

1、4.萬有引力理論的成就教學(xué)設(shè)計、教學(xué)分析1 課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)內(nèi)容的具體要求：知道萬有引力定律。認(rèn)識發(fā)現(xiàn)萬有 引力定律的重要意義，體會科學(xué)定律對人類探索未知世界的作用。2. 學(xué)習(xí)對象分析：(1) 學(xué)生的年齡特點和認(rèn)知特點高一的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，他們的觀察 不只停留在一些表面現(xiàn)象，具有更深層次的探究愿望。在思維方式上由初 中形象思維為主向高中抽象思維為主過渡。(2) 學(xué)生在學(xué)習(xí)本課之前應(yīng)具備的基本知識和技能知道萬有引力定律及 其應(yīng)用條件，圓周運動相關(guān)知識。(3) 學(xué)生在即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容前已經(jīng)具備的水平。學(xué)生知道知道萬有引力定 律，引導(dǎo)學(xué)生把萬有引力定律應(yīng)用在天文學(xué)上。3. 教學(xué)內(nèi)容分析：本節(jié)教材先介紹

2、通過萬有引力計算地球質(zhì)量，讓學(xué)生 體會萬有引力的神奇。再介紹天體質(zhì)量的計算，最后介紹發(fā)現(xiàn)未知天體的應(yīng)用。體會科學(xué)定律對 人類探索未知世界的作用。二、教學(xué)目標(biāo)1. 知識與技能(1) 給出地球到太陽的距離能根據(jù)萬有引力定律計算太陽的質(zhì)量(2) 了解萬有引力在發(fā)現(xiàn)未知天體的作用2. 過程與方法通過了解萬有引力在天文學(xué)上的應(yīng)用體會科學(xué)定律對人類探 索未知世界的作用。3. 情感態(tài)度與價值觀了解并體重物下落與天體運動的多樣性與統(tǒng)一性， 知道萬有引力定律對科學(xué)發(fā)展所起的重要作用，關(guān)注并思考與物理學(xué)相關(guān) 的熱點問題，有可持續(xù)發(fā)展的意識，能在力所能及的范圍內(nèi)，為社會的可 持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。三、教學(xué)過程設(shè)計(1)

3、 投影展示【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1. 了解萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用2. 會用萬有引力定律計算天體的質(zhì)量和密度3. 掌握綜合運用萬有引力定律和圓周運動知識分析具體問題的方法【知識 準(zhǔn)備】1. 天體間的主要作用力是。2. 天體的在軌運動可以看成是運動。3. 球體積公式V " R '3(2) 探究學(xué)習(xí)過程【學(xué)習(xí)過程】A探究1：如何“稱量”我們腳下地球的質(zhì)量？如果忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，已 知地球表面重力加速度g,地球半徑R,引力常量G,你能借助于彈簧測力 計“稱”出地球的質(zhì)量嗎？結(jié)論1：在地球表面，物體所受童萬有引力。拓展思考：如果考慮地球自轉(zhuǎn)的影測量結(jié)果會有怎樣的變化?探究2:能否用同樣的

4、方法測出太陽的質(zhì)量?提示1：行星繞太陽運行可看作勻速圓周運動 提示2：行星繞太陽做勻速圓周運動的向心力由太陽對它的萬有引力提供方 案設(shè)計:結(jié)論2：行星繞太陽運行時，行星所受的提供【規(guī)律應(yīng)用】木星是繞太陽公轉(zhuǎn)的行星之一，而木星的周圍又有衛(wèi)星繞木 星運行。若要通 過觀測求得木星的質(zhì)量，需要測量哪些量？試推導(dǎo)用這些 量表示的木星質(zhì)量計算拓展思考:若地球表面附近有一顆近地衛(wèi)星以地心為圓心繞地球運行，已 知地球 表面重力加速度g和引力常量G,你能否僅靠一只秒表，測出地球 的密度？ 探究3：你能否計算分析一下，一顆地球通信衛(wèi)星(同步衛(wèi)星)應(yīng)在什么樣 的軌道上運行？已知地球質(zhì)量M=5. 89X10kg,地球

5、半徑R二6.4X10O1【小結(jié)】分析天體運動問題的兩個基本關(guān)系：1 重力近似等于萬有引力2. 萬有引力提供天體做勻速圓周運動的向心力(3) 實例分析【例題分析】已知地球半徑R=6. 4X 10 m，地球附近重力加速度g=9. 8 m/ss計算 在距 離地面高為h = 2.0X10 m的圓形軌道上的衛(wèi)星做勻速圓周運動的線速 度V和周期To解析：根據(jù)萬有引力提供衛(wèi)星做圓周運動的向心力，即Mm v2 ,fGM咔亍=師,知t耐由地球表面附近萬有引力近似等于重力，即Mm 2G«2 =mg,得 GM = gR故線速度v =代入數(shù)據(jù)得v = 6.9 X10-m/saR+h運動周期T=v=7. 6X

6、10, s（4）課堂練習(xí)【鞏固練習(xí)】1. （多選）下列幾組數(shù)據(jù)中能算出地球質(zhì)量的是（引力常量G是已知的）（）CD A.已知地球繞太陽運動的周期和地球中心與太陽中心之間的距離B. 已知月球繞地球運動的周期和地球的半徑C. 已知月球繞地球運動的角速度和月球中心與地球中心之間的距離D. 已知月球繞地球運動的周期和軌道半徑2. “嫦娥一號”是我國首次發(fā)射的探月衛(wèi)星，它在距月球表面高度為200 km的圓形軌道上運行周期為127分鐘。已知引力常量G=6. 67X10'-N m-/kg月球 半徑約為1.74 X 10 km.利用以上數(shù)據(jù)估算月球的質(zhì)量約為（D ）A. 8. 1 X10（ kgB. 7

7、. 4 X 10 kgC. 5. 4X1O kgD. 7. 4 X 10» kg3. 若地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期及公轉(zhuǎn)軌道半徑分別為T和R,月球繞地球公轉(zhuǎn) 周期 和公轉(zhuǎn)軌道半徑分別為t和r ,則太陽質(zhì)量與地球質(zhì)量之比日為（）M地3232232 3R tR TR tR TA.B.CD3 23 22 32 3f Tr tr Tr t解析：由萬有引力提供向心力肴，2=m2r,得!聽以獸l4 rT故A正確.答案：A4. 若已知行星繞太陽公轉(zhuǎn)的半徑為r ,公轉(zhuǎn)的周期為T,萬有引力常量為G,貝I由此可求出（）A行星的質(zhì)量B太陽的質(zhì)量C 行星的密度 D.太陽的密度答案：B5地球表面的平均重力加速度為g,地球半徑為R,萬有引力常量為G,用 上述物理量估算出來的地球平均密度是()A.3g4nRGB.3g4nRGcRGDRGMmgR，M M解析：地球表面有6/ 得M，又由P =v = “l(fā)，由得出P =上答案小6“嫦娥一號”衛(wèi)星剛開始繞地球做橢圓軌道運動，經(jīng)過變軌、制動后，成為一顆繞月球做圓軌道運動的衛(wèi)星設(shè)衛(wèi)星距月球表面的高度為h,做勻速圓周運動4-3的周期為T.已知月球半徑為R,引力常量為G.(球的體積公式V= 其中r為球的半徑)求：(1) 月球的質(zhì)量M；(2) 月球表面的重力加速度g;(3) 月球的密度p .Mm.6 r+ h 2=m .2 (R+解得月球的質(zhì)量M=2 (R