《開普勒定律萬有引力定律教案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《開普勒定律萬有引力定律教案（10頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、課題：開普勒定律、萬有引力定律課型：一對(duì)二同步復(fù)習(xí)（基礎(chǔ)）科目：物理備課時(shí)間：2012.6.30講師：鄺飛云課程適合學(xué)生：人教版高一學(xué)生教學(xué)目標(biāo)1.熟練掌握開普勒三定律的內(nèi)容2.熟練掌握萬有引力定律的內(nèi)容、計(jì)算公式、適用條件3.靈活運(yùn)用開普勒定律和萬有引力定律計(jì)算天體間的關(guān)系、天體質(zhì)量密度等教學(xué)內(nèi)容日心說、地心說、開普勒三定律、萬有引力定律、萬有引力的應(yīng)用分析重點(diǎn)開普勒三定律內(nèi)容、萬有引力定律內(nèi)容條件計(jì)算方法、萬有引力的應(yīng)用分析難點(diǎn)靈活貫通萬有引力定律與圓周運(yùn)動(dòng)、萬有引力的應(yīng)用分析知識(shí)導(dǎo)入：一、開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律簡(jiǎn)介（軌道、面積、比值）1地心說認(rèn)為地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的，太陽、月亮及
2、其他行星都繞地球運(yùn)動(dòng)；2日心說認(rèn)為太陽是靜止不動(dòng)的，地球和其他行星都繞太陽運(yùn)動(dòng)3丹麥開文學(xué)家開普勒信奉日心說，通過四年多的刻苦計(jì)算，最終發(fā)現(xiàn)了三個(gè)定律。第一定律：所有行星都在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)，太陽則處在這些橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上；第二定律：行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的過程中，與太陽的連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等；第三定律：所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等即 其中k是只與中心天體的質(zhì)量有關(guān)，與做圓周運(yùn)動(dòng)的天體的質(zhì)量無關(guān)。 開普勒行星運(yùn)動(dòng)的定律是在丹麥天文學(xué)家弟谷的大量觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上概括出的，給出了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。例1有兩個(gè)人造地球衛(wèi)星，它們繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑之比是1：2，則
3、它們繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期之比為 。例216世紀(jì)，哥白尼根據(jù)天文觀測(cè)的大量資料，經(jīng)過40多年的天文觀測(cè)和潛心研究，提出“日心說”的如下四個(gè)基本論點(diǎn)，這四個(gè)基本論點(diǎn)目前看存在缺陷的是 ()A宇宙的中心是太陽，所有的行星都在繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B地球是繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的行星，月球是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，它繞地球運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還跟地球一起繞太陽運(yùn)動(dòng)C天穹不轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)榈厍蛎刻熳晕飨驏|轉(zhuǎn)一周，造成天體每天東升西落的現(xiàn)象D與日地距離相比，恒星離地球都十分遙遠(yuǎn)，比日地間的距離大的多例3某行星沿橢圓軌道運(yùn)行，遠(yuǎn)日點(diǎn)離太陽的距離為a，近日點(diǎn)離太陽的距離為b，過遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)行星的速率為va，則過近日點(diǎn)時(shí)的速率為()例
4、4有一個(gè)名叫谷神的小行星，質(zhì)量為m1.00×1021 kg，它的軌道半徑是地球繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道半徑的2.77倍，求它繞太陽運(yùn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間例5關(guān)于“日心說”和“地心說”的一些說法中，正確的是()A地球是宇宙的中心，是靜止不動(dòng)的B“太陽從東方升起，在西方落下”，這說明太陽繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，地球是不動(dòng)的C如果認(rèn)為地球是不動(dòng)的(以地球?yàn)閰⒖枷?，行星運(yùn)動(dòng)的描述不僅復(fù)雜且問題很多D如果認(rèn)為太陽是不動(dòng)的(以太陽為參考系)，則地球和其他行星都在繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)二、萬有引力定律1內(nèi)容：宇宙間的一切物體都是相互吸引的，兩個(gè)物體間的引力大小跟它們的質(zhì)量成積成正比，跟它們的距離平方成反比，引力方向沿兩個(gè)物體的連
5、線方向。即： 叫做引力常量，它在數(shù)值上等于兩個(gè)質(zhì)量都是1kg的物體相距1m時(shí)的相互作用力，1798年由英國物理學(xué)家卡文迪許利用扭秤裝置測(cè)出。2萬有引力常量的測(cè)定卡文迪許扭秤。卡文迪許成為“能稱出地球質(zhì)量的人” 實(shí)驗(yàn)原理是力矩平衡。實(shí)驗(yàn)中的方法有力學(xué)放大和光學(xué)放大。3定律的適用條件：（）可看成質(zhì)點(diǎn)的兩物體間，r為兩個(gè)物體質(zhì)心間的距離。（）質(zhì)量分布均勻的兩球體間，r為兩個(gè)球體球心間的距離。（III）當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)。（IV）對(duì)于兩個(gè)不能看成質(zhì)點(diǎn)的物體間的萬有引力，不能直接用萬有引力公式求解注意：萬有引力定律把地面上的運(yùn)動(dòng)與天體運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，是自然界中最普遍的規(guī)律之一，式中
6、引力恒量G的物理意義是：G在數(shù)值上等于質(zhì)量均為1kg的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)相距1m時(shí)相互作用的萬有引力4地球自轉(zhuǎn)對(duì)地表物體重力的影響。重力是萬有引力產(chǎn)生的，由于地球的自轉(zhuǎn)，因而地球表面的物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)需要向心力重力實(shí)際上是萬有引力的一個(gè)分力，其方向與支持力N反向，應(yīng)豎直向下，而不是指向地心。另一個(gè)分力就是物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)需要的向心力，。由于緯度的變化，物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力F向不斷變化，因而表面物體的重力隨緯度的變化而變化，即重力加速度g隨緯度變化而變化，從赤道到兩極R逐漸減小，向心力減小，重力逐漸增大，相應(yīng)重力加速度g也逐漸增大。 在赤道處，物體的萬有引力分解為兩個(gè)分力F向和m2g剛好在一條直線上，則
7、有F引F向m2g，所以m2g=F一F向Gm2R自2 。物體在兩極時(shí)，其受力情況如圖丙所示，這時(shí)物體不再做圓周運(yùn)動(dòng)，沒有向心力，物體受到的萬有引力F引和支持力N是一對(duì)平衡力，此時(shí)物體的重力mgNF引。綜上所述重力大?。簝蓚€(gè)極點(diǎn)處最大，等于萬有引力；赤道上最小，其他地方介于兩者之間，但差別很小。重力方向：在赤道上和兩極點(diǎn)的時(shí)候指向地心，其地方都不指向地心，但與萬有引力的夾角很小。說明：由于地球自轉(zhuǎn)緩慢，物體需要的向心力很小，所以大量的近似計(jì)算中忽略了自轉(zhuǎn)的影響，在此基礎(chǔ)上就有：地球表面處物體所受到的地球引力近似等于其重力，即mg 三、萬有引力定律的應(yīng)用分析： 基本方法：衛(wèi)星或天體的運(yùn)動(dòng)看成勻速圓周
8、運(yùn)動(dòng)， F萬=F心(類似原子模型)方法：軌道上正常轉(zhuǎn)：地面附近：G= mg GM=gR2 (黃金代換式) 1、天體表面重力加速度問題通常的計(jì)算中因重力和萬有引力相差不大，而認(rèn)為兩者相等，即m2gG， g=GM/R2常用來計(jì)算星球表面重力加速度的大小，在地球的同一緯度處，g隨物體離地面高度的增大而減小，即gh=GM/（R+h）2，比較得gh=（）2·g例1：設(shè)兩天體表面重力加速度分別為g1、g2，兩天體半徑比為R1：R2=1:2、質(zhì)量比M1：M2=3：5，由此推得兩個(gè)不同天體表面重力加速度例2：設(shè)地球表面重力加速度為g0，物體在距離地心4R(R是地球的半徑)處，由于地球的作用而產(chǎn)生的加
9、速度為g，則g/g0為 ()A1B1/9 C1/4 D1/162、計(jì)算中心天體的質(zhì)量某星體m圍繞中心天體m中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，則：由得：例如：利用月球可以計(jì)算地球的質(zhì)量，利用地球可以計(jì)算太陽的質(zhì)量?？梢宰⒁獾剑涵h(huán)繞星體本身的質(zhì)量在此是無法計(jì)算的。例1：為了研究太陽演化進(jìn)程，需知道目前太陽的質(zhì)量M.已知地球半徑R6.4×106 m，地球質(zhì)量m6×1024 kg，日地中心的距離r1.5×1011 m，地球表面處的重力加速度g10 m/s2,1年約為3.2×107 s，試估算目前太陽的質(zhì)量M(保留一位有效數(shù)字，引力常量未知)例2：已
10、知引力常量G，地球半徑R，月球和地球之間的距離r，同步衛(wèi)星距地面的高度h，月球繞地球的運(yùn)轉(zhuǎn)周期T1，地球的自轉(zhuǎn)周期T2，地球表面的重力加速度g.某同學(xué)根據(jù)以上條件，提出一種估算地球質(zhì)量M的方法：:3、計(jì)算中心天體的密度=由上式可知，只要用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r及運(yùn)行周期T，就可以算出天體的質(zhì)量M若知道行星的半徑則可得行星的密度例1：天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)了太陽系外的一顆行星這顆行星的體積是地球的4.7倍，質(zhì)量是地球的25倍已知某一近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期約為1.4小時(shí)，引力常量G6.67×1011 N·m2/kg2，由此估算該行星的平均密度約為 ()A1.8×
11、103 kg/m3B5.6×103 kg/m3C1.1×104 kg/m3 D2.9×104kg/m34、發(fā)現(xiàn)未知天體用萬有引力去分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的星體的運(yùn)動(dòng)，可以知道在此星體附近是否有其他星體，例如：歷史上海王星是通過對(duì)天王星的運(yùn)動(dòng)軌跡分析發(fā)現(xiàn)的。冥王星是通過對(duì)海王星的運(yùn)動(dòng)軌跡分析發(fā)現(xiàn)的例1：如圖641為宇宙中一個(gè)恒星系的示意圖，A為該星系的一顆行星，它繞中央恒星O運(yùn)行軌道近似為圓，天文學(xué)家觀測(cè)得到A行星運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R0，周期為T0.長期觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，A行星實(shí)際運(yùn)動(dòng)的軌道與圓軌道總存在著一些偏離，且周期性地每隔t0時(shí)間發(fā)生一次最大的偏離，天文學(xué)家認(rèn)為形成這種現(xiàn)象的原
12、因可能是A行星外側(cè)還存在著一顆未知的行星B(假設(shè)其運(yùn)行軌道與A在同一平面內(nèi)，且與A的繞行方向相同)，它對(duì)A行星的萬有引力引起A軌道的偏離根據(jù)上述現(xiàn)象及假設(shè)，你能對(duì)未知行星B的運(yùn)動(dòng)得到哪些定量的預(yù)測(cè)鞏固訓(xùn)練：1.關(guān)于行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的下列說法中正確的是( )A所有行星都在同一橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)B所有行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等C離太陽越近的行星運(yùn)動(dòng)周期越大D行星繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)太陽位于行星軌道的中心處2一顆小行星環(huán)繞太陽作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑是地球公轉(zhuǎn)半徑的4倍，則它的環(huán)繞周期是A1年B2年C4年D8年3第一次通過實(shí)驗(yàn)比較準(zhǔn)確的測(cè)出引力常量的科學(xué)家是（ ）A牛頓 B伽利略
13、C胡克 D卡文迪許4下列事例中，不是由于萬有引力起決定作用的物理現(xiàn)象是（ ）A月亮總是在不停地繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)B地球周圍包圍著稠密的大氣層，它們不會(huì)散發(fā)到太空去C潮汐D把許多碎鉛塊壓緊，就成一塊鉛塊5在研究宇宙發(fā)展演變的理論中，有一種學(xué)說叫“宇宙膨脹說”，這種學(xué)說認(rèn)為萬有引力常量G在緩慢地減小根據(jù)這一理論，在很久很久以前，太陽系中地球的公轉(zhuǎn)情況與現(xiàn)在相比A公轉(zhuǎn)半徑R較大 B公轉(zhuǎn)周期T較小 C公轉(zhuǎn)速率v較大 D公轉(zhuǎn)角速度較小6假設(shè)地球自轉(zhuǎn)加快，則仍靜止在赤道附近的物體變大的物理量是（ ）A地球的萬有引力B自轉(zhuǎn)向心力C地面的支持力D重力7. 2002年四月下旬，天空中出現(xiàn)了水星、金星、火星、木星、土星
14、近乎直線排列的“五星連珠”的奇觀，這種現(xiàn)象的概率大約是幾百年一次。假設(shè)火星和木星繞太陽作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期分別是T1和T2，而且火星離太陽較近，它們繞太陽運(yùn)動(dòng)的軌道基本上在同一平面內(nèi)，若某一時(shí)刻火星和木星都在太陽的同一側(cè)，三者在一條直線上排列，那么再經(jīng)過多長的時(shí)間將第二次出現(xiàn)這種現(xiàn)象？（ ）ABCD8.探測(cè)器繞月球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，變軌后在周期較小的軌道上仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則變軌后與變軌前相比（ ）A.軌道半徑變小 B.向心加速度變小 C.線速度變小 D.角速度變小9根據(jù)開普勒關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)：太陽對(duì)行星的引力，行星對(duì)太陽的引力，其中M，m分別為太陽和行星的質(zhì)量，r為太陽和行星的
15、距離，下列說法正確的是（ ）A由和 知F：=m:M,B F和大小相等，是作用力與反作用力，C F和大小相等，是同一個(gè)力，D 太陽對(duì)行星的引力提供行星繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力10.牛頓以天體之間普遍存在著引力為依據(jù)，運(yùn)用嚴(yán)密的邏輯推理，建立了萬有引力定律。在創(chuàng)建萬有引力定律的過程中，牛頓 （ ）A接受了胡克等科學(xué)家關(guān)于“吸引力與兩中心距離的平方成反比”的猜想B根據(jù)地球上一切物體都以相同加速度下落的事實(shí)，得出物體受地球的引力與其質(zhì)量成正比，即Fµm的結(jié)論C根據(jù)Fµm和牛頓第三定律，分析了地月間的引力關(guān)系，進(jìn)而得出Fµm1m2D根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出了比例系數(shù)G的大小11
16、.據(jù)報(bào)道，“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”繞月飛行器的圓形軌道距月球表面分別約為200K和100Km，運(yùn)動(dòng)速率分別為v1和v2，那么v1和v2的比值為（月球半徑取1700Km） （ ）A. B. C, D. 12.大爆炸理論認(rèn)為，我們的宇宙起源于137億年前的一次大爆炸。除開始瞬間外，在演化至今的大部分時(shí)間內(nèi)，宇宙基本上是勻速膨脹的。上世紀(jì)末，對(duì)1A型超新星的觀測(cè)顯示，宇宙正在加速膨脹，面對(duì)這個(gè)出人意料的發(fā)現(xiàn)，宇宙學(xué)家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量組成，它們的排斥作用導(dǎo)致宇宙在近段天文時(shí)期內(nèi)開始加速膨脹。如果真是這樣，則標(biāo)志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡的關(guān)系，大致是下面哪個(gè)圖像 （
17、 ） 課堂小測(cè)：1、已知萬有引力恒量，在以下各組數(shù)椐中，根椐哪幾組可以測(cè)地球質(zhì)量（）地球繞太陽運(yùn)行的周期信太陽與地球的距離月球繞地球運(yùn)行的周期信月球離地球的距離地球半徑、地球自轉(zhuǎn)周期及同步衛(wèi)星高度地球半徑及地球表面的重力加速度A. B. C. D.2、火星與地球的質(zhì)量之比為P，半徑之比為q，則火星表面的重力加速度和地球表面的重力加速度之比為（）A. B. C. D.3、地球表面處的重力加速度為g，則在距地面高度等于地球半徑處的重力加速度為（）A. g B. g/2 C. g/4 D. 2g4、一名宇航員來到某星球上，如果該星球的質(zhì)量為地球的一半，它的直徑也為地球的一半，那么這名宇航員在該星球上
18、的重力是他在地球上重力的（）A. 4倍 B. 0.5倍 C. 0.25倍 D. 2倍5、關(guān)于地球的運(yùn)動(dòng),正確的說法有（）A. 對(duì)于自轉(zhuǎn),地表各點(diǎn)的線速度隨緯度增大而減小B. 對(duì)于自轉(zhuǎn),地表各點(diǎn)的角速度隨緯度增大而減小C. 對(duì)于自轉(zhuǎn),地表各點(diǎn)的向心加速度隨緯度增大而增大D. 公轉(zhuǎn)周期等于24小時(shí)6、已知金星繞太陽公轉(zhuǎn)的周期小于1年，則可判定（）金星到太陽的距離小于地球到太陽的距離金星的質(zhì)量大于地球的質(zhì)量金星的密度大于地球的密度金星的向心加速度大于地球的向心加速度A. B. C. D.7、人造地球衛(wèi)星所受的向心力與軌道半徑r的關(guān)系，下列說法中正確的是（）A. 由可知，向心力與r2成反比 B. 由可
19、知，向心力與r成反比C. 由可知，向心力與r成正比D. 由可知，向心力與r 無關(guān)8、關(guān)于人造地球衛(wèi)星及其中物體的超重和失重問題，下列說法正確的是（）在發(fā)射過程中向上加速時(shí)產(chǎn)生超重現(xiàn)象在降落過程中向下減速時(shí)產(chǎn)生失重現(xiàn)象進(jìn)入軌道時(shí)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生失重現(xiàn)象失重是由于地球?qū)πl(wèi)星內(nèi)物體的作用力減小而引起的A. B. C. D.9、設(shè)想人類開發(fā)月球，不斷把月球上的礦藏搬運(yùn)到地球上，假定經(jīng)過長時(shí)間開采后，地球仍可看作是均勻的球體，月球仍沿開采前的圓軌道運(yùn)動(dòng)，則與開采前相比 （ ）地球與月球間的萬有引力將變大； 地球與月球間的萬有引力將變?。辉虑蚶@地球運(yùn)動(dòng)的周期將變長； 月球繞地球的周期將變短。A. B.
20、 C. D.10、已知地球的質(zhì)量為M，萬有引力恒量為G，地球半徑為R，用以上各量表示在地球表面附近運(yùn)行的人造地球衛(wèi)星的第一宇宙速度V= 。11、已知地球表面重力加速度為g，地球半徑為R，萬有引力恒量為G，用各量表示地球的質(zhì)量M= 。12、某物體在地球表面上受到的重力為160 N；將它放置在衛(wèi)星中，在衛(wèi)星以加速度a=g/2隨火箭加速上升的過程中，當(dāng)物體與衛(wèi)星中的支持物的相互擠壓力為90 N，衛(wèi)星此時(shí)距地面的高度為 （已知地球的半徑R=6.4×103 km，取g=10 m/s2）【課后練習(xí)】1.為了估算一個(gè)天體的質(zhì)量，需要知道繞該天體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的另一星球（或衛(wèi)星）的條件是（ ）A.質(zhì)
21、量和運(yùn)行周期 B.運(yùn)轉(zhuǎn)周期和軌道半徑C.軌道半徑和環(huán)繞速度 D.環(huán)繞速度和運(yùn)轉(zhuǎn)周期2.已知地球的質(zhì)量為，月球的質(zhì)量為，月球繞地球的軌道半徑為，周期為，萬有引力常量為，則月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道處的重力加速度大小等于（ ）A. B. C. D.3.已知地球和火星的質(zhì)量比，半徑比，表面動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5，用一根繩在地球表面上水平拖一個(gè)箱子，箱子能獲得的最大加速度。將此箱子和繩子送上火星表面，仍用該繩子水平拖木箱，則木箱產(chǎn)生的最大加速度為多少？（地球表面的重力加速度為） （ ）A. B. C. D.4設(shè)地球表面的重力加速度為，物體在距離地心（是地球半徑）處，由于地球的作用產(chǎn)生的加速度為，則為（ ）A.1 B. C.1/4 D.1/165.地球半徑為，地球附近的重力加速度為，則在離地面高度為處的重力加速度是（ ）A. B. C. D. 6.假如地球自轉(zhuǎn)速度達(dá)到赤道上的物體“飄”起（即完全失重），那么估算一下，地球上一天等于多少？（地球半徑取，結(jié)果取兩位有效數(shù)字）。友情提示：部分文檔來自網(wǎng)絡(luò)整理，供您參考！文檔可復(fù)制、編制，期待您的好評(píng)與關(guān)注！10 / 10
開普勒定律萬有引力定律教案
