2019-2020年粵教版必修二第三章《萬有引力定律及其應(yīng)用》WORD教案01.doc
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2019-2020年粵教版必修二第三章《萬有引力定律及其應(yīng)用》WORD教案01.doc
新人教版高中物理必修二 同步教案第六章 2019-2020年粵教版必修二第三章萬有引力定律及其應(yīng)用WORD教案01新課標要求1、理解萬有引力定律的內(nèi)容和公式。2、掌握萬有引力定律的適用條件。3、了解萬有引力的“三性”,即:普遍性相互性 宏觀性4、掌握對天體運動的分析。復(fù)習(xí)重點萬有引力定律在天體運動問題中的應(yīng)用教學(xué)難點宇宙速度、人造衛(wèi)星的運動教學(xué)方法:復(fù)習(xí)提問、講練結(jié)合。教學(xué)過程周期定律開普勒行星運動定律 定律軌道定律面積定律發(fā)現(xiàn)萬有引力定律 表述 G的測定天體質(zhì)量的計算發(fā)現(xiàn)未知天體人造衛(wèi)星、宇宙速度應(yīng)用萬有引力定律(一)投影全章知識脈絡(luò),構(gòu)建知識體系(二)本章要點綜述1、開普勒行星運動定律第一定律:所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在橢圓的一個焦點上。第二定律:對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過相等的面積。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:比值k是一個與行星無關(guān)的常量。2、萬有引力定律(1)開普勒對行星運動規(guī)律的描述(開普勒定律)為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。(2)萬有引力定律公式:,(3)萬有引力定律適用于一切物體,但用公式計算時,注意有一定的適用條件。3、萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用。(1)基本方法:把天體的運動看成勻速圓周運動,其所需向心力由萬有引力提供:在忽略天體自轉(zhuǎn)影響時,天體表面的重力加速度:,R為天體半徑。(2)天體質(zhì)量,密度的估算。測出環(huán)繞天體作勻速圓周運動的半徑r,周期為T,由得被環(huán)繞天體的質(zhì)量為,密度為,R為被環(huán)繞天體的半徑。當環(huán)繞天體在被環(huán)繞天體的表面運行時,rR,則。(3)環(huán)繞天體的繞行速度,角速度、周期與半徑的關(guān)系。由得r越大,v越小由得r越大,越小由得r越大,T越大(4)三種宇宙速度第一宇宙速度(地面附近的環(huán)繞速度):v1=7.9km/s,人造衛(wèi)星在地面附近環(huán)繞地球作勻速圓周運動的速度。第二宇宙速度(地面附近的逃逸速度):v2=11.2km/s,使物體掙脫地球束縛,在地面附近的最小發(fā)射速度。第三宇宙速度:v3=16.7km/s,使物體掙脫太陽引力束縛,在地面附近的最小發(fā)射速度。(三)本章專題剖析1、測天體的質(zhì)量及密度:(萬有引力全部提供向心力)由 得又 得【例1】繼神秘的火星之后,今年土星也成了全世界關(guān)注的焦點!經(jīng)過近7年35.2億公里在太空中風塵仆仆的穿行后,美航空航天局和歐航空航天局合作研究的“卡西尼”號土星探測器于美國東部時間6月30日(北京時間7月1日)抵達預(yù)定軌道,開始“拜訪”土星及其衛(wèi)星家族。這是人類首次針對土星及其31顆已知衛(wèi)星最詳盡的探測!若“卡西尼”號探測器進入繞土星飛行的軌道,在半徑為R的土星上空離土星表面高的圓形軌道上繞土星飛行,環(huán)繞周飛行時間為。試計算土星的質(zhì)量和平均密度。解析:設(shè)“卡西尼”號的質(zhì)量為m,土星的質(zhì)量為M. “卡西尼”號圍繞土星的中心做勻速圓周運動,其向心力由萬有引力提供.,其中,所以:又, 2、行星表面重力加速度、軌道重力加速度問題:(重力近似等于萬有引力)表面重力加速度:軌道重力加速度:【例2】一衛(wèi)星繞某行星做勻速圓周運動,已知行星表面的重力加速度為g0,行星的質(zhì)量M與衛(wèi)星的質(zhì)量m之比M/m=81,行星的半徑R0與衛(wèi)星的半徑R之比R0/R3.6,行星與衛(wèi)星之間的距離r與行星的半徑R0之比r/R060。設(shè)衛(wèi)星表面的重力加速度為g,則在衛(wèi)星表面有 經(jīng)過計算得出:衛(wèi)星表面的重力加速度為行星表面的重力加速度的1/3600。上述結(jié)果是否正確?若正確,列式證明;若有錯誤,求出正確結(jié)果。解析:題中所列關(guān)于g的表達式并不是衛(wèi)星表面的重力加速度,而是衛(wèi)星繞行星做勻速圓周運動的向心加速度。正確的解法是衛(wèi)星表面g 行星表面=g0 即=P123Q即g =0.16g0。3、人造衛(wèi)星、宇宙速度:宇宙速度:(弄清第一宇宙速度與衛(wèi)星發(fā)射速度的區(qū)別)【例3】將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1(如圖所示),然后再次點火,將衛(wèi)星送入同步軌道3。軌道1、2相切于Q點,2、3相切于P點,則當衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運行時,以下說法正確的是:A衛(wèi)星在軌道3上的速率大于軌道1上的速率。B衛(wèi)星在軌道3上的角速度大于在軌道1上的角速度。C衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過Q點時的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過Q點時的加速度。D衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過P點的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過P點時的加速度。解:由得,而,軌道3的半徑比1的大,故A錯B對,“相切”隱含著切點彎曲程度相同,即衛(wèi)星在切點時兩軌道瞬時運行半徑相同,又,故C錯D對。4、雙星問題:【例4】兩個星球組成雙星,它們在相互之間的萬有引力作用下,繞連線上某點做周期相同的勻速圓周運動。現(xiàn)測得兩星中心距離為R,其運動周期為T,求兩星的總質(zhì)量。解析:設(shè)兩星質(zhì)量分別為M1和M2,都繞連線上O點作周期為T的圓周運動,星球1和星球2到O的距離分別為l1和l2。由萬有引力定律和牛頓第二定律及幾何條件可得對M1:GM1()2 l1M2對M2:GM2()2 l2M1兩式相加得M1M2(l1l2)。5、有關(guān)航天問題的分析:【例5】無人飛船“神州二號”曾在離地高度為H3. 4105m的圓軌道上運行了47小時。求在這段時間內(nèi)它繞行地球多少圈?(地球半徑R=6.37106m,重力加速度g9.8m/s2)解析:用r表示飛船圓軌道半徑r=H+ R=6. 71106m 。M表示地球質(zhì)量,m表示飛船質(zhì)量,表示飛船繞地球運行的角速度,G表示萬有引力常數(shù)。由萬有引力定律和牛頓定律得利用G g得2由于,T表示周期。解得T,又n=代入數(shù)值解得繞行圈數(shù)為n=31。(四)針對訓(xùn)練1利用下列哪組數(shù)據(jù),可以計算出地球質(zhì)量:( )A已知地球半徑和地面重力加速度B已知衛(wèi)星繞地球作勻速圓周運動的軌道半徑和周期C已知月球繞地球作勻速圓周運動的周期和月球質(zhì)量D已知同步衛(wèi)星離地面高度和地球自轉(zhuǎn)周期2“探路者”號宇宙飛船在宇宙深處飛行過程中,發(fā)現(xiàn)A、B兩顆天體各有一顆靠近表面飛行的衛(wèi)星,并測得兩顆衛(wèi)星的周期相等,以下判斷錯誤的是A天體A、B表面的重力加速度與它們的半徑成正比B兩顆衛(wèi)星的線速度一定相等C天體A、B的質(zhì)量可能相等D天體A、B的密度一定相等3已知某天體的第一宇宙速度為8 km/s,則高度為該天體半徑的宇宙飛船的運行速度為A2km/s B4 km/sC4 km/s D8 km/s42002年12月30日凌晨,我國的“神舟”四號飛船在酒泉載人航天發(fā)射場發(fā)射升空,按預(yù)定計劃在太空飛行了6天零18個小時,環(huán)繞地球108圈后,在內(nèi)蒙古中部地區(qū)準確著陸,圓滿完成了空間科學(xué)和技術(shù)試驗任務(wù),為最終實現(xiàn)載人飛行奠定了堅實基礎(chǔ).若地球的質(zhì)量、半徑和引力常量G均已知,根據(jù)以上數(shù)據(jù)可估算出“神舟”四號飛船的A.離地高度 B.環(huán)繞速度C.發(fā)射速度 D.所受的向心力5(1998年全國卷)宇航員站在某一星球表面上的某高處,沿水平方向拋出一小球。經(jīng)過時間t,小球落到星球表面,測得拋出點與落地點之間的距離為L。若拋出時的初速度增大到2倍,則拋出點與落地點之間的距離為L。已知兩落地點在同一水平面上,該星球的半徑為R,萬有引力常數(shù)為G。求該星球的質(zhì)量M。6(2004年全國理綜第23題,16分)在勇氣號火星探測器著陸的最后階段,著陸器降落到火星表面上,再經(jīng)過多次彈跳才停下來。假設(shè)著陸器第一次落到火星表面彈起后,到達最高點時高度為h,速度方向是水平的,速度大小為v0,求它第二次落到火星表面時速度的大小,計算時不計火星大氣阻力。已知火星的一個衛(wèi)星的圓軌道的半徑為r,周期為T。火星可視為半徑為r0的均勻球體。參考答案:1A B 2B 3C 4AB 5解析:設(shè)拋出點的高度為h,第一次平拋的水平射程為x,則有x+y=L (1)由平拋運動的規(guī)律得知,當初速度增大到2倍,其水平射程也增大到2x,可得(2x)+h=(L) (2)由以上兩式解得h= (3)設(shè)該星球上的重力加速度為g,由平拋運動的規(guī)律得h=gt (4)由萬有引力定律與牛頓第二定律得(式中m為小球的質(zhì)量) (5)聯(lián)立以上各式得:。點評:顯然,在本題的求解過程中,必須將自己置身于該星球上,其實最簡單的辦法是把地球當作該星球是很容易身臨其境的了。6以g表示火星表面附近的重力加速度,M表示火星的質(zhì)量,m表示火星的衛(wèi)星的質(zhì)量,m表示火星表面出某一物體的質(zhì)量,由萬有引力定律和牛頓第二定律,有 設(shè)v表示著陸器第二次落到火星表面時的速度,它的豎直分量為v1,水平分量仍為v0,有 由以上各式解得