6.2太阳与行星之间的引力(教案).doc

南莫中学2012年高一物理导学案 万有引力与航天 策划：杨传龙 审核：徐平6.2 太阳与行星间的引力【教学目标】1知道行星绕太阳运动的原因，行星与太阳间存在着引力作用2知道行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源、方向、表达式3领会将不易测量的量进行转化的处理手段，【教学重、难点】1行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力来源、方向、表达式2运用牛顿运动定律解决动力学问题【课时分配】 1课时【教学设计】课前预学阅读课本内容，体验探究过程：1上一节从运动学的角度描述了行星运动的规律：开普勒三定律提出问题：从动力学的角度来看，行星为什么会做这样的运动？猜想与假设：简化模型：演绎与推理：2复习力、质量、速度、加速度、向心力、向心加速度等概念，完成天上与地上的联系，为推理打基础行星以太阳为圆心做匀速圆周运动需要_，这个力应该是来自于 ，设行星质量为m，线速度为v，行星到太阳的距离为r，则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力Fn_。若行星绕太阳运动的周期为T， 则v与T的关系是_，所以Fn还可以表示为_。 【预学疑难】 1 23.课内互动一、导入新课教师活动：1.上一节从运动学的角度描述了行星运动的规律：提问开普勒三定律的内容。2开普勒在1609和1619年发表了行星运动的三个定律，解决了描述行星运动的问题，但好奇的人们，面向天穹，深情地叩问：是什么力量支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？二、进行新课1从动力学的角度来看，行星为什么会做这样的运动？（1）设置情境：教师活动：用线拉小球作为道具,进一步体验曲线运动的受力要求同学回答：线的拉力提供向心力。（2）提供地球绕太阳运动的情景,假设未知数教师提示：从地上到宇宙，要改变任何物体的运动速度（包括改变速度的方向）都需要力，使行星烟圆或椭圆运动，需要指向圆心或椭圆焦点的力，这个力应该是来自于太阳的引力。 (3) 引导看书：伽俐略、胡克、哈雷等科学家研究太阳对行星引力所做出的贡献2行星受到的引力究竟跟哪些因素有关？（1）教师布置：结合第一个模型，若已知圆周运动周期为T， 定量推导拉力的大小。（2）讨论得出：向心力的来源 F向=F 从运动的角度 明确表达式中各物理量的含义： 既然是由引力提供向心力，那么引力就与m、r、T都有关系（3）方法指导：课本36页“问题与练习”第一题 关键是指导学生认识向心力（大小和方向）表示的两个常用途径，（4）对象过渡：行星在椭圆轨道上运动是否需要力？这个力是什么力提供的？这个力是多大？太阳对行星的引力，大小跟太阳与行星间的距离有什么关系吗？（5）结合学生的回答，联系天体的运行，课本36页“问题与练习”第二题，推导得到（6）师生总结：由上式可得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比。即：F教师提示：中比值k是一个与行星无关的恒量那么究竟与太阳有没有关系，什么关系呢？3太阳受到的引力（1）学生讨论：太阳受行星的引力作用吗? 为什么？猜想这个力与哪些因素有关？（2）教师小结：受到。根据牛顿第三定律两个引力的大小相等从另外一个角度看也应该跟太阳的质量M成正比。 教师设疑：这一点怎样从表达式中体现呢？（3）学生讨论：教师小结：开普勒定律中的常数与中心天体有关，所以引力的表达式就进一步的可表示成：F向Mm/r2，比例系数是一个固定的常数。 F引 三、典型例题月球与地球之间的引力规律与太阳和行星之间的引力规律相同。若已知月球的周期为T，月球的质量为m，月球离地的高度为h，地球半径为R，则月球受到地球的引力大小为F_；地球受月球的引力大小为F_引导：1从哪个角度表示，运动学还是动力学角度 2注意高度、星球半径、轨道半径的区别3牛顿第三定律的应用答案： 2地球对太阳的引力为F，他们之间的距离为r.如果地球与太阳的距离变为4r且仍能绕太阳公转，那么太阳对地球的引力F是F的几倍？那时地球上的一年（绕太阳公转一周的时间）相当于现在的几年？（设轨道近似为圆形）提示：表达式的正确选用答案：得 由，T1年，得T8年四、课堂小结 从天体运动运动的角度结合牛顿第三定律，推导出引力大小的关系。当然推导过程中始终在已有的观测结果和理论引导下进行推测和分析，引力表达式中的常量是多少，我们将在下一节中探究. 五、板书设计5.2 太阳和行星间的引力问题： 结论：太阳对行星的引力 与行星的质量m成正比，与太阳与行星间的距离的二次方成反比，即Fm/r2 行星对太阳的引力 与太阳的质量M成正比，与行星到太阳的距离r的二次方成反比，即FM/r2 太阳与行星间的引力 太阳与行星间的引力与太阳的质量，行星的质量成正比，与两者距离的二次方成反比，即FMm/r2 写成等式：F=GMm/r2 (1) G是比例系数，与行星与太阳均无关(2) 太阳与行星间的引力规律，也适用于地球和卫星间的引力(3) 该引力规律普遍适用于任何有质量的物体。六、随堂检测1地球的质量为M，地球的半径为R，物体的质量为m，关于物体与地球间的万有引力的说法，正确的是：( )A地球对物体的引力大于物体对地球的引力B物体距地面的高度为h时，物体与地球间的万有引力为F=C物体放在地心处，因r=0，所受引力无穷大D物体离地面的高度为R时，则引力为F=2已知月球绕地球做匀速圆周运动，地球对月球的引力为月球提供向心力，假如地球对月球的引力突然消失，则月球的运动情况如何？假如地球对月球的引力突然增大或减小，月球将如何运动？课后提升班级 姓名 学号 1关于公式k，下列说法中正确的是（ ）A公式只适用于围绕太阳运动的行星B公式只适用于太阳系中的行星和卫星C公式适用于宇宙中所有围绕星球运动的行星和卫星D公式也适用于人类发射的绕地球运动的卫星2行星之所以能绕太阳运行，是因为（ ）A行星运动时的惯性作用 B太阳是宇宙的控制中心，所有的星体都绕太阳旋转C太阳对行星有约束运动的引力作用 D行星对太阳有排斥力的作用3若行星的质量为m，运动速度为v，运动周期为T，可看作匀度圆周运动，轨道半径为r，角速度为，则行星运动需要的向心力为（ ） A. B.C.Fm2/r D.Fmv4把行星运动近似看作匀速圆周运动以后，开普勒第三定律可以写为T2kr3，则可推得（ ）A行星受太阳的引力为 B行星受太阳的引力都相同C行星受太阳的引力为D质量越大的行星受太阳的引力一定越小5行星对太阳的引力与太阳对行星的引力相比较（ ）A是一对大小相等方向相反的作用力与反作用力 B太阳吸引行星的力大，行星吸引太阳的力小C相互引力的大小与太阳和行星的质量的乘积成正比 D相互引力的作用使行星绕太阳转，太阳也绕行星转6.下列说法中正确的是（ ）A因为Fm2r，人造地球卫星轨道半径增大到2倍时，向心力将增大到2倍B因为，所以人造地球卫星轨道半径增大到2倍时，向心力将减小到原来的 C因为，所以人造地球卫星轨道半径增大到2倍时，向心力将减小到原来的 D仅知道卫星轨道半径变化，无法确定向心力的变化7地球的公转周期和公转轨道半径分别为T和R；月球的公转周期和公转轨道半径分别为t和r，则太阳的质量与地球的质量之比为（ ）A B C D8关于太阳与行星间引力的下列说法中正确的是（ ）A公式中G是引力常量，是人为规定的 B这一规律可适用于其他星体间的引力C太阳与行星间的引力是一对平衡力 D检验这一规律是否适用于其他天体的方法是比较观测结果与推理结果的吻合性9. 在用公式k时，某同学查表计算出行星绕太阳运转的，如果我们把k称为开普勒常量，当行星绕太阳运动时，称太阳为中心星球，月球绕地球运转时，称地球为中心星球，根据引力影响因素的分析（ ）A开普勒常量k是一个与行星无关的常量 B开普勒常量k是一个与中心星球质量无关的常量C开普勒常量k与中心星球质量成正比 D开普勒常量k 与中心星球质量成反比10我国1970年4月24日发射的第一颗人造地球卫星“东方红”1号，周期是114min。你认为还需要知道哪些条件，就可以推算出它的平均轨道半径？请说明已知条件，并列出相应的计算式.（引力常量G已知）答案：一课前预学