鲁科版必修2 万有引力定律的应用 第1课时 教案.doc

第2节万有引力定律的应用教学目标一、知识与技能1.通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力；2.初步了解人造卫星的发射、运行等状况，建立正确的物理模型图景；3.能应用万有引力定律解决天体问题；4.通过万有引力定律计算天体的质量、天体的密度、天体的重力加速度、天体运行的速度等.二、过程与方法1.通过万有引力定律在天文学上的应用使学生能熟练地掌握万有引力定律；2.通过学习万有引力定律在天文学上的应用了解航天事业的发展.三、情感态度与价值观：通过学习万有引力定律在天文学上的应用，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情.教学重点1.人造卫星、月球绕地球的运动、行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的，第一宇宙速度的计算；2.会用已知条件求中心天体的质量.教学难点根据已有条件求中心天体的质量.教具准备多媒体设备一套.教学过程：导入新课教师提问：卡文迪许实验测万有引力常量的原理是什么？学生回答：利用引力矩与金属丝的扭转力矩的平衡来求得.教师提问：万有引力常量的测出的物理意义是什么？学生回答：使万有引力定律有了其实际意义，可以求得地球的质量等.推进新课万有引力常量一经测出，万有引力定律对天文学的发展起了很大的推动作用，这节课我们来学习万有引力定律在天文学上的应用.学生阅读有关内容教师提问：行星绕太阳运动的向心力是什么？学生回答：太阳对行星的万有引力提供向心力.教师提问：如果我们知道某个行星与太阳之间的距离是r,t是行星公转的周期，列一下方程,能否求出太阳的质量m呢？学生回答：设行星的质量为m.根据万有引力提供行星绕太阳运动的向心力有：即有，得.由开普勒第三定律，绕太阳做圆周运动的行星都有=常数.所以太阳的质量m也是定值，和行星的轨道半径及周期无关.老师总结：应用万有引力定律计算天体质量的基本思路是：根据行星（或卫星）运动的情况，求出行星（或卫星）的向心力，而f向=f万有引力.根据这个关系列方程即可.一、人造卫星上天如果卫星绕地球运行的轨道可视为圆形，并且卫星距地面的高度远小于地球半径，则卫星轨道半径可近似为地球半径r=6.38106 m，这时卫星所受地球的引力与卫星做圆周运动所需的向心力相等.假设卫星质量为m，地球质量为m，根据向心力公式有：，=7.9 km/s.人们称7.9 km/s为第一宇宙速度，也称环绕速度.当卫星具有第一宇宙速度时，围绕地球运动的轨道是圆形.如果人造地球卫星运行速度大于7.9 km/s，它将沿椭圆轨道围绕地球运行，甚至会摆脱地球引力，远离地球而去.通过计算知道，人造卫星脱离地球引力所需的速度为11.2 km/s，人们称11.2 km/s为第二宇宙速度，也称脱离速度.脱离地球吸引力的人造卫星还受到太阳引力的作用，相当于“人造行星”.当其速度达到16.7 km/s时，就会挣脱太阳引力束缚飞出太阳系，人们称16.7 km/s为第三宇宙速度，也称逃逸速度.二、预测未知天体万有引力对研究天体运动有着重要的意义.海王星、冥王星就是这样发现的.已知中心天体的质量及绕其运动的行星的运动情况，在太阳系中，行星绕太阳运动的半径r为多少呢？学生推导：根据,可得代入已知数据即可得到轨道半径.三、巩固练习1.根据观察，在土星外层有一个环，为了判断是土星的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度v与该层到土星中心的距离r之间的关系.下列判断正确的是 （ad）a.若v与r成正比，则环是连续物b.若v2与r成正比，则环是小卫星群c.若v与r成反比，则环是连续物d.若v2与r成反比，则环是小卫星群2.已知地球的半径为r，地面的重力加速度为g，引力常量为g，如果不考虑地球自转的影响，那么地球的平均密度的表达式为_3g/4gr _.3.某人在某一星球上以速度v竖直上抛一物体，经时间t落回抛出点，已知该星球的半径为r，若要在该星球上发射一颗靠近该星运转的人造星体，则该人造星体的速度大小为多少？4.一艘宇宙飞船绕一个不知名的、半径为r的行星表面飞行，环绕一周飞行时间为t.求该行星的质量和平均密度.参考答案:3.解：星球表面的重力加速度人造星体靠近该星球运转时： (m:星球质量.m:人造星体质量)所以.4.解：设宇宙飞船的质量为m，行星的质量为m.宇宙飞船围绕行星的中心做匀速圆周运动，有： 所以又所以.课堂小结本节课的主要内容为：一、人造