20172018学年高中物理必修2教案全集(33份)人教课标版30(下载资料)

．万有引力理论的成就三维目标知识与技术．认识地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系，计算地球质量；．行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量；．认识万有引力定律在天文学上有重要应用。过程与方法．培育学生依据数据剖析找到事物的主要要素和次要要素的一般过程和方法；．培育学生依据事件的之间相像性采纳类比方法剖析新问题的能力与方法；．培育学生概括总结成立模型的能力与方法。感情态度与价值观．培育学生仔细禁止的科学态度和勇敢研究的心理质量；．领会物理学规律的简短性和普适性，领会物理学的优美。教课要点．地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。．经过数据剖析、类比思想、概括总结成立模型来加深理解。教课难点依据已有条件求中心天体的质量。教课方法教师启迪、指引，学生自主阅读、思虑，议论、沟通学习成就。教具准备多媒体课件教课过程［新课导入］天体之间的作使劲主假如万有引力，引力常量的测出使万有引力定律有了实质意义，万有引力定律对天文学的发展起了很大的推进作用，揭露了天体运动的规律。这节课我们将举例来学习万有引力定律在天文学上的应用。［新课教课］一、“科学真是迷人”地球的质量是多少？这不行能用天平称量，可是能够经过万有引力定律来“称量”。若不考虑地球自转的影响，地面上质量为的物体所受的重力等于地球对物体的引力，即mMmg=GR2式中是地球的质量，是地球的半径，也就是物体到地心的距离。由此获取＝2g（黄金代换式）gR2M=G地面的重力加快度和地球半径在卡文迪许以前就已知道，一旦测得引力常量，就能够算出地球的质量。卡文迪许把他自己的实验说成是“称量地球的重量”，是不无道理的。在实验室里丈量几个铅球之间的作使劲，就能够称量地球，这不可以不说是一个科学奇观。难怪一位门外汉、有名文学家马克·吐温满怀激情地说：“科学真是迷人。依据零星的事实，增加一点猜想，竟能博得那么多收获！”二、计算天体的质量．中心天体质量计算的公式应用万有引力定律还能够计算太阳等中心天体的质量。思虑这个问题的出发点是：行星或卫星绕中心天体做匀速圆周运动的向心力是由它们之间的万有引力供给的，由此能够列出方程，从中解出中心天体的质量。设是太阳的质量，是某个行星的质量，是行星与太阳之间的距离，ω是行星公转的角速度。依据万有引力供给行星绕太阳运动的向心力，有：＝GMm=ma=m2r=mv2=mr42=mvr2rT2行星的质量在方程双侧被消去，因此只好求出中心天体的质量。将万有引力和右边向心加快度的不一样表达式联立，获取中心天体质量的计算公式为M=r2a=r322=42r3=r2v=rvGGGGT2G测出行星的公转周期和它与太阳的距离等，就能够算出太阳的质量。依据已知条件的不一样，应选择不一样的计算公式来计算中心天体的质量。对同一此中心天体，是一个定值。因此r3=GM=kT242即在开普勒第三定律中，是由中心天体质量决定的常量。相同的道理，假如已知卫星绕行星运动的周期和卫星与行星之间的距离，也能够算出行星的质量。当前，观察人造卫星的运动，是丈量地球质量的重要方法之一。【讲堂练习】地球质量的计算已知月球到地球的球心距离为＝×108m，月亮绕地球运转的周期为天，求地球的质量。解：月球绕地球运转的向心力，由月地间的万有引力供给，即有：Mm=mr(2)2＝G2rT42创34(3.14)2创83得：M地r(410)2kg=5.89?1024kg=GT2=创-11(30创3600)6.671024太阳质量和地球质量的数目级希望同学们能记着，在此后判断相关问题时可使用。．天体均匀密度的计算利用围绕中心天体表面运转的行星或卫星，能够计算中心天体的平均密度。设中心天体的半径为，均匀密度为ρ，中心天体表面的重力加速度为。行星或卫星的质量为，轨道半径为，线速度为，角速度为ω，为行＝星或卫星的周期。当行星或卫星围绕中心天体表面运转时，轨道半径近似以为与中心天体的半径相等。依据万有引力供给向心力有F=G(4R3/3)m=ma=mg=mv2=mR2=mR(2)2=mvR2RT由上式可得中心天体均匀密度的计算公式为ρ=43a=3g=3v2=3ω2=3π=3vωπRG44πR2G4πGGT24πRGπRG由上式还可获取一个实用的结论：对围绕任何中心天体表面的行星或卫星，有ρT2=3π是一个普适常量。G．星球表面邻近的重力加快度（）重力及重力加快度与纬度的关系因为地球的自转，地面上物体将随处球一同做匀速圆周运动。地球对地面物体的万有引力的一个分力供给物体做圆周运动的向心力，另一个分力表现为物的重力。因此除赤道和两极外，物体的重力其实不严格指向地球的球同一物体的重力在赤道地点最小，两极处最大。致使赤道地点的重

体心。力加快度最小，随纬度地点的增加而渐渐增大，两极处最大。①在两极地点：G1GMmR2②在赤道地点：G2GMmmRω2R2（）重力加快度与高度的关系设中心天体的质量为，半径为。距星体表面高度为处有一质量为的物体。物体在该处的重力等于星体对它的万有引力，该处的重力加快度为＇，则MmFG(Rh)2mg＝＋GMg(Rh)2GM当＝，物体在星球表面时，g。2R由此可知：物体在地球表面处的重力加快度，一方面与纬度地点相关，另一方面还与高度相关。三、发现未知天体到了世纪，人们已经知道太阳系有颗行星，此中年发现的第七个行星──天王星的运动轨道有些“怪异”：依据万有引力定律计算出来的轨道与实质观察的结果总有一些误差。有人据此以为万有引力定律的正确性有问题。但另一些人则推断，在天王星轨道外面还有一颗未发现的行星，它对天王星的吸引使其轨道产生了偏离。究竟谁是谁非呢？有人问李政道教授，在他做学生时，刚一接触物理学，什么东西给他的印象最深？他绝不狐疑地回答，是物理学法例的普适性深深地感动了他。物理学基本规律的简短性和普适性，令人充分领会了它的优美，激励着一代又一代科学家以无穷热忱献身于对科学规律的研究。英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年青的天文喜好者勒维耶相信未知行星的存在。他们依据天王星的观察资料，各自独立地利用万有引力定律计算出这颗“新”行星的轨道。1846年9月23日晚，德国的伽勒在勒维耶预知的地点邻近发现了这颗行星，人们称其为“笔尖下发现的行星”。此后，这颗行星命名为海王星。用近似的方法，人们又发现了太阳系外的其余天体。年英国天文学家哈雷依据万有引力定律计算了一颗有名彗星的轨道并正确预知了它的回归。海王星的发现和哈雷彗星的“准时回归”最后确定了万有引力定律的地位，也成为科学史上的嘉话。诺贝尔物理学奖获取者，物理学家冯·劳厄说：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，这样有力地建立起人们对年青的物理学的敬爱。此后此后，这门自然科学成了巨大的精神王国”海王星的轨道以外残余着太阳系形成早期遗留的物质，最近几年来，人们在这里发现了冥王星、卡戎等几个较大的天体。可是，距离遥远，太阳的光辉抵达那边已经太轻微了，从地球上很难看出终究。只管这样，黑暗严寒的太阳系边沿依旧牵动着人们的心，找寻工作素来没有停止过。［小结］这节课我们主要掌握的知识点是万有引力定律在天文学中的应用，解题时往常依据万有引力供给向心力、地面（或某星球表面）物体的重力等于万有引力来成立关系式。经过本节的学习，我们一方面应用了万有引力，另一方面认识了万有引力定律在天文学中拥有的重要意义。天体运动问题有行星或卫星绕着中心天体作匀速圆周运动，分为行星绕恒星与卫星绕行星两种种类。基本思路是依据行星（或卫星）运动的状况，求出行星（或卫星）的向心加快度，而向心力是由万有引力供给的，这样，列出方程即可求得中心天体（太阳或行星）的质量。由此可知，计算中心天体质量的思路只有一条：万有引力供给向心力，联合向心力公式计算。［部署作业］教材第页“问题与练习”板书设计：．万有引力理论的成就一、“科学真是迷人”mMmg=GR2gR2M=G二、计算天体的质量．中心天体质量计算的公式设是太阳的质量，是某个行星的质量，是行星与太阳之间的距离，ω是行星公转的角速度。依据万有引力供给行星绕太阳运动的向心力，有：＝GMm2=ma=m2r=mv242=mr2=mvrrTr2ar32242r3r2vrvM====GT2=GGGG．天体均匀密度的计算设中心天体的半径为，均匀密度为ρ，中心天体表面的重力加为。行星或卫星的质量为，轨道半径为，线速度为，角速度为ω，星或卫星的周期。当行星或卫星围绕中心天体表面运转时，轨道半似以为与中心天体的半径相等。依据万有引力供给向心力有F=G(4R3/3)m=ma=mg=mv2=mR2=mR(2)2=mvR2RT由上式可得中心天体均匀密度的计算公式为