2019-2020年高中物理《太陽與行星間的引力》導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修2.doc
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2019-2020年高中物理《太陽與行星間的引力》導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修2 【課題】:太陽與行星間的引力 【課型】問題生成解決拓展課 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.理解太陽與行星間引力的存在 2.能根據(jù)開普勒行星運(yùn)動定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出太陽與行星間的引力表達(dá)式 3.了解萬有引力定律得出的思路和過程,理解萬有引力定律的含義,掌握萬有引力定律的公式; 4.知道任何物體間都存在著萬有引力,且遵循相同的規(guī)律。 【重點(diǎn)】1、太陽與行星間引力的理解 2、科學(xué)精神、科學(xué)思想方法的培養(yǎng) 【難點(diǎn)】1、對太陽與行星間引力的推導(dǎo) 2、據(jù)學(xué)生認(rèn)知情況確定探究點(diǎn) 【自主導(dǎo)學(xué)】 古人對行星運(yùn)動的認(rèn)識? 1.太陽對行星的引力 (1)行星繞太陽做近似勻速圓周運(yùn)動時,需要的向心力由__________提供的。 (2)向心力的基本公式_______________。 (3)周期表示的向心力公式______________。 (4)代入開普勒第三定律后的表達(dá)式為____________________。 (5)太陽對行星的引力與__________成正比,與__________成反比;對任何行星都成立的關(guān)系式應(yīng)為__________。 2.行星對太陽的引力 根據(jù)牛頓第三定律,可知太陽吸引行星的同時,行星也吸引太陽,由此可得行星吸引太陽的力的表達(dá)式應(yīng)為__________。 3.太陽與行星間的吸引力 概括太陽與行星間的相互引力大小可知,太陽與行星間的引力的大小與__________、__________成正比,與__________成反比,即表達(dá)式為__________,相互引力的方向沿著__________。 【例題精析】 例1 關(guān)于太陽對行星的引力,下列說法中正確的是( ) A.太陽對行星的引力提供行星做勻速圓周運(yùn)動的向心力,因此有,由此可知,太陽對行星的引力F引與太陽到行星的距離r成反比 B.太陽對行星的引力提供行星繞太陽運(yùn)動的向心力,因此有,由此可知,太陽對行星的引力F引與行星運(yùn)動速度平方成正比 C.太陽對不同行星的引力,與行星的質(zhì)量成正比,與行星和太陽間的距離的二次方成反比 D.以上說法均不對 例2:證明開普勒第三定律中,各行星繞太陽公轉(zhuǎn)周期的平方與公轉(zhuǎn)軌道半徑的三次方的比值k是與太陽質(zhì)量有關(guān)的恒量。 拓展:在解決有關(guān)行星運(yùn)動問題時,常常用到這樣的思路:將行星的運(yùn)動近似看作勻速圓周運(yùn)動,而勻速圓周運(yùn)動的向心力則由太陽對行星的引力提供。研究其它天體運(yùn)動也同樣可以用這個思路,只是天體運(yùn)動的向心力由處在圓心處的天體對它的引力提供。 【夯實(shí)基礎(chǔ)】 1.下面關(guān)于太陽對行星的引力說法中正確的是( ) A.太陽對行星的引力等于行星做勻速圓周運(yùn)動的向心力 B.太陽對行星的引力大小與行星的質(zhì)量成正比,與行星和太陽間的距離成反比 C.太陽對行星的引力是由實(shí)驗(yàn)得出的 D.太陽對行星的引力規(guī)律是由開普勒行星運(yùn)行定律和行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的規(guī)律推導(dǎo)出來的 2.下列關(guān)于行星對太陽的引力的說法中正確的是( ) A.行星對太陽的引力與太陽對行星的引力是同一性質(zhì)的力 B.行星對太陽的引力與太陽的質(zhì)量成正比,與行星的質(zhì)量無關(guān) C.太陽對行星的引力大于行星對太陽的引力 D.行星對太陽的引力大小與太陽的質(zhì)量成正比,與行星距太陽的距離成反比 3.下列說法正確的是( ) A.在探究太陽對行星的引力規(guī)律時,我們引用了公式,這個關(guān)系式實(shí)際上是牛頓第二定律,是可以在實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證的 B.在探究太陽對行星的引力規(guī)律時,我們引用了公式,這個關(guān)系式實(shí)際上是勻速圓周運(yùn)動的一個公式,它是由速度的定義式得來的 C.在探究太陽對行星的引力規(guī)律時,我們引用了公式,這個關(guān)系式是開普勒第三定律,是可以在實(shí)驗(yàn)室中得到證明的 D.在探究太陽對行星的引力規(guī)律時,使用的三個公式,都是可以在實(shí)驗(yàn)室中得到證明的 4. 把行星運(yùn)動近似看作勻速圓周運(yùn)動以后,開普勒第三定律可寫為T2=kr3,則可推得( ) A.行星受太陽的引力為 B.行星受太陽的引力都相同 C.行星受太陽的引力 D.質(zhì)量越大的行星受太陽的引力一定越大 5.關(guān)于太陽與行星間的引力,下列說法中正確的是( ) A.太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是一對平衡力 B.太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是作用力與反作用力的關(guān)系 C.太陽與行星間的引力大小與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比,與兩者的距離的平方成反比 D.以上說法均不對 6.根據(jù)開普勒定律,我們可以推出的正確結(jié)論有( ) A.人造地球衛(wèi)星的軌道都是橢圓,地球在橢圓的一個焦點(diǎn)上 B.衛(wèi)星離地球越遠(yuǎn),速率越小 C.衛(wèi)星離地球越遠(yuǎn),周期越大 D.同一衛(wèi)星繞不同的行星運(yùn)行,的值都相同 【知能提升】 1.有一星球的密度與地球的密度相同,但它表面處的重力加速度是地面上重力加速度的4倍,則該星球的質(zhì)量將是地球質(zhì)量的( ) A.1/4 B. 4倍 C. 16倍 D. 64倍。 2.對于太陽與行星間引力的表述式,下面說法中正確的是( ) A. 公式中G為引力常量,它是人為規(guī)定的 B. 當(dāng)r趨近于零時,太陽與行星間的引力趨于無窮大 C. 太陽與行星受到的引力總是大小相等的、方向相反,是一對平衡力 D. 太陽與行星受到的引力總是大小相等的、方向相反,是一對作用力與反作用力 3.關(guān)于太陽與行星間的引力,下列說法正確的是( ) A.神圣和永恒的天體的勻速圓周運(yùn)動無需要原因,因?yàn)閳A周運(yùn)動是最美的。 B.行星繞太陽旋轉(zhuǎn)的向心力來自太陽對行星的引力 C.牛頓認(rèn)為物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變的原因是受到力的作用。行星圍繞太陽運(yùn)動,一定受到了力的作用。 D.牛頓把地面上的動力學(xué)關(guān)系應(yīng)用到天體間的相互作用,推導(dǎo)出了太陽與行星間的引力關(guān)系 4.在宇宙發(fā)展演化的理論中,有一種學(xué)說叫“宇宙膨脹說”,就是天體的距離在不斷增大,根據(jù)這理論,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)半徑較大 B.公轉(zhuǎn)周期較小 C.公轉(zhuǎn)速率較大 D.公轉(zhuǎn)角速度較小 5.若火星和地球都繞太陽做勻速圓周運(yùn)動,今知道地球的質(zhì)量、公轉(zhuǎn)的周期和地球與太陽之間的距離,今又測得火星繞太陽運(yùn)動的周期,則由上述已知量可求出( ) A.火星的質(zhì)量 B.火星與太陽間的距離 C.火星的加速度大小 D.火星做勻速圓周運(yùn)動的速度大小 6.假設(shè)地球與月球間的引力與地球表面物體受到的重力是同種性質(zhì)的力,即力的大小與距離的二次方成反比。已知月心和地心的距離是地球半徑的60倍,地球表面的重力加速度為9.8m/s2,試計(jì)算月球繞地球做圓周運(yùn)動的向心加速度。 【出類拔萃】 1.假設(shè)某星球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的9倍,半徑約為地球的一半。若地球上近地衛(wèi)星的周期為84分鐘. 則該星球上的近地衛(wèi)星的周期是多少? 2.如果牛頓推導(dǎo)的太陽與行星間引力的表達(dá)式中,引力的大小與其距離的n次方(n≠2)成反比,各行星的周期與其軌道半徑的二次方成正比,則n的值是多大? 3.飛船以a=g/2的加速度勻加速上升,由于超重現(xiàn)象,用彈簧秤測得質(zhì)量為10 kg的物體重量為75 N.由此可知,飛船所處位置距地面高度為多大?(地球半徑為6400 km, g=10 m/s2) 4.兩顆靠得很近的恒星,必須各以一定的速率繞它們連線上某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動,才不至于由于萬有引力的作用而將它們吸引到一起.已知這兩顆恒星的質(zhì)量為m1、m2,相距L,求這兩顆恒星的轉(zhuǎn)動周期. 參考答案 例1解析: 這是一道研究太陽對行星引力大小與什么量有關(guān)的問題,解決此問題時應(yīng)找出各量的關(guān)系,通過推導(dǎo)得到最后表達(dá)式,才能得到正確的結(jié)論。 由向心力表達(dá)式F=mv2/r和v與T的關(guān)系式v=2πr/T得F=4π2mr/T2 ① 根據(jù)開普勒第三定律r3/T2=k變形得 T2=r3/k ② 聯(lián)立①②有F=4π2km/r2 故太陽對不同行星的引力,與行星的質(zhì)量成正比,與行星和太陽間距離的二次方成反比。 例2解析:行星繞太陽運(yùn)動的原因是受到太陽的引力,引力的大小與行星質(zhì)量、太陽質(zhì)量及行星到太陽的距離(行星公轉(zhuǎn)軌道半徑)有關(guān)。這個引力使行星產(chǎn)生向心加速度,而向心加速度與行星公轉(zhuǎn)的周期和軌道半徑有關(guān),這樣就能建立太陽質(zhì)量與行星公轉(zhuǎn)周期和軌道半徑之間的聯(lián)系。 設(shè)太陽質(zhì)量為M,某行星質(zhì)量為m,行星繞太陽公轉(zhuǎn)周期為T,半徑為R。將行星軌道近似看作圓,萬有引力提供行星公轉(zhuǎn)的向心力,有 得到, 其中G是行星與太陽間引力公式中的比例系數(shù),與太陽、行星都沒有關(guān)系。可見星繞太陽公轉(zhuǎn)周期的平方與公轉(zhuǎn)軌道半徑的三次方的比值k是與太陽質(zhì)量有關(guān)的恒量。 【夯實(shí)基礎(chǔ)】 1.AD 2.A 3.AB 4.C 5.BC 6.ABC 【知能提升】 1.D 2.D 3.BCD 4.BC 5.BCD 6. 310-3m/s2 【出類拔萃】 1. 9.9分鐘 2. n=3 3. 解析:該題應(yīng)用第二定律和萬有引力的知識來求解,設(shè)物體所在位置高度為h,重力加速度為g′,物體在地球表面重力加速度為g,則 F-mg′=ma ① g′=G ② g=G ③ 由①式得: g′=-a=-= 由②、③得: 所以h=R=6400 km. 答案:6400 km 4.解析:由萬有引力定律和向心力公式來求即可.m1、m2做勻速圓周運(yùn)動的半徑分別為R1、R2,它們的向心力是由它們之間的萬有引力提供,所以 G=m1R1 ① G=m2R2 ② R1+R2=L ③ 由①②③得: ,得:R1=L 代入①式 T2= 所以:T=2p 答案:2p- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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