第六章万有引力与航天导学案.docx
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第六章万有引力与航天导学案
高一物理必修二第六章第1节行星的运动第1课时
【学习目标】
1、知道地心说和日心说的基本内容
2、知道开普勒行星运动定律的内容
【重点、难点分析】
【学习重点】掌握开普勒行星运动定律的内容
【学习难点】1、开普勒行星运动定律在天体运动中的应用
2、中学阶段将行星的运动近似视为匀速圆周运动
【课前体验】
1、地心说与日心说的对比
代表人物
内容
局限性
地心说
________是宇宙的中心,且是静止不动的,太阳、月亮以及其他行星都绕______运动。
都把天体的运动看得很神圣,认为天体的运动必然是最完美、最和谐的________运动,而和________天文学家________的观测数据不符。
日心说
_________是宇宙的中心,是静止不动的,地球和其他行星绕________运动。
2、开普勒三个行星运动定律
定律
内容
图示或公式
开普勒第一定律
所有行星绕太阳运动的轨道都是_________,太阳处在椭圆的一个________上。
开普勒第二定律
太阳与任何一个行星的连线在相等的时间内扫过的________相等。
开普勒第三定律
行星绕太阳运动轨道半长轴a的________与其公转周期T的_________成正比,即________=k,k是一个与行星无关的常量。
3、对行星运动的近似处理
(1)大多数行星绕太阳运动的轨道__________,太阳处在___________。
(2)对某一行星来说,它绕太阳做圆周运动的__________不变,即行星做_________运动。
(3)所有行星轨道半径的__________跟它的公转周期的_________的比值都相等。
【合作探究】
例1、根据开普勒第二定律的内容,你认为下列说法正确的是()
A.所有的行星绕太阳的运动是匀速圆周运动
B.所有的行星均是以同样的速度绕太阳作椭圆运动
C.对于每一个行星在近日时速率大于在远日点时的速率
D.对于每一个行星在近日时速率小于在远日点时的速率
例2、关于行星的运动,以下说法正确的是()
A.行星轨道的半长轴越长,自转周期越大
B.行星轨道的半长轴越长,公转周期越大
C.水星的半长轴最短,公转周期最长
D.冥王星离太阳“最远”,绕太阳运动的公转周期最长
例3、从天文望远镜中观察到银河系中有两颗行星绕某恒星运行,两行星的轨道均为椭圆,观察测量到它们的运转周期之比为8:
1,则它们椭圆轨道的半长轴之比为()
A.2:
1B.4:
1C.8:
1D.1:
4
【课堂小结】
【课后体验】
1.下列说法正确的是()
A.地球是宇宙的中心,太阳、月亮及其他行星绕地球转动
B.太阳是静止不动的,地球和其他行星都绕太阳运动
C.地球是绕太阳运动的一颗行星D.日心说和地心说都是错误的
2.关于开普勒行星运动的公式,以下理解正确的是()
A.k是一个与行星无关的量
B.若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R,则周期为T,月球绕地球运转轨道的半长轴为R',周期为T',则
C.T表示行星运动的自转周期D.T表示行星运动的公转周期
3.有关开普勒关于行星运动的描述,下列说法中正确的是()
A.所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上
B.所有的行星绕太阳运动的轨道都是圆,太阳处在圆心上
C.所有的行星轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等
D.不同的行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的
4.两=颗行星质量分别为m1和m2.它们绕太阳运动的轨道半径为a1和a2,若m1=2m2、a1=4a2,则它们的周期之比T1:
T2是多少?
5.地球公转轨道半径在天文学上常用来作为长度单位,叫做天文单位,用来度量太阳系内天体与太阳的距离。
已知火星公转的轨道半径是1.5天文单位,根据开普勒第三定律,火星公转周期是多少天?
(课本P36.1)
高一物理必修二第六章第2节太阳与行星间的引力第2课时
【学习目标】
1.知道行星绕太阳运动的原因是到太阳引力的作用。
2.理解并推导太阳与行星间的引力大小。
3.记住物体间的引力公式。
【重点、难点分析】
【学习重点】推导太阳与行星间的引力公式,体会逻辑推理在物理学中的重要性。
【学习难点】太阳与行星间的引力公式的推导过程
【课前体验】
1.太阳对行星的引力
(1)行星绕太阳做近似匀速圆周运动时,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)代入开普勒第三定律后的表达式为____________________。
(5)太阳对行星的引力与__________成正比,与__________成反比;对任何行星都成立的关系式应为__________。
2.行星对太阳的引力
根据牛顿第三定律,可知太阳吸引行星的同时,行星也吸引太阳,由此可得行星吸引太阳的力的表达式应为__________。
3.太阳与行星间的吸引力
概括太阳与行星间的相互引力大小可知,太阳与行星间的引力的大小与__________、__________成正比,与__________成反比,即表达式为__________,相互引力的方向沿着__________。
【合作探究】
例1、关于太阳对行星的引力,下列说法中正确的是()
A.太阳对行星的引力提供行星做匀速圆周运动的向心力,因此有
,由此可知,太阳对行星的引力F引与太阳到行星的距离r成反比
B.太阳对行星的引力提供行星绕太阳运动的向心力,因此有
,由此可知,太阳对行星的引力F引与行星运动速度平方成正比
C.太阳对不同行星的引力,与行星的质量成正比,与行星和太阳间的距离的二次方成反比
D.以上说法均不对
例2、下列关于行星对太阳的引力的说法中正确的是()
A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力
B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比,与行星的质量无关
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比,与行星距太阳的距离成反比
例3、两个行星的质量分别为m1和m2,绕太阳运行的轨道半径分别是r1和r2,若它们只受太阳引力的作用,那么这两个行星的向心加速度之比为()
A.1B.
C.
D.
例4.下面关于行星绕太阳旋转的说法中正确的是()
A.离太阳越近的行星周期越大
B.离太阳越远的行星周期越大
C.离太阳越近的行星的向心加速度越大
D.离太阳越近的行星受到太阳的引力越大
例5.一群小行星在同一轨道上绕太阳旋转,这些小行星具有()
A.相同的速率B.相同的加速度C.相同的运转周期D.相同的角速度
【课堂小结】
【课后体验】
1关于太阳对行星的引力,下
列说法中正确的是()
A.太阳对行星的引力提供行星做匀速圆周运动的向心力,因此有
,由此可知,太阳对行星的引力F引与太阳到行星的距离r成反比
B.太阳对行星的引力提供行星绕太阳运动的向心力,因此有
,由此可知,太阳对行星的引力F引与行星运动速度平方成正比
C.太阳对不同行星的引力,与行星的质量成正比,与行星和太阳间的距离的二次方成反比
D.以上说法均不对
2关于太阳与行星间的引力,下列说法中正确的是()
A.太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对平衡力
B.太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是作用力与反作用力的关系
C.太阳与行星间的引力大小
与太阳的质量、行星的质量成正比,与两者的距离的平方成反比
D.以上说法均不对
3、下面关于太阳对行星的引力说法中正确的是()
A.太阳对行星的引力等于行星做匀速圆周运动的向心力
B.太阳对行星的引力大小与行星的质量成正比,与
行星和太阳间的距离成反比
C.太阳对行星的引力是由实验得出的
D.太阳对行星的引力规律是由开普勒行星运行定律和行星绕太阳做匀速圆周运动的规律推导出来的
4.下列关于行星对太阳的引力的说法中正确的是()
A.行星对太阳的引力与太阳对行星的引力是同一性质的力
B.行星对太阳的引力与太阳的质量成正比,与行星的质量无关
C.太阳对行星的引力大于行星对太阳的引力
D.行星对太阳的引力大小与太阳的质量成正比,与行星距太阳的距离成反比
5、一颗小行星绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径是地球公转半径的4倍,则这颗小行星运行速率是地球运行速率的()
A、4倍B、2倍C、0.5倍D、16倍
6、已知太阳光从太阳射到地面需要500s地球绕太阳的周期约为3.2×107s,地球的质量为6×1024kg,求太阳对地球的引力为多大?
高一物理必修二第六章第3节万有引力定律第3—4课时
【学习目标】
1、在开普勒第三定律的基础上,推导得到万有引力定律,使学生对此规律有初步理解。
2、通过牛顿发现万有引力定律的思考过程和卡文迪许扭秤的设计方法,渗透科学发现与科学实验的方法论教育。
3、介绍万有引力恒量的测定方法,增加学生对万有引力定律的感性认识。
【重点、难点分析】
【学习重点】万有引力定律的推导过程
【学习难点】由于一般物体间的万有引力极小,学生对此缺乏感性认识,又无法进行演示实验,故应加强举例。
【课前体验】(认真阅读教材,思考下列问题)
1、上节课我们推导出了太阳与行星间的引力规律,即
。
知道了行星为什么能够绕太阳运转而不会飞离太阳。
那么大家想到过,是什么力使得地面的物体不能离开地球,总要落回地面呢?
2、地球吸引物体的力与地球和太阳间的引力是同种性质的力吗?
3、还有,月球能够绕地球运转,说明月球与地球之间也一定存在着相互作用力,这个拉住月球使它绕地球运转的力与地球对物体的引力是同一种力吗?
【合作探究】
一、月—地检验
[说一说]:
“月—地检验”要检验什么?
如何检验?
[试一试]:
地面附近的重力加速度g=9.8m/s2,月球绕地球运动的周期为27.3天(2.36×106s),轨道半径为地球半径的60倍,地球半径R=6.4×106m。
设质量为m的物体在月球轨道上运动的加速度(月球公转的向心加速度)为a,则
,又
,r=60R,得
。
因此得出结论。
二、万有引力定律
[说一说]:
万有引力定律:
自然界中两个物体都相互吸引,引力的方向上,引力的大小与成正比、与它们之间的距离的成反比。
即F=。
三、引力常量
[说一说]:
英国物理学家首先在实验室比较准确地得出了引力常量G的数值。
数值是G=。
[想一想]:
测定引力常量G的数值有何意义?
[思考与讨论]:
英国物理学家把太阳与行星之间的引力、地球与月球之间的引力、地球与地面物体之间的引力所遵从的规律推广到宇宙万物之间,你觉得合适吗?
为什么我们平时感觉不到身边的两个物体会相互吸引呢?
【课堂检验】
例1.关于万有引力定律的适用范围,下列说法中正确的是()
A.只适用于天体,不适用于地面物体B.只适用于球形物体,不适用于其他形状的物体
C.只适用于质点,不适用于实际物体D.适用于自然界中任意两个物体之间
例2、已知地球表面重力加速度为g,地球半径为R,引力常量为G,用以上各量表示地球的质量M=________.
3、某行星半径为R,其表面附近有一颗卫星,其绕行周期为T,已知引力常量为G,写出该行星质量M,平均密度ρ的表达式
例4、火星的半径是地球半径的一半,火星的质量约为地球质量的1/9;那么地球表面50kg的物体受到地球的吸引力约是火星表面同质量的物体受到火星吸引力的________倍
【课后体验】
1.关于万有引力定律的正确说法是()
A.天体间万有引力与它们的质量成正比,与它们之间的距离成反比
B.任何两个物体都是相互吸引的,引力的大小跟两个物体的质量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比
C.万有引力与质量、距离和万有引力恒量都成正比
D.万有引力定律对质量大的物体适用,对质量小的物体不适用
2.要使两物体间的万有引力减小到原来的1/4,下列办法不可采用的是()
A.使两物体的质量各减小一半,距离不变
B.使其中一个物体的质量减小到原来的1/4,距离不变
C.使两物体间的距离增为原来的2倍,质量不变
D.使两物体间的距离和质量都减为原来的1/4
3.质点A与质点B相距L时万有引力为F,若将A的质量增加为原来的3倍,B的质量增加为原来的8倍,将AB间距离增大为2L,则AB间万有引力将为()
A.F/4B.6FC.12FD.24F
4.如果认为行星围绕太阳做匀速圆周运动,下列说法中正确的是()
A.行星同时受到太阳的万有引力和向心力B.行星受到太阳的万有引力,行星运动不需要向心力
C.行星受到太阳的万有引力与它运动的向心力不等
D.行星受到太阳的万有引力,万有引力提供行星圆周运动的向心力
5、在万有引力定律的公式
中,r是()
A.对星球之间而言,是指运行轨道的平均半径
B.对地球表面的物体与地球而言,是指物体距离地面的高度
C.对两个均匀球而言,是指两个球心间的距离
D.对人造地球卫星而言,是指卫星到地球表面的高度
6.两个质量分布均匀的球质量分别为m与4m,半径分别为R与2R,表面相距为R,则两球之间的万有引力为多大?
高一物理必修二第六章第4节万有引力理论的成就第5—8课时
【学习目标】
1.了解万有引力定律在天文学上的应用
2.会用万有引力定律计算天体的质量和密度
【学习重点】1、行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
2、会用已知条件求中心天体的质量。
【学习难点】掌握综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题的方法
【课前体验】
一、阅读教材“科学真实迷人”部分的内容,思考下列问题:
1、推导出地球质量的表达式,说明卡文迪许为什么能把自己的实验说成是“称量地球的重量”?
2、设地面附近的重力加速度g=9.8m/s2,地球半径R=6.4×106m,引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2,
试估算地球的质量。
二、计算天体的质量
阅读教材“天体质量的计算”部分的内容,从课文中找出相应的答案。
1、应用万有引力定律求解天体质量的基本思路是什么?
2、用万有引力充当向心力求出的天体质量有几种表达式?
各是什么?
应用此方法能否求出环绕天体的质量?
三、发现未知天体
教师活动:
请同学们阅读课文“发现未知天体”部分的内容,考虑以下问题
1、应用万有引力定律除可估算天体质量外,还可以在天文学上有何应用?
2、应用万有引力定律发现了哪些行星?
【课堂体验】
1、把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动,平均半径为1.5×1011m,已知引力常量为:
G=6.67×10-11N·m2/kg2,则可估算出太阳的质量大约是多少千克?
(结果取一位有效数字)
2、宇航员站在一个星球表面上的某高处h自由释放一小球,经过时间t落地,该星球的半径为R,你能求解出该星球的质量吗?
【课后体验】
1.已知引力常量G和下列各组数据,能计算出地球质量的是………………………()
A.地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离
B.月球绕地球运行的周期及月球的半径
C.人造地球卫星在地面附近运行的速度及周期
D.若不考虑地球自转,已知地球的半径及地球表面的重力加速度
2.若知道太阳的某一颗行星绕太阳运转的轨道半径为
,周期为
,万有引力常量
,则可求得()
A.该行星的质量B.太阳的质量
C.该行星的密度D.太阳的平均密度
3、一颗质量为
的卫星绕质量为
的行星做匀速圆周运动,则卫星的周期()
A.与卫星的质量无关B.与卫星的运行速度成正比
C.与行星质量
的平方根成正比D.与卫星轨道半径的
次方有关
4、若有一艘宇宙飞船在某一行星表面做匀速圆周运动,已知其周期为
,引力常量为
,那么该行星的平均密度为()
A.
B.
C.
D.
5、设地球表面的重力加速度为
,物体在距离地心
(
是地球半径)处,由于地球的作用产生的加速度为
,则
为 ()
A.1B.
C.1/4D.1/16
6、太阳光到达地球需要的时间为500s,地球绕太阳运行一周需要的时间为365天,试估算太阳的质量
(结保留一位有效数字)。
7、两个行星质量分别为
和
,绕太阳运行的轨道半径分别是
和
,求
(1)它们与太阳间的万有引力之比
(2)它们的公转周期之比
高一物理必修二第六章第5节宇宙航行第9、10课时
【学习目标】
1.了解人造卫星的有关知识.
2.知道三个宇宙速度的含义,会推导第一宇宙速度.
【学习重点】会推导第一宇宙速度,了解第二、第三宇宙速度.
【学习难点】运行速率与轨道半径之间的关系.
【课前体验】
宇宙速度
1、已知地球半径为6400km,地球质量为5.98×1024kg,万有引力常量为6.67×10-11N·m2/kg2。
试推导地球的第一宇宙速度.
2、三种宇宙速度
宇宙速度
数值(km/s)
意义
第一宇宙速度
卫星绕地球做圆周运动的最小发射速度.若7.9km/s≤v<11.2km/s,物体绕______运行(环绕速度)
第二宇宙速度
物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度.若11.2km/s≤v<16.7km/s,物体绕______运行(脱离速度)
第三宇宙速度
物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度.若v≥16.7km/s,物体将脱离________在宇宙空间运行(逃逸速度)
:
三种宇宙速度是环绕速度还是发射速度?
发射卫星的最小速度是多大?
卫星绕地球运行的最大速度为多大?
【课堂体验】
1、已知地球的半径为R,质量为M,万有引力常量为G,试求出轨道半径为r的卫星的线速度、角速度和周期的表达式.万有引力提供向心力,即G
=m
=mω2r=m(
)2r。
2、人造卫星的运动学特征
(1)线速度v=____________,随着轨道半径的增大,卫星的线速度减小.
(2)角速度ω=____________,随着轨道半径的增大,卫星的角速度减小.
(3)周期T=____________,随着轨道半径的增大,卫星的周期增大.
3、在圆轨道上质量为m的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球半径R,地面上的重力加速度为g,则()
A.卫星运行的速度为
B.卫星运行的周期为
C.卫星的加速度为
D.卫星的动能为
【课后体验】
1.关于三种宇宙速度的说法正确的是()
A.第一宇宙速度7.9km/s,是人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动的最小速度,
B.第二宇宙速度11.2km/s,是卫星脱离地球的束缚,成为月球的卫星的最小发射速度
C.第三宇宙速度是16.7km/s是卫星飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小速度
D.7.9km/s是人造地球卫星的最小发射速度
2.下列关于人造卫星的说法正确的是()
A.人造卫星的线速度与其质量有关
B.人造卫星的线速度与其轨道半径的平方根成反比
C.轨道半径相同的人造卫星不会相撞
D.人造卫星的运行轨道一定与赤道面共面
3.两颗人造地球卫星的质量比为1:
2,到地心的距离比为1:
3,则它们的()
A.周期比为3:
1B.线速度比为1:
3
C.向心加速度比为1:
9D.向心力之比为9:
2
4.人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动,关于其各物理量间的关系,下面说法正确的是()
A.半径越大,速度越小,周期越小
B.半径越大,速度越小,周期越大
C.所有卫星的线速度均是相同的,与半径无关
D.所有卫星的角速度均是相同的,与半径无关
5.发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是
A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B.卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度
C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度
D.卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点的加速度
6.我国将要发射一颗绕月运行的探月卫星“嫦娥1号”.设该卫星的轨道是圆形的,且贴近月球表面.已知月球的质量约为地球质量的
,月球的半径约为地球半径的
,地球上的第一宇宙速度约为7.9km/s,则该探月卫星绕月运行的速率约为多大?
7.神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进行变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度h=343km的圆形轨道.已知地球半径R=6.37×103km,地面处的重力加速度g=10m/s2.试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式(用h、R、g表示),然后计算周期T的数值(结果保留两位有效数字).
高一物理必修二第六章第6节经典力学的局限性第11课时
【学习目标】
1、知道牛顿运动定律的适用范围。
2、知道质量与速度的关系,知道高速运动中必须考虑速度随时间的变化。
【学习重点】牛顿运动定律的适用范围
【学习难点】高速运动的物体,速度和质量之间的关系
【课前体验】
请同学们阅读课文,阅读时考虑下列问题:
1、经典力学取得了哪些辉煌的成就?
举例说明。
2、经典力学在哪些领域不能适用?
能说出为什么吗?
举例说明。
3、经典力学的适用范围是什么?
自己概括一下。
4、相对论和量子力学的出现是否否定了牛顿的经典力学?
应该怎样认识?
牛顿运动定律的适用范围是:
。
【课堂体验】
1、20世纪初,著名物理学家爱因斯坦提出了,改变了经典力学的一些结论.在经典力学中,物体的质量是的,而相对论指出质量随着速度变化而。
2、20世纪初期,建立了,它能够正确地描述微观粒子的运动规律。
3、经典力学只适用于解决问题,不能用来处理问题,经典力学只适用于物体,一般不适用于。
【课后体验】
1.以下说法正确的是()
A.经典力学理论普遍适用,大到天体,小到微观粒子均适用
B.经典力学理论的成立具有一定的局限性
C.在经典力学中,物体的质量不随运动状态而改变
D.相对论与量子力学否定了经典力学理论
2.20世纪初,著名物理学家爱因斯坦提出了,改变了经典力学的一些结论。
在经典力学中,物体的质量是的,而相对论指出质量随着速度变化而。
3.经典力学只适用于解决问题,不能用来处理问题,经典力学只适用于物体,一般不适用于。
4.与都没有否定过去的科学,而认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。
5.一条河流中的水以相对于河岸的速度v水岸流动,河中的船以相对于水的速度v船水顺流而下。
在经典力学中,船相对于岸的速度为v船岸。
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