高中物理 第三章萬(wàn)有引力定律全章學(xué)案 教科版必修2

1、3.1 天體運(yùn)動(dòng)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1知道開(kāi)普勒對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的描述開(kāi)普勒三定律。2學(xué)會(huì)在對(duì)客觀事物觀察和認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，并經(jīng)過(guò)推理提出科學(xué)假設(shè)，再經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，正確認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)。3了解科學(xué)家探索宇宙奧秘的過(guò)程，學(xué)習(xí)他們一絲不茍的科學(xué)精神?！緦W(xué)習(xí)方法】觀察法、探究法、討論法、分析法、實(shí)物法【學(xué)習(xí)過(guò)程】一、日心說(shuō)地心說(shuō)認(rèn)為：_是宇宙的中心，它是_的，太陽(yáng)、月亮及其他天體都繞_做圓周運(yùn)動(dòng)；日心說(shuō)認(rèn)為：_是宇宙的中心，它是_的，地球和所有的行星都繞_做圓周運(yùn)動(dòng)。哥白尼根據(jù)自己的觀測(cè)記錄，提出太陽(yáng)才是宇宙的中心，地球和其他行星都在繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)哥白尼在病床上將自己的天體運(yùn)行論發(fā)表。二、開(kāi)普勒三大定律1

2、開(kāi)普勒第一定律：開(kāi)普勒進(jìn)行了 70 余次反復(fù)計(jì)算，大膽提出是日心說(shuō)存在不完善的地方，經(jīng)過(guò)對(duì)行星運(yùn)動(dòng)軌道的修正，得出 所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是 ，太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè) 上。2開(kāi)普勒第二定律：太陽(yáng)與任何一個(gè)行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的 相等。3開(kāi)普勒第三定律： 行星繞太陽(yáng)運(yùn)行軌道半長(zhǎng)軸 r 的 方與其公轉(zhuǎn)周期 T 的 方成正比。開(kāi)普勒第三定律是開(kāi)普勒對(duì)第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)達(dá) 10 年的分析后得出的結(jié)論，可見(jiàn)任何一個(gè)物理定律的得出都要經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)且艱苦的過(guò)程。用公試表示為 【小試身手】1下列說(shuō)法正確的是（ ）A天體運(yùn)動(dòng)是最完美和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)B第谷是一名天才的觀測(cè)家，正是他為開(kāi)普勒的研究提供了

3、大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)C第谷是第一個(gè)對(duì)天體的勻速圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生懷疑的人D開(kāi)普勒在第谷精確觀測(cè)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，終于發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律2關(guān)于地球和太陽(yáng)，下列方法正確的是（ ）A太陽(yáng)是圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的B地球是圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的C太陽(yáng)總是從東邊升起，從西邊落下，所以太陽(yáng)圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)D由于地心說(shuō)符合人日常經(jīng)驗(yàn)，所以地心說(shuō)是正確的3.關(guān)于開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)的公式，以下說(shuō)法正確的是（ ）Ak是一個(gè)與行星無(wú)關(guān)的常數(shù) B若地球繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半長(zhǎng)軸為R，周期為T(mén)，月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的半徑為R，周期為T(mén)，則CT表示行星運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)周期 DT表示行星運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)周期【合作探究】【例1】理論和實(shí)踐證明，開(kāi)普勒定律不僅適用于太

4、陽(yáng)系中的天體運(yùn)動(dòng)，而且對(duì)一切天體（包括衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動(dòng)）都適用。關(guān)于開(kāi)普勒第三定律公式，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A行星軌道的半長(zhǎng)軸越長(zhǎng)，自轉(zhuǎn)周期就越長(zhǎng) B行星軌道的半長(zhǎng)軸越長(zhǎng)，公轉(zhuǎn)周期就越長(zhǎng)C對(duì)于所有天體的行星或衛(wèi)星，k值都相等 D不同天體的行星或衛(wèi)星，k值可能不相等【討論交流】A、B兩顆人造地球衛(wèi)星的質(zhì)量之比為l2，軌道半徑之比為21，則它們的運(yùn)行周期之比為（ ）A12 B14 C21 D41【變式訓(xùn)練】宇宙飛船繞太陽(yáng)在近似圓形的軌道上運(yùn)動(dòng)，若宇宙飛船繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期為27年，則其軌道半徑是地球軌道半徑的（ ）A3倍 B6倍 C9倍 D81倍【例2】由于多數(shù)行星的運(yùn)動(dòng)軌跡接近圓，開(kāi)譜勒行星運(yùn)

5、動(dòng)規(guī)律在中學(xué)階段可以近似處理，其中包括（ ）A行星做勻速圓周運(yùn)動(dòng) B太陽(yáng)處于圓周的中心C中的R 即為圓周的半徑 D所有行星的周期都和地球公轉(zhuǎn)的周期相同4下列關(guān)于開(kāi)普勒對(duì)于行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)的說(shuō)法正確的是（ ）A所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓 B所有行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓C所有行星的軌道的半長(zhǎng)軸的二次方跟公轉(zhuǎn)周期的三次方的比值都相同D所有行星的公轉(zhuǎn)周期與行星的軌道的半徑成正比5我國(guó)于1970年4月24日在酒泉發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅”一號(hào)，從此進(jìn)入了航天大國(guó)的行列，設(shè)衛(wèi)星的軌道近似看做圓，“東方紅”一號(hào)繞地球一周需114min，你認(rèn)為還需要哪些條件，就可以推算出他的軌道半徑？【名師

6、小結(jié)】本節(jié)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于理解和掌握開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律，認(rèn)識(shí)行星的運(yùn)動(dòng)。學(xué)好本節(jié)有利于認(rèn)識(shí)宇宙中行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握人類認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的科學(xué)方法，并有利于對(duì)人造衛(wèi)星的學(xué)習(xí)?！緦W(xué)習(xí)札記】 3.2 萬(wàn)有引力定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1了解萬(wàn)有引力定律得出的思路和過(guò)程，會(huì)推導(dǎo)萬(wàn)有引力定律。2能夠應(yīng)用萬(wàn)有引力定律解決實(shí)際問(wèn)題，建立理想模型處理問(wèn)題。3由人類對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的探索過(guò)程，養(yǎng)成尊重客觀事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?！緦W(xué)習(xí)方法】公式法、探究法、推理法、分析法、討論法【學(xué)習(xí)過(guò)程】一、與引力有關(guān)的思考1樹(shù)上脫落的蘋(píng)果為什么會(huì)落地而不飛向天空？ 2如果蘋(píng)果樹(shù)長(zhǎng)得像山一樣高，結(jié)果如何？ 3如果蘋(píng)果樹(shù)長(zhǎng)到月亮軌道的高處，結(jié)果又

7、如何？ 4那么天上的月亮為什么掉不下來(lái)？ 5如果月亮停止轉(zhuǎn)動(dòng)，月亮也會(huì)掉下來(lái)嗎？ 二、萬(wàn)有引力定律1內(nèi)容：任何兩個(gè)物體之間都存在相互作用的引力，這個(gè)力的大小與這兩個(gè)物體的質(zhì)量的 成正比，與兩物體之間的距離的 成反比。2表達(dá)式： ，式中各符號(hào)的物理意義分別是 。3適用條件： 三、引力常量1798 年 通過(guò)精巧設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)出萬(wàn)有引力常量，其值G = Nm2/kg2，從而證明了萬(wàn)有引力的真實(shí)存在，使萬(wàn)有引力定律進(jìn)入了真正實(shí)用的時(shí)代，卡文迪許是第 個(gè)在實(shí)驗(yàn)室里稱出地球質(zhì)量的人?！舅伎肌咳f(wàn)有引力與重力的關(guān)系是什么？ 【小試身手】1關(guān)于萬(wàn)有引力，下列說(shuō)法正確的是（ ）A牛頓把地球表面的動(dòng)力學(xué)關(guān)系應(yīng)用于天體

8、，發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律B開(kāi)普勒等科學(xué)家對(duì)天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究為萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)作了準(zhǔn)備C只有天體之間才有萬(wàn)有引力D太陽(yáng)對(duì)行星的引力就是行星繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的向心力2兩個(gè)大小相同的實(shí)心小鐵球緊靠在一起時(shí)，它們之間的萬(wàn)有引力為F。若兩個(gè)半徑是小球半徑2倍的實(shí)心小鐵球靠在一起，則它們之間的萬(wàn)有引力為（ ）A2F B4F C8F D16F3下列關(guān)于萬(wàn)有引力定律的說(shuō)法正確的是（ ）A萬(wàn)有引力定律是牛頓發(fā)現(xiàn)的B中G是一個(gè)比例常數(shù)，是有單位的C萬(wàn)有引力定律適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用D兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的分離的球體之間的相互作用力也可以用來(lái)計(jì)算，r是兩球體球心間的距離【合作探究】【例1】關(guān)于萬(wàn)有引力定律，下列說(shuō)法中正確的是

9、（ ）A牛頓是在開(kāi)普勒揭示的行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，因此萬(wàn)有引力定律僅適用于天體之間B卡文迪許首先用實(shí)驗(yàn)比較準(zhǔn)確地測(cè)定了引力常量G的數(shù)值C兩物體各自受到對(duì)方的引力的大小不一定相等，質(zhì)量大的物體受到的引力也大D當(dāng)r等于零時(shí)，萬(wàn)有引力為無(wú)窮大【討論交流】質(zhì)量均為0.8107kg的兩艘輪船相距100m時(shí)，二者之間的萬(wàn)有引力大小與下列哪一個(gè)物體的重力大小相當(dāng)（ ）A一只螞蟻 B 一個(gè)雞蛋 C一頭大象 D 一個(gè)質(zhì)量為50 kg的人【變式訓(xùn)練】質(zhì)量都為50kg的兩個(gè)人相距1m，他們之間的萬(wàn)有引力大小是多大？這個(gè)力大約是每個(gè)人的重力的多少分之一？（g =10m/s2）【例2】設(shè)地球表面重力

10、加速度為g0，物體在距離地心4R（R是地球的半徑）處，由于地球的作用而產(chǎn)生的加速度為g，則g/g0為（ ）A1 B1/9 C1/4 D1/164地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量的81倍，在登月飛船通過(guò)月、地之間的某一位置時(shí)，月球和地球?qū)λ囊Υ笮∠嗟?，該位置到月球中心和地球中心的距離之比為（ ）A127 B19 C13 D91 5兩個(gè)質(zhì)量分布均勻的球質(zhì)量分別為m與4m，半徑分別為R與2R，表面相距為R，則兩球之間的萬(wàn)有引力為多大？【名師小結(jié)】本節(jié)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于理解和掌握萬(wàn)有引力定律，體會(huì)發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的過(guò)程和思維方法；培養(yǎng)探究問(wèn)題的科學(xué)態(tài)度、探究創(chuàng)造的心理品質(zhì)，感受科學(xué)探究永無(wú)止境?！緦W(xué)習(xí)札記】 3

11、.3 萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1通過(guò)了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)定律對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的作用。2理解并運(yùn)用萬(wàn)有引力定律處理天體問(wèn)題的思路、方法。3利用萬(wàn)有引力定律可以預(yù)言未知天體和彗星回歸，讓學(xué)生懂得理論來(lái)源于實(shí)踐，反過(guò)來(lái)又可以指導(dǎo)實(shí)踐的辯證唯物主義?！緦W(xué)習(xí)方法】預(yù)習(xí)法、探究法、觀察法、總結(jié)法、討論法【學(xué)習(xí)過(guò)程】一、科學(xué)真是迷人如果不計(jì) 的影響，地面上質(zhì)量為m的物體受到重力等于 ，即mg =_，由此得地球的質(zhì)量表達(dá)式為 。已知g=10m/s2, R=6371km, G=6.6710-11Nm2/kg2,則地球的質(zhì)量約為_(kāi)kg。二、預(yù)言未知天體海王星是在_年_月_日發(fā)現(xiàn)的，發(fā)

12、現(xiàn)過(guò)程是：發(fā)現(xiàn)_的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌道與_的軌道總有一些偏差，根據(jù)觀察到的偏差數(shù)據(jù)和萬(wàn)有引力定律計(jì)算出_，并預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的時(shí)刻和位置；在預(yù)測(cè)的時(shí)間去觀察預(yù)測(cè)的位置。海王星與冥王星發(fā)現(xiàn)的重要意義在于 。三、計(jì)算天體的質(zhì)量1計(jì)算天體的質(zhì)量：若地球 m 圍繞太陽(yáng) M 做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為 T ，圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為 r ，萬(wàn)有引力常量為 G ，則 M 。（1）若地球 m 圍繞太陽(yáng) M 做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為 v ，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 r，則 M= （2）若地球 m 圍繞太陽(yáng) M 做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為 v ，圓周運(yùn)動(dòng)的周期為 T,則 M= 2如果知道太陽(yáng)的半徑 R, 如何估測(cè)太陽(yáng)的平均密度？【小試身手】1下面說(shuō)法正

13、確的是（ ）A海王星是人們依據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的B天王星是人們依據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的C天王星的運(yùn)動(dòng)軌道偏離根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的軌道，其原因是由于天王星受到軌道外面其他行星的引力作用D冥王星是人們依據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的2一艘宇宙飛船繞一個(gè)不知名的行星表面飛行，要測(cè)定該行星的密度，僅僅需要（ ）A測(cè)定飛船的運(yùn)動(dòng)周期 B測(cè)定飛船的環(huán)繞半徑C測(cè)定行星的體積 D測(cè)定飛船的運(yùn)動(dòng)速度3若已知行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的半徑為r，公轉(zhuǎn)的周期為T(mén)，萬(wàn)有引力常量為G，則由此可求出（ ）A行星的質(zhì)量 B太陽(yáng)的質(zhì)量 C行星的密度 D太陽(yáng)的密度【合作探究】【例1】利用下列哪組數(shù)據(jù)，可以計(jì)算

14、出地球質(zhì)量（ ）A已知地球繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期B已知月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期C已知月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和角速度D已知地球半徑和地球表面重力加速度【討論交流】地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道半徑是R1，周期是T1，月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑是R2，周期是T2，則太陽(yáng)質(zhì)量與地球質(zhì)量之比是（ ）A B C D【變式訓(xùn)練】木星是太陽(yáng)系中最大的行星，它有眾多衛(wèi)星。觀察測(cè)出：木星繞太陽(yáng)作圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r1、 周期為T(mén)1；木星的某一衛(wèi)星繞木星作圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r2、 周期為T(mén)2，已知萬(wàn)有引力常量為G，則根據(jù)題中給定條件能確定哪些物理量？【例2】英國(guó)新科學(xué)家（New Scie

15、ntist）雜志評(píng)選出2008年度世界8項(xiàng)科學(xué)之最，在XTEJ1650-500雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的最小黑洞位列其中，若某黑洞的半徑約45km，質(zhì)量和半徑滿足 （為光速，為引力常量），則該黑洞表面重力加速度的數(shù)量級(jí)為（ ） A B C D4地球表面的平均重力加速度為g，地球半徑為R，萬(wàn)有引力常量為G，用上述物理量估算出來(lái)的地球平均密度是（ ）A B C D5高空遙感探測(cè)衛(wèi)星在距地球表面高為h處繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，如果地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，人造衛(wèi)星質(zhì)量為m，萬(wàn)有引力常量為G，試求：（1）人造衛(wèi)星的線速度多大？（2）人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期是多少？（3）人造衛(wèi)星的向心加速度多大？【名師小結(jié)】本節(jié)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)

16、在于掌握天體質(zhì)量的計(jì)算方法，通過(guò)萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)理論對(duì)探索未知世界思想的指導(dǎo)作用，體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛和喜悅?！緦W(xué)習(xí)札記】 3.4 人造衛(wèi)星 宇宙速度【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1了解人造衛(wèi)星的發(fā)射與運(yùn)行原理，知道三個(gè)宇宙速度的含義，會(huì)推導(dǎo)第一宇宙速度。2進(jìn)一步學(xué)習(xí)利用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律和萬(wàn)有引力定律分析問(wèn)題的方法。3感知人類探索宇宙的夢(mèng)想，激發(fā)愛(ài)國(guó)熱情，樹(shù)立獻(xiàn)身科學(xué)的人生觀價(jià)值觀?！緦W(xué)習(xí)方法】思考法、研究法、觀察法、探究法、分析法【學(xué)習(xí)過(guò)程】一、人造衛(wèi)星由于拋出速度不同，物體的落點(diǎn)也不同。當(dāng)拋出速度達(dá)到一定大小，物體就不會(huì)落回地面，而是在 作用下繞地球旋轉(zhuǎn)，成為繞地球運(yùn)動(dòng)的 。那么，速度多

17、大時(shí)，物體將不會(huì)落回地面而成為繞地球旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星呢？。二、宇宙速度1. 請(qǐng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)，推導(dǎo)第一宇宙速度表達(dá)式 第一宇宙速度 (環(huán)繞速度) v1 km/s。2. 第二宇宙速度（脫離速度）v2 km/s。3. 第三宇宙速度（逃逸速度）v3 km/s。三、地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星是指其 周期和地球 周期相等的衛(wèi)星。地球同步衛(wèi)星顯著的特點(diǎn)有哪些： 【小試身手】1人造地球衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其速度是下列的（ ）A一定等于7.9 km/s B等于或小于7.9 km/sC一定大于7.9 km/s D介于7.911.2 km/s之間abc2如圖所示，a、b、c是在地球大氣層外圓形軌道上運(yùn)行的三顆人造地球

18、衛(wèi)星，且M a =M b Mc，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ）Ab、c的線速度大小相等，且小于a的線速度Bb、c運(yùn)行周期相同，且大于a的運(yùn)行周期Cb、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度Db、c的向心力大小相等，且小于a的向心力3在地球上空有許多同步衛(wèi)星，下面說(shuō)法正確的是（ ）A它們的質(zhì)量可能不同 B它們的速度可能不同C它們的向心加速度可能不同 D它們離地心的距離可能不同【合作探究】【例1】我國(guó)發(fā)射的一顆繞月運(yùn)行的探月衛(wèi)星“嫦娥1號(hào)”，設(shè)該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面，已知月球的質(zhì)量約為地球質(zhì)量的，月球的半徑約為地球半徑的，地球上的第一宇宙速度約為，則該探月衛(wèi)星繞月運(yùn)行的速率約為（ ）AB CD【討論交流】一顆人造衛(wèi)星在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為地球半徑的 2 倍，則該衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度（ ）A一定等于 7.9km / s B一定小于 7.9km/s C一定大于 7.9 km / s D介于 7.9 km/s11.2 km / s【變式訓(xùn)練】據(jù)報(bào)道，“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”繞月飛行器的圓形軌道距月球表面分別約為200km和100km，運(yùn)動(dòng)速率分別為v1和v2，那