高中物理 5.3万有引力定律与天文学的新发现教案1 沪科版必修2.doc

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【学****目标】
【知识和技能】
1、了解天王星的发现和哈雷彗星的预报的历史过程
2、学会利用万有引力定律计算天体的质量。
3、理解重力与万有引力的关系,理解地面上重力变化的规律
【过程和方法】
1、了解万有引力定律在探索宇宙奥秘中的重要作用,感受科学定律的巨大魅力。
2、体会科学探索中,理论和实践的关系。
3、体验自然科学中的人文精神。
【情感、态度和价值观】
培养对万有引力定律的理解和利用已知条件进行近似计算的能力。
【学****重点】
1、利用万有引力定律计算天体质量的思路和方法
2、发现海王星和冥王星的科学案例
【知识点导学】
一、海王星的发现与哈雷彗星的预报
1、天王星的发现
2、哈雷彗星的预报
这两个案例,进一步证明牛顿的万有引力定律的正确性及精确性。显示了人类认识自然的伟大胜利,标志着物理学已经发展到一个新的历史阶段。
※要求:认真阅读教材,弄清发现天王星、预报彗星回归的思路和原理。
M
r
m
二、把天体的质量测出来——估算天体质量
1、估算中心天体的质量
天体m围绕中心天体M运转,把天体m的运动轨迹的运动看成圆,m做圆周运动所需向心力由中心天体M对m的万有引力提供,有
通过天文观测知道天体m绕M做圆周运动的r、v或r、ω或r、T就可以算出中心天体M的质量。
※注意:这种方法只能估算“中心天体”的质量。
2、利用天体表面的重力加速度估算天体质量
在忽略天体自转影响时,如果能测出天体表面的重力加速度g和地球半径R,也可以应用万有引力定律求出该天体的质量。因为重力等于万有引力,即
,R为天体半径,g是地球表面的重力加速度。可得,所以天体质量便可以得到了。
※注意:是一个有用的结论。在地球质量未知的问题中,常用gR2替换GM。有人称之“黄金代换式”。
三、破解重力变化之谜
阅读课本多学一点《破解重力变化之谜》
※理解重力变化的原因是什么?记清并理解以下结论:
在赤道处,所需向心力F2最大,所以重力F1最小。
在两极处,所需向心力为零,所以重力最大等于万有引力。
从赤道到两极,随着纬度的增大,重力也逐渐增大。
我们容易看出,只有在赤道和两级重力的方向与万有引力的方向才相同,指向地心,其它情况下均不相同。这就是我们通常说重力的方向是竖直向下,而不说指向地心的原因。
【典例引路】
×106 m,又知月球绕地球的运动可近似看做圆周运动,试可估算出月球到地心的距离(结果保留一位有效数字)。
【解析】地球对月球的万有引力提供月球绕地球运转所需的向心力,月球绕地球运转的周期为27天,即T=27×24×3600 s,地球表面重力加速度g=,地球半径R=×106 m
G=mr ①
G=m′g ②
由①、②两式可得
r===4×108 m

  =g/2的加速度匀加速上升,由于超重现象,用弹簧秤测得质量为10 kg的物体重量为75 ,飞船所处位置距地面高度为多大?(地球半径为6400 km, g=10 m/s2)
【解析】该题应用第二定律和万有引力的知识来求解,设物体所在位置高度为h,重力加速度为g′,物体在地球表面重力加速度为g,则 F-m