高中物理5.3万有引力定律与天文学的新发现教案1沪科必修2.pdf
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1、2012 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 1/6 53 万有引力定律与天文学的新发现【学习目标】【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。【学习重点】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
2、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。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222224MmvGmmrmrrrT通过天文观测知道天体m绕 M做圆周运动的r、v或r、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
3、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M r m 2012 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 2/6 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2MmmgGR,R为天体半径,g 是地球表面的重力加速度。可得2GMgR,所以天体质量便可以得到了。注意:2GMgR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,
4、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】10已知地球半径约为6.4 106m,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T27243600 s,地球表面重力加速度g=9.8m/s2,地球半径R
5、=6.4 106 m GMmR2m42T2 r GMm R2mg由、两式可得r3gR2T24239.8 (6.4 106)2(27243600)2424108 m 13飞船以ag/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 N由此可知,飞船所处位置距地面高度为多大?(地球半径为6400 km,g10 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-mgma 2012 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 3/6 gGM(R+h)2gGMR2由
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