高中物理人教版第六章万有引力与航天万有引力理论的成就

万有引力理论的成就一、教学目标知识与技能1．了解万有引力定律在天文学上的重要应用。2．会用万有引力定律计算天体质量。3．理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。过程与方法1．通过万有引力定律推导出计算天体质量的公式。2．了解天体中的知识。情感态度与价值观1．通过推导，巩固前面所学的知识，使自己更好地了解天体中的物理。2．体会万有引力定律在人类认识自然界奥秘中的巨大作用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。二、教学重点万有引力定律在天文学上的应用，要掌握利用万有引力定律计算天体质量、天体密度的基本方法。学好本节有利于对天体运行规律的认识，更有利于我们在今后学习的相关知识。三、教学难点熟知并掌握计算天体质量的不同表达式，由于题目所给条各不相同，因此从多种表达式中挑选合适的形式较难，主要是对表达式的形式和含义不够熟悉，应理解并记住各种表达式。四、教学过程◆引入【教师活动】上节课我们讲到了万有引力定律，这节课来讨论一下万有引力定律在研究天体运动中的作用。◆求地球的质量【教师活动】上节课讲到，引力常量G是英国物理学家卡文迪许在实验室里测得的，他把自己的实验说成是“称量地球的重量”，这时为什么呢？下面我们一起来分析一下？思考：地面上物体的重力与地球对物体的引力是什么关系？【学生活动】思考回答问题 地面上质量为m的物体所受的引力mg等于地球对物体的引力。【教师活动】点评，分析分析：我们知道，地球上的一起物体随地球的自转做圆周运动，地球对物体的引力指向地心，一部分提供物体随地球自转所需向心力，另一部分为物体的重力。只有在赤道和两极处物体的重力方向才指向地心，且赤道处物体的重力最小，两极处物体的重力最大；物体随地球自转的向心力很小，所以这个差异也很小，在计算时可近似认为物体的重力就等于地球对它的引力。若不考虑地球自转的影响，地面上的物体的重力等于地球对它的引力。mg＝Gg＝GM＝ρ＝＝例1：离地面某一高度h处的重力加速度是地球表面重力加速度的EQ\f(1,4),则高度h是地球半径的倍。这个关系，也可以用于其它星体的质量计算。例2：假设火星和地球都是球体，火星的质量M火和地球的质量M地之比M火/M地=p，火星的半径R火和地球的半径R地之比R火/R地=q，那么火星表面处的重力加速度g火和地球表面处的重力的加速度g地之比等于[]q2q◆由行星或卫星运动量求中心天体的质量【教师活动】万有引力定律的另一个重要的应用，是求天体的质量，这个问题的出发点是：行星或卫星绕中心天体做圆周运动的向心力由中心天体对它的引力提供，由此可列出方程。设M是太阳的质量，m是某个行星的质量，r是行星与太阳之间的距离，ω是行星公转的角速度。可列出方程GEQ\f(Mm,r2)＝mrω2又ω＝EQ\f(2π,T)所以太阳的质量M＝EQ\f(4π2r3,GT2)例3：某行星表面附近有一颗卫星，其轨道半径可认为近似等于该行星的球体半径。已测出此卫星运行的周期为T，已知万有引力常量为G，据此求得该行星的平均密度约为______。例4、登月飞行器关闭发动机后在离月球表面h的空中沿圆形轨道绕月球飞行，周期是T，已知月球半径是R，引力常量为G，根据这些数据计算月球的平均密度。【学生活动】完成，课本P74（4）【教师活动】如果知道木星和太阳的距离，以及木星绕太阳公转的周期，能不能求出木星的质量？通过这样的分析，大家会发现，用这样的方法我们只能求得中心天体的质量。◆发现未知天体【教师活动】同学们阅读课本P73页的内容简要的概括海王星和冥王星的发现过程【学生活动】阅读，回答问题【教师活动】点评，小结1781年发现天王星后，根据万有引力定律计算天王星的轨道与观察到的结果总有偏差。年轻的英国剑桥大学学生亚当斯、法国青年天文爱好者勒维耶相信有新星的存在，各自独立根据万有引力定律计算出这颗新星的轨道。1846年9月23日由德国的伽勒发现了海王星。用同样的方法发现了冥王星。◆小结：五、板书设计一、求地球的质量mg＝Gg＝GM＝ρ＝＝二、由行星或卫星运