人教版高中物理必修2 4.万有引力理论的成就“百校联赛”一等奖

4.万有引力理论的成就学习目标定位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的质量3、掌握运用万有引力定律研究天体问题的思路和方法“请你把你们的望远镜指向黄经326°处宝瓶座内的黄道上的一点，你就将在此点约1°的区域内发现一个圆而亮的新行星……”课堂情景切入这是法国天文爱好者勒维耶写给德国天文学家伽勒的信。1846年9月23日，即伽勒收到信的当天晚上，在勒维耶所指出的那个位置上，果然发现了原有星图上没有的一颗行星，这就是后来被称为笔尖下发现的行星的太阳系第八颗行星——海王星。海王星的发现，在天文学史上是一件惊天动地的大事，充分显示了万有引力理论的成就。活动1【导入】创设情境引发兴趣1、提出篮球的质量用什么去称量？2、引发问题：地球的质量能用天平称量么？3、引出卡文迪许把自己的实验说成“称量地球的质量”，从而引发回顾上节卡文迪许做过的实验？测量什么？哪个公式体现？G是多少？4、最后回归问题：卡文迪许只是测出G值，怎么就说能称量地球质量了呢？知识自主梳理活动2【活动】一、“称量”地球的质量问题探究一：1、回顾上节重力和万有引力的简单关系，引出物体在哪个位置所需的向心力最大？2、计算60kg物体的重力和向心力的数值，并比较大小？3、得出重力和万有引力的关系？4、什么条件下得出这样的关系？5、表示出地球质量的表达式？6、结论：不考虑地球自转影响，物体所受重力等于万有引力。7、说明各量的物理意义？8、为什么说卡文迪许在实验室“称量”地球的质量？9、知识拓展：用这个方法能测量其他星球质量么？得需要知道哪些物理量？10、总结：算某星球质量的基本思路1．原理若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力近似等于地球对物体的________。2．关系式mg＝__________3．结果地球的质量为：M＝__________＝5.96×1024kg计算地球的质量万有引力活动3【活动】二、“称量”太阳的质量问题探究二：1、用上面方法能测量太阳质量么？2、若已知地球绕太阳的轨道半径r，能否测量太阳的质量？3、地球绕太阳认为做什么运动？4、谁提供地球的向心力？5、为什么用这个向心力公式？6、知识拓展：已知其他行星绕太阳r和T，能计算太阳的质量么？用这个方法能求出环绕天体的质量么？用这个方法能测量月球的质量么？7、总结：算天体质量的基本思路？计算天体的质量万有引力

距离周期1．海王星的发现英国剑桥大学的学生__________和法国年轻的天文学家__________根据天王星的观测资料，利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道。1846年9月23日，德国的_______在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星。2．其他天体的发现近100年来，人们在海王星的轨道之外又发现了__________、阋神星等几个较大的天体。发现未知天体亚当斯勒维耶伽勒冥王星重点难点突破一、天体质量和密度的计算特别提醒：(1)利用万有引力提供向心力的方法只能求解中心天体的质量，而不能求出做圆周运动的行星或卫星的质量。(2)要注意R、r的区分。R指中心天体的半径，r指行星或卫星的轨道半径。科学家在研究地月组成的系统时，从地球向月球发射激光，测得激光往返时间为t。若还已知万有引力常量G，月球绕地球旋转(可看成匀速圆周运动)的周期T，光速c(地球到月球的距离远大于它们的半径)。则由以上物理量可以求出(

)A．月球到地球的距离 B．地球的质量C．月球受地球的引力 D．月球的质量答案：AB特别提醒：应用万有引力定律求解时还要注意挖掘题目中的隐含条件，如地球公转一周时间是365天，自转一周是24小时，其表面的重力加速度约为9.8m/s2等。如图所示，在火星与木星轨道之间有一小行星带。假设该带中的小行星只受到太阳的引力，并绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是(

)A．太阳对各小行星的引力相同B．各小行星绕太阳运动的周期均小于一年C．小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值D．小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值答案：C计算天体的质量

为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M。已知地球半径R＝6.4×106m，地球质量m＝6×1024kg，日地中心的距离r＝1.5×1011m，地球表面处的重力加速度g＝10m/s2,1年约为3.2×107s，试估算目前太阳的质量M(保留二位有效数字，引力常量未知)考点题型设计答案：2.0×1030kg点评：求天体质量的方法主要有两大类，一类是利用此天体的一个卫星(或行星)绕它做匀速圆周运动的有关规律来求，另一类是利用天体表面处的重力加速度来求，这两类方法本质上都是对万有引力定律的应用。天体密度的计算 1976年10月，剑桥大学研究生贝尔偶尔发现在星空中有一个奇怪的放射电源，它每隔1.337s发出一个脉冲讯号。贝尔和他的导师曾认为他们和外星人接上了头，后来大家认识到，事情没有那么浪漫，这类天体被定名为“脉冲星”，“脉冲星”的特点是脉冲周期短，且周期高度稳定，这意味着脉冲星一定进行准确的周期运动，自转就是一种很准确的周期运动。已知蟹状星云的中心星PS0531是一颗脉冲星，其周期为0.331s，PS0531的脉冲现象来自自转，设阻止该星离心瓦解的力是万有引力，估计PS0531的最小密度。答案：1.3×1012kg/m3答案：B

一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之迷！相信通过同学们努力学习，一定会为我国的航天事业贡献一份力量！让我们为祖国的强盛而骄傲！双星运动问题

天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星。双星系统在银河系中很普遍．利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量．已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动，周期均为T，两颗恒星之间的距离为r，试推算这个双星系统的总质量。(万有引力常量为G)分析：双星在它们的引力作用下做圆周运动，周期和角速度相同，都是由万有引力提供向心力。点评：对于双星问题要注意：(1)两星所需的向心力由两星球间万有引力提供，两星球做圆周运动的向心力大小相等。(2)两星球绕两星球间的连线上某点做圆周运动的角速度的大小相等。(3)两星球绕转动中心的半径r1、r2之和与两星球间的距离L相等，r1＋r2＝L。经长期观测，人们在宇宙中已经发现了“双星系统”，“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线度远