2017人教版高中物理必修二6.4《万有引力理论的成就》word学案.doc

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资源描述

1、四川省雷波县民族中学高中物理 6.4 万有引力理论的成就教案 新 人教版必修 2 学习目标 课标要求 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。 重、难点 1行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。 2会用已知条件求中心天体的质量。 巩固基础 1.第一个“称量地球质量”的科学家是 ( ) A.牛顿 B.开普勒 C.卡文迪许 D.爱因斯坦 2.物体在月球表面的重力加速度是在地球表面的重力加速度的 1/6,这说明了( ) A地球的半径是月球半径的 6 倍 B地球的质量是月球质量的 6 倍 C月球吸引地球的力是

2、地球吸引月球的力的 16 D物体在月球表面的重力是其在地球表面的重力的 3.某行星的一颗卫星在半径为 r 的圆轨道上绕行星运行,运行的周期是 T。已知引力常量 为 G,这个行星的质量 M= 4. 已知地球表面的重力加速度为 g,引力常量为 G,地球半径为 R,则地球质量 M= 5已知地球绕太阳的公转可看做匀速圆周运动,其轨道半径约为 1.51011m,公转周期约 为 3.2107s,万有引力常量 G=6.6710-11 Nm2/kg2,则可估算太阳质量为 _kg(结果保留一位有效数字) 6. 一艘宇宙飞船飞近某一个不知名的行星,并进入靠近该行星表面的圆形轨道,宇航员进行 预定的考察工作,宇航员

3、能不能仅用一只电子表通过测定时间来测定 该行星的密度? 说明 理由. 已知万有引力常量 G。 7.已知万有引力常量 G,地 球半径 R,月球中心与地球中心间距离 r,同步卫星距地面的高 度 h,月球绕地球的运转周期 T1,地球自转周期 T2,地球表面的重力加速度 g。某同学根据 以上条件,提出一种估算地球质量 M 的方法: 同步卫星绕地心做圆周运动,同步卫星的周期为 T, T=T2, 由牛顿第二定律与万有引 力 定律得 ,得hTmhM22)(234GTh (1)请判断上面的结果是否正确,并说明理由。如不正确,请给出正确的解法和结果。 (2)请根据已知条件再提出两种估算地球质量的方法,并解得结果

4、。 提升能力 8为了估算一个天体的质量,需要知道绕该天体做匀速圆周运动的另一小星球的条件是 ( ) A质量和运转周期 B运转周期和轨道半径 C轨道半径和环绕线速度 D环绕速度和质量 9某恒星有一颗行星,它绕该恒星做匀速圆周运动的周期是 T,恒星的半径为 R,行星高 度为 h,万有引力常量为 G,则该恒星的平均密度为_. 10宇宙中存在一些离其他恒星较远的、由两颗靠得很近的恒星组成的双星系统。两颗星 必须各自以一定的速率绕它们连线上的某一点转动,才不至于由于万有引力的作用而将它 们吸引到一起已知这两颗恒星的质量分别为 m1、 m2,相距 L,求这两颗恒星的转动周 期(引力常量为 G) 感悟经典

5、“天宫一号”与物理 中国首个目标飞行器 “天宫一号” 于北京时间 2011 年 9 月 29 日 从甘肃酒泉卫星 发射中心发射升空,与之相关的某些物理问题分析如下: 1.“天宫一号”飞船在 太空遨游,它是否受力的作用,为什么? 答案:飞船绕地球做匀速圆周运动,此时飞船受地球引力提供向心力,但在飞船这个非 惯性系中,感觉似乎不受力,就像在自由落体的电梯里,里面的人感觉失重一样 2.“神舟”飞船升空后,会及时展开太阳能电池板,太阳能电池就开始为飞船提供“源动 力” 。人们把太阳能电池称为“载人飞船系统动力之源” 。以下关于太阳能电池的作用及飞 船动力的说法,正确的是:( ) A、太阳能电池提供的电

6、能供飞船系统的各种电器用电,如通讯设备、计算机、自动控制 等; B、太阳能电池提供的电能主要用来为飞船的运行提供动力,如变轨、姿态调整等; C、飞船的变轨、姿态调整等要靠发动机,即火箭提供动力; D、太阳 能电池是把太阳能直接转化为电能的装置 答案:ACD 3.在飞船的实验室里,仍然能够使用的仪器是( ) A 密度计 B 酒精温度计 C 天平 D 水银气压计 答案:B 4.“神八”进入轨道后它的运行速度是不是要大于第一宇宙速度,加速行驶才能追上“天 宫”? 答案:不是。 “神八”追上“天宫一号”主要是靠二者的高度不一样, “天宫一号”稍高一 些,根据“高空低速大周期”可知, “神八”快一些,所

7、以能追上“天宫一号” 。 5.“天宫一号”为什么要降低轨道? 答案:“天宫一号”的测试轨道为 350km,与“神八”对接时轨道高度为 343km。因为高 一点的大气密度就小了,这样使它的衰减就小了,每转一圈轨道都要降低,这叫轨道衰减 (大气阻力) 。 所以如果没有任务的话就把它放高一点,这样高度衰减的就比较慢,这 样节省推进剂。如果 现在就维持在将来要对接的 343 公里以上,就得不断的给它加推力、 加速爬高。 6.卫星的发射 过程中涉及的问题 轨道倾角: 航天器绕地球运行的轨道平面与地球赤道平面之间的夹角 按轨道倾角可将 卫星运行轨道分为四类: 顺行轨道:特征是轨道倾角小于 90,在这种轨道

8、上的卫星,绝大多数离地面较近, 高度仅为数百公里,故又称为近地轨道我国地处北半球,要把卫星送入这种轨道,运载 火箭要朝东南方向 发射,这样能充分利用地球自西向东旋转的部分速度,从而可以节约发 射能量,我国的“神舟“号试验飞船都是采用这种轨道发射的; 逆行轨道:特征是轨道倾角大于 90,欲将卫星送入这种轨道运行,运载火箭需要朝 西南方向发射不仅无法利用地球自转的部分 速度,而且还要付出额外能量克服地球自转 部分的速度即逆着地球的旋转方向发射耗能较多,因此除了太阳同步轨道外,一般不采 用这种轨道发射; 赤道轨道:特征是轨道倾角为 0,卫星在赤道上空运行这种轨道有无数条,但其 中有一条相对地球静止的

9、轨道,即地球同步卫星轨道.计算可知当卫星在赤道上空 35786 公里高处自西向东运行一周约为 24 小时,即卫星相对地表静止。从地球上看,卫星犹如固 定在赤道上空某一点随地球一起转动在同步卫星轨道上均匀分布 3 颗通信卫星即可以进 行全球通 信的科学设想早已实现世界上主要的通信卫星都分布在这条轨道上; 极地轨道:特点是轨道倾角恰好等于 90,它因卫星过南北两极而得名,在这种轨道 上运行的卫星可以飞经地球上任何地区的上空 第四节 万有引力理论的成就 答案:1.C 2.D 3. 4. 5. 21030 234rMGTgR2 6 .解答:能测定该行星的密度 设该行星的半径为 R,行星和宇航员的质量分

10、别为 M、m,秒表测定转一周的时间为 T, 宇航员受到该行星的万有引力提供他的向心力,由牛顿第二定律有: TmRG22)( 设该行星的密度为 ,有: 34M 由 得: 23GT 7. (1)上面结果是错误的,地球的半径 R 在计算过程中不能忽略,正确解法和结果: 由牛顿第二定律与万有引力定律得 ,得)(2)(hTmhM2 3)(4GThRM (2)方法一:月球绕地球做圆周运动,由牛顿第二定律与万有引力定律得 ,得21)(TmrMG 21 34GTr 方法二:在地面重力近似等于万有引力,有 得mgRG2GRM2 8.BC 9. 32()RhT 10. 解析:由万有引力定律和向心力公式来求即可 m1、 m2做匀速圆周运动的半径分 别为 R1、 R2,它们的向心力是由它们之间的万有引力提供,所以 214mGLT 22 1R 由有: 12mR 得: 2L 代入 式 312()TG

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