安徽省宿州市泗縣2012-2013學(xué)年高一物理 6.4 萬(wàn)有引力理論的成就教案 新人教版

1、第四節(jié) 萬(wàn)有引力理論的成就學(xué)習(xí)目標(biāo)課標(biāo)要求1了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用。  2會(huì)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量。3理解并運(yùn)用萬(wàn)有引力定律處理天體問(wèn)題的思路和方法。重、難點(diǎn)1行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)的向心力是由萬(wàn)有引力提供的。 2會(huì)用已知條件求中心天體的質(zhì)量。鞏固基礎(chǔ)1.第一個(gè)“稱量地球質(zhì)量”的科學(xué)家是 （ ）A.牛頓 B.開(kāi)普勒 C.卡文迪許 D.愛(ài)因斯坦2.物體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，這說(shuō)明了()A地球的半徑是月球半徑的6倍B地球的質(zhì)量是月球質(zhì)量的6倍C月球吸引地球的力是地球吸引月球的力的D物體在月球表面的重力是其在地球表面的重力的3.某行星的一顆衛(wèi)星

2、在半徑為r的圓軌道上繞行星運(yùn)行，運(yùn)行的周期是T。已知引力常量為G，這個(gè)行星的質(zhì)量M=4. 已知地球表面的重力加速度為g,引力常量為G,地球半徑為R,則地球質(zhì)量M=5已知地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)可看做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑約為1.5×1011m，公轉(zhuǎn)周期約為3.2×107s，萬(wàn)有引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，則可估算太陽(yáng)質(zhì)量為_(kāi)kg（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）6. 一艘宇宙飛船飛近某一個(gè)不知名的行星,并進(jìn)入靠近該行星表面的圓形軌道,宇航員進(jìn)行預(yù)定的考察工作,宇航員能不能僅用一只電子表通過(guò)測(cè)定時(shí)間來(lái)測(cè)定該行星的密度? 說(shuō)明理由. 已知萬(wàn)有引力常量

3、G。7.已知萬(wàn)有引力常量G，地球半徑R，月球中心與地球中心間距離r，同步衛(wèi)星距地面的高度h，月球繞地球的運(yùn)轉(zhuǎn)周期T1,地球自轉(zhuǎn)周期T2,地球表面的重力加速度g。某同學(xué)根據(jù)以上條件，提出一種估算地球質(zhì)量M的方法：同步衛(wèi)星繞地心做圓周運(yùn)動(dòng)，同步衛(wèi)星的周期為T, T=T2，由牛頓第二定律與萬(wàn)有引力定律得,得（1）請(qǐng)判斷上面的結(jié)果是否正確，并說(shuō)明理由。如不正確，請(qǐng)給出正確的解法和結(jié)果。（2）請(qǐng)根據(jù)已知條件再提出兩種估算地球質(zhì)量的方法，并解得結(jié)果。提升能力8為了估算一個(gè)天體的質(zhì)量，需要知道繞該天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的另一小星球的條件是 ( )A質(zhì)量和運(yùn)轉(zhuǎn)周期B運(yùn)轉(zhuǎn)周期和軌道半徑C軌道半徑和環(huán)繞線速度D環(huán)繞速

4、度和質(zhì)量9某恒星有一顆行星，它繞該恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期是T，恒星的半徑為R，行星高度為h，萬(wàn)有引力常量為G，則該恒星的平均密度為_(kāi). 10宇宙中存在一些離其他恒星較遠(yuǎn)的、由兩顆靠得很近的恒星組成的雙星系統(tǒng)。兩顆星必須各自以一定的速率繞它們連線上的某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，才不至于由于萬(wàn)有引力的作用而將它們吸引到一起已知這兩顆恒星的質(zhì)量分別為m1、m2，相距L，求這兩顆恒星的轉(zhuǎn)動(dòng)周期(引力常量為G) 感悟經(jīng)典 “天宮一號(hào)”與物理中國(guó)首個(gè)目標(biāo)飛行器 “天宮一號(hào)” 于北京時(shí)間 2011 年 9 月 29 日 從甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，與之相關(guān)的某些物理問(wèn)題分析如下： 1.“天宮一號(hào)”飛船在太空遨游，它是

5、否受力的作用，為什么? 答案：飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)飛船受地球引力提供向心力，但在飛船這個(gè)非慣性系中，感覺(jué)似乎不受力，就像在自由落體的電梯里，里面的人感覺(jué)失重一樣 2.“神舟”飛船升空后，會(huì)及時(shí)展開(kāi)太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)能電池就開(kāi)始為飛船提供“源動(dòng)力”。人們把太陽(yáng)能電池稱為“載人飛船系統(tǒng)動(dòng)力之源”。以下關(guān)于太陽(yáng)能電池的作用及飛船動(dòng)力的說(shuō)法，正確的是：（ ）A、太陽(yáng)能電池提供的電能供飛船系統(tǒng)的各種電器用電，如通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等； B、太陽(yáng)能電池提供的電能主要用來(lái)為飛船的運(yùn)行提供動(dòng)力，如變軌、姿態(tài)調(diào)整等； C、飛船的變軌、姿態(tài)調(diào)整等要靠發(fā)動(dòng)機(jī)，即火箭提供動(dòng)力； D、太陽(yáng)能電池是把太陽(yáng)

6、能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置 答案：ACD3.在飛船的實(shí)驗(yàn)室里，仍然能夠使用的儀器是( ) A 密度計(jì) B 酒精溫度計(jì) C 天平 D 水銀氣壓計(jì) 答案：B 4.“神八”進(jìn)入軌道后它的運(yùn)行速度是不是要大于第一宇宙速度，加速行駛才能追上“天宮”？ 答案：不是?！吧癜恕弊飞稀疤鞂m一號(hào)”主要是靠二者的高度不一樣，“天宮一號(hào)”稍高一些，根據(jù)“高空低速大周期”可知，“神八”快一些，所以能追上“天宮一號(hào)”。 5.“天宮一號(hào)”為什么要降低軌道？ 答案：“天宮一號(hào)”的測(cè)試軌道為 350km，與“神八”對(duì)接時(shí)軌道高度為 343km。因?yàn)楦咭稽c(diǎn)的大氣密度就小了，這樣使它的衰減就小了，每轉(zhuǎn)一圈軌道都要降低，這叫軌道衰減（大

7、氣阻力） 。 所以如果沒(méi)有任務(wù)的話就把它放高一點(diǎn)，這樣高度衰減的就比較慢，這樣節(jié)省推進(jìn)劑。如果 現(xiàn)在就維持在將來(lái)要對(duì)接的 343 公里以上，就得不斷的給它加推力、加速爬高。6.衛(wèi)星的發(fā)射過(guò)程中涉及的問(wèn)題 軌道傾角： 航天器繞地球運(yùn)行的軌道平面與地球赤道平面之間的夾角 按軌道傾角可將衛(wèi)星運(yùn)行軌道分為四類： 順行軌道：特征是軌道傾角小于 90°，在這種軌道上的衛(wèi)星，絕大多數(shù)離地面較近，高度僅為數(shù)百公里，故又稱為近地軌道我國(guó)地處北半球，要把衛(wèi)星送入這種軌道，運(yùn)載火箭要朝東南方向發(fā)射，這樣能充分利用地球自西向東旋轉(zhuǎn)的部分速度，從而可以節(jié)約發(fā)射能量，我國(guó)的"神舟"號(hào)試驗(yàn)飛船

8、都是采用這種軌道發(fā)射的； 逆行軌道：特征是軌道傾角大于 90°，欲將衛(wèi)星送入這種軌道運(yùn)行，運(yùn)載火箭需要朝西南方向發(fā)射不僅無(wú)法利用地球自轉(zhuǎn)的部分速度，而且還要付出額外能量克服地球自轉(zhuǎn)部分的速度即逆著地球的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)射耗能較多，因此除了太陽(yáng)同步軌道外，一般不采用這種軌道發(fā)射； 赤道軌道：特征是軌道傾角為 0°，衛(wèi)星在赤道上空運(yùn)行這種軌道有無(wú)數(shù)條，但其中有一條相對(duì)地球靜止的軌道，即地球同步衛(wèi)星軌道.計(jì)算可知當(dāng)衛(wèi)星在赤道上空 35786公里高處自西向東運(yùn)行一周約為24小時(shí)，即衛(wèi)星相對(duì)地表靜止。從地球上看，衛(wèi)星猶如固定在赤道上空某一點(diǎn)隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)在同步衛(wèi)星軌道上均勻分布3顆通信衛(wèi)星

9、即可以進(jìn)行全球通信的科學(xué)設(shè)想早已實(shí)現(xiàn)世界上主要的通信衛(wèi)星都分布在這條軌道上； 極地軌道：特點(diǎn)是軌道傾角恰好等于 90°，它因衛(wèi)星過(guò)南北兩極而得名，在這種軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星可以飛經(jīng)地球上任何地區(qū)的上空第四節(jié) 萬(wàn)有引力理論的成就答案：1.C 2.D 3. 4. 5. 2×1030 6 .解答：能測(cè)定該行星的密度設(shè)該行星的半徑為R，行星和宇航員的質(zhì)量分別為M、m，秒表測(cè)定轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為T， 宇航員受到該行星的萬(wàn)有引力提供他的向心力，由牛頓第二定律有： 設(shè)該行星的密度為，有： 由 得： 7. （1）上面結(jié)果是錯(cuò)誤的，地球的半徑R在計(jì)算過(guò)程中不能忽略，正確解法和結(jié)果：由牛頓第二定律與萬(wàn)有引力定律得，得（2）