新教材人教版高中物理必修第二冊 7.2 萬有引力定律 導(dǎo)學(xué)案

1、精品文檔 精心整理精品文檔 可編輯的精品文檔7.2 萬有引力定律學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.了解推導(dǎo)出太陽與行星之間引力的表達(dá)式的方法。2.了解月地檢驗(yàn)的內(nèi)容和作用。3.理解萬有引力定律的內(nèi)容、含義及適用條件，應(yīng)用萬有引力定律解決實(shí)際問題【課堂合作探究】一、科學(xué)家的思考問題：是什么力支配著行星繞著太陽做如此和諧而有規(guī)律的運(yùn)動呢？問題：閱讀課文，嘗試簡述科學(xué)家對行星運(yùn)動規(guī)律的研究？二、行星與太陽間的引力問題：行星的實(shí)際運(yùn)動是橢圓運(yùn)動，但我們還不了解橢圓運(yùn)動規(guī)律，那應(yīng)該怎么辦？能把它簡化成什么運(yùn)動呢？問題：行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動需要向心力由什么力來提供做向心力？ 這個力的方向怎么樣？ 行星繞太陽的運(yùn)動可

2、以看做勻速圓周運(yùn)動，行星做勻速圓周運(yùn)動時，受到一個指向圓心（太陽）的引力，正是這個力提供了勻速圓周運(yùn)動所需的向心力，由此可推知太陽與行星間引力的方向沿著二者的連線。問題：太陽對行星的引力提供作為向心力，那這個力大小有什么樣定量關(guān)系？ 問題：既然太陽對行星有引力，那么行星對太陽有引力？它有怎么樣定量的關(guān)系？月地檢驗(yàn)1.牛頓的思考： 地球?qū)υ虑虻囊?、地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的引力若為同一種力，其大小的表達(dá)式滿足2檢驗(yàn)過程：【理論分析】對月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動，由 和a月 ，可得： 對蘋果自由落體，由 和a蘋 得：a蘋_由r60R，可得：a蘋(a月)_【事實(shí)檢驗(yàn)】請根據(jù)天文觀測數(shù)據(jù)（事實(shí)）計算月球所在處

3、的向心加速度：當(dāng)時，已能準(zhǔn)確測量的量有：（即事實(shí)）地球表面附近的重力加速度：g = 9.8m/s2，地球半徑： R = 6.4106m，月亮的公轉(zhuǎn)周期：T =27.3天2.36106s，月亮軌道半徑： r =3.8108m 60R。根據(jù)以上條件如何處理？萬有引力定律定義： 表達(dá)式：適用條件：對萬有引力定律的理解：(1)普遍性：它存在于宇宙中任何客觀存在的兩個物體之間。(2)相互性：任何兩物體間的相互引力，都是一對作用力和反作用力，合牛頓第三定律。(3)宏觀性：通常情況下，萬有引力非常小，只有在質(zhì)量巨大的天體間或天體與天體附近的物體間，它的作用才有實(shí)際的物理意義。（4）獨(dú)立性：萬有引力的大小只與

4、它們的質(zhì)量和距離有關(guān)，與其他的因素均無關(guān)。不管它們之間是否還有其他作用力。5.發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的重要意義: 揭示了地面上物體運(yùn)動的規(guī)律和天體上物體的運(yùn)動遵從同一規(guī)律，讓人們認(rèn)識到天體上物體的運(yùn)動規(guī)律也是可以認(rèn)識的,解放了人們的思想,給人們探索自然的奧秘建立了極大信心, 對后來的物理學(xué)、天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。 6.引力常量1686年牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律后，卻無法算出兩個天體間的引力大小。100多年以后，英國物理學(xué)家卡文迪許利用扭秤裝置，第一次比較準(zhǔn)確地測出了引力常量。 裝置的巧妙之處：兩次放大及等效的思想 。（1）扭秤裝置把微小力通過杠桿旋轉(zhuǎn)明顯反映出來（一次放大）；（2）扭轉(zhuǎn)角度（微小形

5、變）通過光標(biāo)的移動來反映（二次放大），從而確定物體間的萬有引力。（3）標(biāo)準(zhǔn)值：G6.672591011Nm2/kg2， 通常取G6.671011Nm2/kg2 。測定引力常量的重要意義（1）證明了萬有引力的存在；（2）“開創(chuàng)了測量弱力的新時代” （英國物理學(xué)家玻印廷語）；（3）使得萬有引力定律有了真正的實(shí)用價值，可測定遠(yuǎn)離地球的一些天體的質(zhì)量、平均密度等?！菊n堂檢測】1.氫原子有一個質(zhì)子和圍繞質(zhì)子運(yùn)動的電子組成，已知質(zhì)子的質(zhì)量為1.6710-27kg，電子的質(zhì)量為9.110-31kg，如果質(zhì)子與電子的距離為1.010-10m，求它們之間的萬有引力。2.下列說法正確的是（ ）A開普勒發(fā)現(xiàn)了行星的

6、運(yùn)動規(guī)律并據(jù)此推廣出了萬有引力定律B牛頓借助萬有引力定律發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星C卡文迪許第一次在實(shí)驗(yàn)室里測出了萬有引力常量，因此被譽(yù)為稱量地球質(zhì)量第一人D據(jù)萬有引力公式 ，當(dāng)兩物體間的距離趨近于0時，萬有引力趨近于無窮大3.知兩物體相距r時物體間的萬有引力大小是F，現(xiàn)使兩物體的質(zhì)量和它們之間的距離都增大為原來的2倍，此時它們之間的萬有引力是（）4.一顆人造衛(wèi)星在地球引力作用下，繞地球做勻速圓周運(yùn)動，已知地球的質(zhì)量為M，地球的半徑為R，衛(wèi)星的質(zhì)量為m，衛(wèi)星離地面的高度為h，引力常量為G，則地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力大小為（ ）5.如圖所示，兩球間的距離為r，兩球的質(zhì)量分布均勻，質(zhì)量大小分別為m1、m2，

7、半徑大小分別為r1、r2，則兩球間的萬有引力大小為（ ）【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】第谷、開普勒等人對行星運(yùn)動的研究漫長而曲折，牛頓在他們研究的基礎(chǔ)上，得出了科學(xué)史上最偉大的定律之一萬有引力定律下列有關(guān)萬有引力定律的說法中正確的是()A. 開普勒通過研究觀測記錄發(fā)現(xiàn)行星繞太陽運(yùn)行的軌道是橢圓B. 太陽與行星之間引力的規(guī)律并不適用于行星與它的衛(wèi)星C. 庫侖利用實(shí)驗(yàn)較為準(zhǔn)確地測出了引力常量G的數(shù)值D. 牛頓在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程中沒有利用牛頓第三定律的知識關(guān)于萬有引力定律，下列說法正確的是()A. 萬有引力定律是牛頓在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的B. 兩個物體間的萬有引力總是大小相等、方向相反，是一對平衡力C.

8、公式F=Gm1m2r2中的G為比例系數(shù)，它是人為規(guī)定的D. 測出引力常量的科學(xué)家是伽利略下列說法正確的是()A. 開普勒行星運(yùn)動定律只適用于行星繞太陽的運(yùn)動，不適用于衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動B. 牛頓提出了萬有引力定律，并測定了引力常量的數(shù)值C. 萬有引力的發(fā)現(xiàn)，揭示了自然界一種基本相互作用的規(guī)律D. 地球繞太陽在橢圓軌道上運(yùn)行，在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)受到太陽的萬有引力大小是相同的地球的質(zhì)量為M，半徑為R。質(zhì)量為m的宇航員離地面高度為h時，受到地球的萬有引力為()A. F=GMmRB. F=GMmR2C. F=GMmR+hD. F=GMm(R+h)2假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的球體.一礦井深度為d(

9、礦井寬度很小).已知質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的引力為零，則礦井底部和地面處的重力加速度大小之比為()A. 1-dRB. 1+dRC. R-dR2D. RR-d2北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BeiDou(COMPASS)NavigationSatelliteSystem是中國正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，縮寫為BDS.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站下列說法符合史實(shí)的是()A. 牛頓發(fā)現(xiàn)了行星的運(yùn)動規(guī)律B. 開普勒發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律C. 卡文迪許第一次在實(shí)驗(yàn)室里測出了萬有引力

10、常量D. 牛頓發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星以下關(guān)于行星運(yùn)動及萬有引力的描述正確的是()A. 開普勒認(rèn)為行星繞太陽運(yùn)行的軌道是橢圓，行星在橢圓軌道上各個地方的速率均相等B. 太陽對行星的引力與地球?qū)υ虑虻囊儆诓煌再|(zhì)的力C. 牛頓提出的萬有引力定律只適用于天體之間D. 卡文迪許利用扭稱實(shí)驗(yàn)測出了引力常量的數(shù)值關(guān)于萬有引力定律，以下說法正確的是()A. 牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上總結(jié)出萬有引力定律，并準(zhǔn)確得出了引力常量G的值B. 德國天文學(xué)家開普勒對第谷觀測的行星數(shù)據(jù)進(jìn)行了多年研究，得出萬有引力定律C. 英國物理學(xué)家卡文迪許比較準(zhǔn)確測得引力常量G的值，并求出了地球的質(zhì)量D. 相互作用的兩個物體，質(zhì)量大的物

11、體受到的萬有引力較大，質(zhì)量小的物體受到的萬有引力較小下列說法正確的是()A. 兩個微觀粒子之間也存在萬有引力B. 月-地檢驗(yàn)的結(jié)果證明了引力與重力式兩種不同性質(zhì)的力C. 牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律并測定了引力常量D. 由公式F=Gm1m2r2可知，當(dāng)r0時，引力F下列說法正確的是()A. 對于行星繞太陽運(yùn)動，開普勒第三定律公式a3T2=k中的k值由太陽質(zhì)量決定，與行星質(zhì)量無關(guān)B. 地球?qū)υ虑虻囊Υ笥谠虑驅(qū)Φ厍虻囊. 牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律并測出了萬有引力常量G的值D. 第一宇宙速度是人造衛(wèi)星的最大發(fā)射速度，同時也是最小環(huán)繞速度參考答案【課堂檢測】1.解：根據(jù)萬有引力定律質(zhì)子與電子之間的萬有引

12、力為2.C 3.B 3.A 5.D【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】1.A【解析】A.根據(jù)開普勒第一定律可知，所有行星繞太陽的運(yùn)動都是橢圓，故A正確；B.太陽與行星間的引力就是萬有引力，萬有引力適用于一切天體之間，故B錯誤；C.萬有引力常量G是由卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室中首次準(zhǔn)確測量出來的，故C錯誤；D.在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程中，牛頓應(yīng)用了牛頓第三定律的規(guī)律，故D錯誤。故選A。2.A【解析】A. 萬有引力定律是牛頓在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的。故A正確。B. 兩個物體間的相互的萬有引力是一對作用力和反作用力，大小相等，方向相反。故B錯誤。C.F=Gm1m2r2中的G為引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)測得的，而不是人為規(guī)定的。故C錯誤

13、。D. 測出引力常量的科學(xué)家是卡文迪許。故D錯誤。故選：A。3.C【解析】A.開普勒行星運(yùn)動定律只適用于行星繞太陽的運(yùn)動，也適用于衛(wèi)星繞行星的運(yùn)動。故A錯誤。B.牛頓提出了萬有引力定律，但沒有引力常量的數(shù)值，是卡文迪許測定了引力常量的數(shù)值。故B錯誤。C.萬有引力的發(fā)現(xiàn)，揭示了自然界一種基本相互作用的規(guī)律，故C正確。D.地球繞太陽在橢圓軌道上運(yùn)行，由萬有引力定律知地球在近日點(diǎn)受到太陽的萬有引力比遠(yuǎn)日點(diǎn)的大，故D錯誤。故選：C。4.D【解析】根據(jù)萬有引力公式有：F=GMmr2，其中r=R+h，則萬有引力大小為：F=GMm(R+h)2，故D正確，ABC錯誤。故選D。5.A【解析】地球表面到深度為d的

14、部分為質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)的礦井底部引力為零。深度為d的礦井底部的引力，由半徑為R-d的球形部分產(chǎn)生。地球表面的重力加速度為g=GMR2，礦井底部的重力加速度可以看成是半徑為(R-d)的球體表面的重力加速度故有g(shù)=GMR-d2。所以球體質(zhì)量分布均勻，所以M=g43R3，故MM=R-d3R3，綜上可知gg=R-dR=1-dR，故A正確，BCD錯誤。故選A。6.C【解析】A.開普勒發(fā)現(xiàn)了行星的運(yùn)動規(guī)律，故A錯誤；B.牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，故B錯誤；C，卡文迪許第一次在實(shí)驗(yàn)室里測出了萬有引力常量，故C正確；D.海王星和冥王星不是牛頓發(fā)現(xiàn)的，故D錯誤故選C7.D【解析】A、開普勒發(fā)現(xiàn)行星沿橢圓軌

15、道繞太陽運(yùn)動，但行星在橢圓軌道上各個地方的速率不相等，故A錯誤；B、牛頓發(fā)現(xiàn)地球?qū)χ車矬w的引力與太陽對行星的引力是相同性質(zhì)的力，故B錯誤；C、牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，適用自然界中任何物體，故C錯誤；D、卡文迪許通過實(shí)驗(yàn)測出引力常量，故D正確；故選：D。8.C【解析】A.牛頓在前人研究基礎(chǔ)上總結(jié)出萬有引力定律，英國物理學(xué)家卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)首先較準(zhǔn)確的測定了引力常量，故A錯誤；B.德國天文學(xué)家開普勒對他的導(dǎo)師第谷觀測的行星數(shù)據(jù)進(jìn)行多年研究，得出了開普勒三大定律，故B錯誤；C.英國物理學(xué)家卡文迪許利用扭秤比較準(zhǔn)確的測定了引力常量，間接求出了地球的質(zhì)量，故C正確；D.根據(jù)牛頓第三定律，相互作用的兩個物體之間的作用力大小是相等的，質(zhì)量大的物體受到的萬有引力和質(zhì)量小的物體受到的萬有引力一樣大，故D錯誤。故選C。9.A【解析】A、萬有引力是普遍存在于宇宙空間中所有具有質(zhì)量的物體之間的相互作用，具有普遍性，故A正確；B、“月-地檢驗(yàn)”表明地面物體所受地球的引力與月球所受地球的引力是同種性質(zhì)的力，故B錯誤；C、牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，卡文迪許測定了引力常量，故C錯誤；D、當(dāng)兩個物體間距為零時，兩個物體不能簡化為質(zhì)點(diǎn)，不適用于萬有引力定律，故D錯誤；故選：A。10.A【解析】A.對于行星繞