【教学目标】
1、 了解万有引力定律发现的思路和过程,知道地球上的重物下落与天体的运动的统一性。
2、 知道万有引力定律的适用范围。
3、 理解使用万有引力定律解决天体的运动问题的思路。
【教学重点】万有引力定律的建立和用万有引力定律解决天体的运动问题。
【教学难点】用万有引力定律解决天体的运动问题。
【复习导入】
设计思路:复习上一节所学的太阳与行星间的引力,导出牛顿的思考,引入地球与月球的引力有何特点?
【课内探究】自主交流 合作学习(学生分组交流,推荐代表回答,老师给予点评,然后明
确)
学生知道在地面上地球对物体的引力约等于物体的重力,根据行星绕日中引力的推导,把引力推广到地球对月球的作用,即进行“月地检验”,从而得出地月间的引力和地面物体所受的引力是同一种力。基于此,在本节课中以学生自主探究为主导。
一、牛顿的月地检验
【讨论1】根据下列是当时可以测量的数据,如何证明月亮受力满足“平方反比”的关系?
地表重力加速度:g = 9.8m/s2
地球半径: R = 6400×103m
月亮周期: T = 27.3天≈2.36×106s
月亮轨道半径: r ≈ 60R
老师点拨:
1、用引力的“平方反比定律”推导:
2、用圆周运动的知识推导:
学生展示自己的推导过程:
老师点评:力是改变物体运动状态的原因,牛顿的月地检验符合这个规律。
结论:地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力、与太阳和行星间的引力遵守相同的规律。
二、万有引力定律
1、万有引力定律内容:
2、万有引力定律表达式:
3、万有引力定律的适用条件:
4、注意:
例1对于万有引力定律的表达式F=Gm1m2/r2,下列说法正确的是( )
A. 公式中G为引力常量,它是由实验测得的,而不是人为规定的.
B. 当r趋近于0时,万有引力趋近于无穷大.
C. m1、m2受到的引力总是大小相等、方向相 反,是一对平衡力.
D. 公式中的F应理解为m1、m2所受引力之和.
学生自己讨论该题的结果,给出答案和各选项的点评。
4、 引力常数的测定——卡文迪许扭秤实验。
实验测得的是数值,单位可以根据公式推导。
【讨论2】
(1)我们人与人之间也一样存在万有引力,可是为什么我们感受不到呢?
假设质量均为60千克的两位同学,相距1米,他们之间的相互作用的万有引力多大?
(2)那么太阳与地球之间的万有引力又是多大呢?
已知:太阳的质量为M=2.0×1030kg,地球质量为m=5.8×1025kg,日地之间的距离为R=1.5×1011km
学生分组讨论给出结果:
老师明确:人与人之间的万有引力小到是一粒芝麻重的几千分之一,而地球与太阳之间的万有引力大到能够拉断直径为9000km的钢柱。
三、应用万有引力定律分析天体的运动
【讨论万有引力常量3】
利用牛顿第二定律把天体的圆周运动向心力的公式和万有引力公式结合会有什么结果?让学生讨论出解决天体运动的基本方法。
学生展示结果:
老师点评,然后提出第二个例题。
【讨论4】
例2高空遥控探测卫星在距离地面高度为H处绕地球转动,如果地球质量为M,半径为R。人造卫星的质量为m,万有引力常量为G。试求:
①人造卫星的线速度多大?
②人造卫星绕地球转动的周期是多少?
学生讨论,给出解题的过程。
老师点评学生的步骤是否合理,提出所有的天体的圆周运动也符合此规律,给出神舟七号的发射,圆周远动、回收的视频,提高学生的感性认识。
【讨论5】
神舟七号飞船进入距地球表面约343km的近圆轨道 ,飞船每90min绕地球一圈 地球半径6371km ,说一下能否由此计算出地球的质量?
学生讨论后给出解题的方法:
老师点评:这就是称量天体质量的方法。
3、分析:万有引力和重力的区别。
通过分析地球的自转分析出前面所学知识,为什么说重力是由于地球的吸引而产生的,而不能说成重力就是万有引力。给出解题常用的结论:在地球表面或在地表附近,忽略地球自转可近似认为重力等于万有引力。
巩固练习
1、两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起时,它们之间的万有引力为F。若半径为原来两倍的实心大铁球紧靠在一起时,则它们之间的万有引力为:( )
A 4F B 2F C F D 16F
2、把太阳系各行星的运动近似看做匀速圆周运动,则距离太阳
越远的行星( )
A 周期越小 B 线速度越小 C 角速度越小 D 加速度越小
3、已知太阳光从太阳射到地球需要500s,地球绕太阳公转的周期约为3.2×107s,地球的质量约为6×1024kg,求太阳对地球的引力为多大?(只需保留一位有效数字)
4、设地球表面的重力加速度为g0,物理在距离地心4R(R是地球的半径)处,由于地球的作用而产生的加速度为g,则g/g0为( )
A 、1 B 、 1/9 C 、1/4 D 、 1/16
学生做题后讨论给出解题的答案和思路,老师和全体同学给以点评。
课堂小结:
1、任何两物体之间都存在着相互作用的引力
2、万有引力的普遍性:存在于宇宙中的任何两物体之间
3、万有引力定律的计算适用于两质点和两匀质球之间的相互作用
4、得出万有引力定律的方法和思路(处理天体运动问题的关键是:万有引力提供做匀速圆周运动所需的向心力.)
【板书设计】
主要是学生通过板书展示自己的探究过程.
一、牛顿的月地检验
1、用引力的“平方反比定律”推导:
2、用圆周运动的知识推导:
二、万有引力定律
1、万有引力定律内容:
2、万有引力定律表达式:
3、万有引力定律的适用条件:
4、注意:
三、应用万有引力定律分析天体的运动
1、基本方法:把天体的运动看成是匀速 圆周运动,其所需向心力由万有引力提供 ,GMm/r2=mv2/r=m2r=m(2/T)2r=ma
例题2(1)由万有引力提供向心力公式GMm/r2=mv2/r得:
人造卫星的线速度:V=
(2)由万有引力提供向心力公式GMm/r2=m(2/T)2
得T=
2、称量天体质量的方法:
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