2019-2020年高中物理《太陽與行星間的引力》導學案 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中物理《太陽與行星間的引力》導學案 新人教版必修2 【課題】：太陽與行星間的引力 【課型】問題生成解決拓展課 【學習目標】 1．理解太陽與行星間引力的存在 2．能根據開普勒行星運動定律和牛頓第三定律推導出太陽與行星間的引力表達式 3．了解萬有引力定律得出的思路和過程，理解萬有引力定律的含義，掌握萬有引力定律的公式； 4．知道任何物體間都存在著萬有引力，且遵循相同的規(guī)律。 【重點】1、太陽與行星間引力的理解 2、科學精神、科學思想方法的培養(yǎng) 【難點】1、對太陽與行星間引力的推導 2、據學生認知情況確定探究點 【自主導學】 古人對行星運動的認識？ 1.太陽對行星的引力 （1）行星繞太陽做近似勻速圓周運動時，需要的向心力由__________提供的。 （2）向心力的基本公式_______________。 （3）周期表示的向心力公式______________。 （4）代入開普勒第三定律后的表達式為____________________。 （5）太陽對行星的引力與__________成正比，與__________成反比；對任何行星都成立的關系式應為__________。 2.行星對太陽的引力 根據牛頓第三定律，可知太陽吸引行星的同時，行星也吸引太陽，由此可得行星吸引太陽的力的表達式應為__________。 3.太陽與行星間的吸引力 概括太陽與行星間的相互引力大小可知，太陽與行星間的引力的大小與__________、__________成正比，與__________成反比，即表達式為__________，相互引力的方向沿著__________。 【例題精析】 例1 關于太陽對行星的引力，下列說法中正確的是（ ） A.太陽對行星的引力提供行星做勻速圓周運動的向心力，因此有，由此可知，太陽對行星的引力F引與太陽到行星的距離r成反比 B.太陽對行星的引力提供行星繞太陽運動的向心力，因此有，由此可知，太陽對行星的引力F引與行星運動速度平方成正比 C.太陽對不同行星的引力，與行星的質量成正比，與行星和太陽間的距離的二次方成反比 D.以上說法均不對 例2：證明開普勒第三定律中，各行星繞太陽公轉周期的平方與公轉軌道半徑的三次方的比值k是與太陽質量有關的恒量。 拓展：在解決有關行星運動問題時，常常用到這樣的思路：將行星的運動近似看作勻速圓周運動，而勻速圓周運動的向心力則由太陽對行星的引力提供。研究其它天體運動也同樣可以用這個思路，只是天體運動的向心力由處在圓心處的天體對它的引力提供。 【夯實基礎】 1.下面關于太陽對行星的引力說法中正確的是（ ） A．太陽對行星的引力等于行星做勻速圓周運動的向心力 B．太陽對行星的引力大小與行星的質量成正比，與行星和太陽間的距離成反比 C．太陽對行星的引力是由實驗得出的 D．太陽對行星的引力規(guī)律是由開普勒行星運行定律和行星繞太陽做勻速圓周運動的規(guī)律推導出來的 2.下列關于行星對太陽的引力的說法中正確的是（ ） A．行星對太陽的引力與太陽對行星的引力是同一性質的力 B．行星對太陽的引力與太陽的質量成正比，與行星的質量無關 C．太陽對行星的引力大于行星對太陽的引力 D．行星對太陽的引力大小與太陽的質量成正比，與行星距太陽的距離成反比 3.下列說法正確的是（ ） A．在探究太陽對行星的引力規(guī)律時，我們引用了公式，這個關系式實際上是牛頓第二定律，是可以在實驗室中得到驗證的 B．在探究太陽對行星的引力規(guī)律時，我們引用了公式，這個關系式實際上是勻速圓周運動的一個公式，它是由速度的定義式得來的 C．在探究太陽對行星的引力規(guī)律時，我們引用了公式，這個關系式是開普勒第三定律，是可以在實驗室中得到證明的 D．在探究太陽對行星的引力規(guī)律時，使用的三個公式，都是可以在實驗室中得到證明的 4. 把行星運動近似看作勻速圓周運動以后，開普勒第三定律可寫為T2＝kr3，則可推得（ ） A．行星受太陽的引力為 B．行星受太陽的引力都相同 C．行星受太陽的引力 D．質量越大的行星受太陽的引力一定越大 5.關于太陽與行星間的引力，下列說法中正確的是（ ） A．太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是一對平衡力 B．太陽對行星的引力與行星對太陽的引力是作用力與反作用力的關系 C．太陽與行星間的引力大小與太陽的質量、行星的質量成正比，與兩者的距離的平方成反比 D．以上說法均不對 6.根據開普勒定律，我們可以推出的正確結論有（ ） A．人造地球衛(wèi)星的軌道都是橢圓，地球在橢圓的一個焦點上 B．衛(wèi)星離地球越遠，速率越小 C．衛(wèi)星離地球越遠，周期越大 D．同一衛(wèi)星繞不同的行星運行，的值都相同 【知能提升】 1．有一星球的密度與地球的密度相同，但它表面處的重力加速度是地面上重力加速度的4倍，則該星球的質量將是地球質量的（ ） A.1/4 B. 4倍 C. 16倍 D. 64倍。 2．對于太陽與行星間引力的表述式，下面說法中正確的是（ ） A. 公式中G為引力常量，它是人為規(guī)定的 B. 當r趨近于零時，太陽與行星間的引力趨于無窮大 C. 太陽與行星受到的引力總是大小相等的、方向相反，是一對平衡力 D. 太陽與行星受到的引力總是大小相等的、方向相反，是一對作用力與反作用力 3．關于太陽與行星間的引力，下列說法正確的是（ ） A．神圣和永恒的天體的勻速圓周運動無需要原因，因為圓周運動是最美的。 B．行星繞太陽旋轉的向心力來自太陽對行星的引力 C．牛頓認為物體運動狀態(tài)發(fā)生改變的原因是受到力的作用。行星圍繞太陽運動，一定受到了力的作用。 D．牛頓把地面上的動力學關系應用到天體間的相互作用，推導出了太陽與行星間的引力關系 4．在宇宙發(fā)展演化的理論中，有一種學說叫“宇宙膨脹說”，就是天體的距離在不斷增大，根據這理論，在很久很久以前，太陽系中地球的公轉情況與現(xiàn)在相比（ ） A．公轉半徑較大 B．公轉周期較小 C．公轉速率較大 D．公轉角速度較小 5．若火星和地球都繞太陽做勻速圓周運動，今知道地球的質量、公轉的周期和地球與太陽之間的距離，今又測得火星繞太陽運動的周期，則由上述已知量可求出（ ） A．火星的質量 B．火星與太陽間的距離 C．火星的加速度大小 D．火星做勻速圓周運動的速度大小 6．假設地球與月球間的引力與地球表面物體受到的重力是同種性質的力，即力的大小與距離的二次方成反比。已知月心和地心的距離是地球半徑的60倍，地球表面的重力加速度為9.8m/s2，試計算月球繞地球做圓周運動的向心加速度。 【出類拔萃】 1．假設某星球的質量約為地球質量的9倍，半徑約為地球的一半。若地球上近地衛(wèi)星的周期為84分鐘. 則該星球上的近地衛(wèi)星的周期是多少？ 2．如果牛頓推導的太陽與行星間引力的表達式中，引力的大小與其距離的n次方（n≠2）成反比，各行星的周期與其軌道半徑的二次方成正比，則n的值是多大？ 3.飛船以a＝g/2的加速度勻加速上升，由于超重現(xiàn)象，用彈簧秤測得質量為10 kg的物體重量為75 N．由此可知，飛船所處位置距地面高度為多大？(地球半徑為6400 km， g＝10 m/s2) 4．兩顆靠得很近的恒星，必須各以一定的速率繞它們連線上某一點轉動，才不至于由于萬有引力的作用而將它們吸引到一起．已知這兩顆恒星的質量為m1、m2，相距L，求這兩顆恒星的轉動周期． 參考答案 例1解析： 這是一道研究太陽對行星引力大小與什么量有關的問題，解決此問題時應找出各量的關系，通過推導得到最后表達式，才能得到正確的結論。 由向心力表達式F＝mv2/r和v與T的關系式v=2πr/T得F＝4π2mr/T2 ① 根據開普勒第三定律r3/T2=k變形得 T2＝r3/k ② 聯(lián)立①②有F＝4π2km/r2 故太陽對不同行星的引力，與行星的質量成正比，與行星和太陽間距離的二次方成反比。 例2解析：行星繞太陽運動的原因是受到太陽的引力，引力的大小與行星質量、太陽質量及行星到太陽的距離（行星公轉軌道半徑）有關。這個引力使行星產生向心加速度，而向心加速度與行星公轉的周期和軌道半徑有關，這樣就能建立太陽質量與行星公轉周期和軌道半徑之間的聯(lián)系。 設太陽質量為M，某行星質量為m，行星繞太陽公轉周期為T，半徑為R。將行星軌道近似看作圓，萬有引力提供行星公轉的向心力，有 得到， 其中G是行星與太陽間引力公式中的比例系數，與太陽、行星都沒有關系?？梢娦抢@太陽公轉周期的平方與公轉軌道半徑的三次方的比值k是與太陽質量有關的恒量。 【夯實基礎】 1.AD 2.A 3.AB 4.C 5.BC 6.ABC 【知能提升】 1.D 2.D 3.BCD 4.BC 5.BCD 6. 310-3m/s2 【出類拔萃】 1. 9.9分鐘 2. n=3 3. 解析：該題應用第二定律和萬有引力的知識來求解，設物體所在位置高度為h，重力加速度為g′，物體在地球表面重力加速度為g，則 　　F-mg′＝ma ① 　　g′＝G ② 　　g＝G ③ 　　由①式得： 　　g′＝-a＝-＝ 　　由②、③得： 　　 　　所以h＝R＝6400 km． 　答案：6400 km 4．解析：由萬有引力定律和向心力公式來求即可．m1、m2做勻速圓周運動的半徑分別為R1、R2，它們的向心力是由它們之間的萬有引力提供，所以 　　G＝m1R1 ① 　　G＝m2R2 ② 　　R1+R2＝L ③ 　　由①②③得： 　　，得：R1＝L 　　代入①式 　　T2＝ 　　所以：T＝2p 　　答案：2p