遼寧省沈陽市二十一中高中物理 太陽與行星間的引力導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修2（通用）

遼寧省沈陽市二十一中高中物理 太陽與行星間的引力導(dǎo)學(xué)案 新人教版必修2 【使用說明】1、認(rèn)真閱讀教材內(nèi)容，按層次完成自學(xué)部分；（為跳高題、為跑步題、無為走路題）2、通過自學(xué)初步完成探究部分，標(biāo)好疑點，以備展示、討論?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】1、 知道行星繞太陽運(yùn)動的原因，知道太陽與行星間存在著引力作用。2、 知道行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的向心力來源。3、 知道太陽與行星間引力的方向和表達(dá)式，知道牛頓定律在推導(dǎo)過程中的作用。4、 領(lǐng)會將不易觀測的物理量轉(zhuǎn)化為易觀測的物理量的方法?！咀灾鲗W(xué)習(xí)】閱讀教材第六章第二節(jié)太陽與行星間的引力內(nèi)容，完成自主學(xué)習(xí)部分。導(dǎo)入：1、開普勒定律發(fā)現(xiàn)后，人們開始深入思考：什么原因使行星圍繞太陽運(yùn)動？胡克認(rèn)為，行星圍繞太陽運(yùn)動是因為受到了太陽對它的 。2、牛頓在前人的基礎(chǔ)上思考認(rèn)為：以任何方式改變速度（包括改變速度的 ）都需要 。這就是說，使行星沿圓或橢圓運(yùn)動，需要指向圓心或焦點的 ，這個力就是太陽對它的 。于是，牛頓利用他的運(yùn)動定律把行星的向心加速度與太陽對它的引力聯(lián)系了起來。牛頓還認(rèn)為這種引力存在于 ，從而闡述了普遍意義的萬有引力定律。一、 太陽對行星的引力太陽對行星的引力F跟行星到太陽的距離r有關(guān)。根據(jù)開普勒第一、第二定律，行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動。向心力由太陽對行星的 來提供。1、設(shè)行星的質(zhì)量為m，速度為v，行星到太陽的距離為r，則行星繞太陽運(yùn)動的向心力為 。2、天文觀測難以直接得到行星運(yùn)動的速度v，但是可以得到行星公轉(zhuǎn)的周期T，它們之間的關(guān)系為 。這個結(jié)果代入到向心力表達(dá)式得到 。3、不同行星的公轉(zhuǎn)周期不同，F(xiàn)的表達(dá)式中不應(yīng)出現(xiàn)T，所以要設(shè)法消去T。把開普勒第三定律 變形為 代入上式得到 。4、這個式子中 是常量，對任何太陽系內(nèi)的行星都是相同的。因而可以說太陽對行星的引力F與 成正比，即 。思考1：你能用文字表述這個式子的含義嗎？力F的方向是什么？受力物體是誰？二、行星對太陽的引力思考2：從太陽與行星間相互作用的角度看，兩者的地位是等價的。也就是說，既然太陽對行星有引力，行星對太陽也有引力，這個力的受力物體是 。因此，行星對太陽的引力大小F應(yīng)該與 成正比，與 成反比。即 。方向是 。三、 太陽與行星間的引力綜合以上兩個比例式 ，根據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系，F(xiàn)和F應(yīng)該是 。太陽與行星間的引力大小與 成 比，與 成 比，即 。寫成等式 。其中G是比例系數(shù)，與太陽、行星都沒有關(guān)系。太陽與行星間的引力方向沿著 ?！咀灾魈骄俊繜o全體都做、B級可做、A級可做。有簡單步驟，問題部分作出標(biāo)記。1、下面關(guān)于太陽對行星的引力的說法正確的是（ ）A、太陽對行星的引力等于行星做勻速圓周運(yùn)動的向心力B、太陽對行星的引力大小與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽間的距離成正比C、太陽對行星的引力由實驗得出的D、太陽對行星的引力規(guī)律是由開普勒定律和行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的規(guī)律推導(dǎo)出來的2、太陽對行星的引力提供了行星繞太陽做勻速圓周運(yùn)動的向心力，這個向心力大?。?）A、與行星距太陽間的距離成正比B、與行星距太陽間的距離成反比C、與行星運(yùn)動的速率的平方成正比D、與行星距太陽的距離的平方成反比5、下面關(guān)于行星繞太陽旋轉(zhuǎn)的說法中正確的是（ ）A、離太陽越近的行星周期越大B、離太陽越遠(yuǎn)的行星周期越大C、離太陽越近的行星的向心加速度越大D、離太陽越近的行星受到太陽的引力越大【合作探究】小組探究，統(tǒng)一答案，進(jìn)行分組展示。為學(xué)科負(fù)責(zé)人展示。1、如何驗證太陽與行星間的引力規(guī)律也適用于行星和衛(wèi)星之間？（提示：此規(guī)律來源于開普勒行星運(yùn)動定律）2、太陽的質(zhì)量為M，一個繞它做勻速圓周運(yùn)動的行星的軌道半徑為r，周期是T，試用兩種方法求出行星在軌道上的向心加速度。3、把行星運(yùn)動近似看作勻速圓周運(yùn)動以后，開普勒第三定律可寫為T2kr3，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(zhì)量越大的行星受太陽的引力一定越大4、關(guān)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(guān)系C、太陽與行星間的引力大小與太陽的質(zhì)量、行星的質(zhì)量成正比，與兩者距離的平方成反比D、以上說法均不對5、兩個行星的質(zhì)量分別為，繞太陽運(yùn)行的軌道半徑分別為，若它們只受太陽引力的作用，那么這兩個行星的向心加速度之比為（ ）A、1 B、 C、 D、6、宇宙飛船進(jìn)入一個圍繞太陽運(yùn)行的近似圓形的軌道上，如果軌道半徑是地球軌道半徑的9倍，那么宇宙飛船繞太陽運(yùn)行的周期是多少年？若已知地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度時30km/s，則該宇宙飛船繞太陽的公轉(zhuǎn)速度是多少？【課堂檢測】此部分不可提前完成，不可討論完成。1、哈雷彗星繞太陽運(yùn)動的軌道是比較扁的橢圓，下面說法中正確的是（ ）A、彗星在近日點的速率大于在遠(yuǎn)日點速率B、彗星在近日點的向心加速度大于它在遠(yuǎn)日點的向心加速度C、若彗星的周期為75年，則它的半長軸是地球公轉(zhuǎn)半徑的75倍D、彗星在近日點的角速度大于它在遠(yuǎn)日點的角速度2、下列說法正確的是 ( )A.行星繞太陽的橢圓軌道可以近似地看作圓形軌道，其向心力來源于太陽對行星的引力B.太陽對行星的引力大于行星對太陽的引力，所以行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)而不是太陽繞行星運(yùn)轉(zhuǎn)C.太陽對行星的引力等于行星對太陽的引力，其方向一定在兩者的連線上D.所有行星與太陽間的引力都相等3、如果認(rèn)為行星圍繞太陽做勻速圓周運(yùn)動，那么下列說法中正確的是（ ）A. 行星受到太陽的引力，提供行星做圓周運(yùn)動的向心力B. 行星受到太陽的引力，但行星運(yùn)動不需要向心力C. 行星同時受到太陽的引力和向心力的作用D. 行星受到太陽的引力與它運(yùn)行的向心力可能不等E.4、如果要驗證太陽與行星之間引力的規(guī)律是否適用于行星與它的衛(wèi)星，需要觀測衛(wèi)星的( )A.質(zhì)量 B.運(yùn)動周期 C.軌道半徑 D.半徑5、兩個行星的質(zhì)量分別為m1和m2,繞太陽運(yùn)動的軌道半徑分別為r1和r2,求：（1）它們與太陽間的引力之比；（2）它們的公轉(zhuǎn)周期之比。【課后小結(jié)】