7.3 万有引力理论的成就-2021-2022学年高一物理备课帮导学案（人教版2019必修第二册）

§7.3万有引力理论的成就 目标展示 〖教学目标〗 1.了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系，计算地球质量； 2.行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点：万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力，会用万有引力定律计算天体的质量； 3.了解万有引力定律在天文学上有重要应用。 〖核心素养〗 物理观念：建立天体运动模型的物理观念,培养学生的时空观念、和相互作用观念。 科学思维：通过学习培养学生善于观察、善于思考，善于动手的能力。 科学探究：探究重力与地球自转之间的关系 科学态度与责任：培养学生认真严禁的科学态度和大胆探究的心理品质；体会物理学规律的简洁性和普适性，领略物理学的优美。 〖教学重点与难点〗 重点：1.地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。 2.通过数据分析、类比思维、归纳总结建立模型来加深理解。 难点：根据已有条件求中心天体的质量。 预习案 使用说明及学法指导（正确的方法会取得事半功倍的效果！） 1．首先明确“知识必备”中的两个知识点；然后再通读教材，查找资料，完成“教材助读”中的问题； 2．完成时间：20分钟。 知识必备（你准备好了吗？） 1． 万有引力定律 2． 球的体积公式 教材助读（问题引领方向！） 1．用两种方法计算中心天体的质量 2．天体运动规律的分析与计算 预习检测（检测有助于查找存在的问题和不足！） 1.已知引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，地球表面的重力加速度g＝9.8 m/s2，地球半径R＝6.4×106 m，则可知地球的质量约为________.(结果保留一位有效数字) 2.判一判 (1)地球表面的物体，重力就是物体所受的万有引力． ( ) (2)绕行星匀速转动的卫星，万有引力提供向心力． ( ) (3)利用地球绕太阳转动，可求地球的质量． ( ) (4)海王星、冥王星的发现表明了万有引力理论在太阳系内的正确性． ( ) (5)科学家在观测双星系统时，同样可以用万有引力定律来分析． ( ) (6)冥王星被称为“笔尖下发现的行星”． ( ) 我的疑问（发现问题比解决问题更重要！） 请将预习中未能解决的问题和疑问写下来，待课堂上与老师和同学探究解决。 探究案 质疑探究（质疑解疑，合作探究） 探究点一：利用星球表面的物体测量星球质量（考虑星球自转） 例1.假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g；地球自转的周期为T，引力常量为G。求： (1)地球的密度； (2)地球自转的角速度增大到原来的多少倍，地球将会瓦解。 针对训练1.2018年2月，我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318＋0253”，其自转周期T＝5.19 ms.假设星体为质量均匀分布的球体，已知引力常量为6.67× 10－11 N·m2/kg2.以周期T稳定自转的星体的密度最小值约为(　　) A.5×109 kg/m3 B.5×1012 kg/m3 C.5×1015 kg/m3 D.5×1018 kg/m3 例2.已知地球的质量为M，半径为R，自转的周期为T，引力常量为G。赤道上地球表面附近的重力加速度用ge表示，北极处地球表面附近的重力加速度用gN表示，将地球视为均匀球体。 （1）用已知量写出gN的表达式； （2）请比较ge与gN的大小并求出二者的差值； （3）体育比赛中的田赛可分为跳跃、投掷两类项目，田赛成绩会受到纬度的影响。已知迄今男子跳高世界纪录为2.45m，铅球世界纪录为23.12m（铅球运动中最高点约8m）。请分析并说明在运动员体能和技巧都确定的情况下，比赛在高纬度地区和低纬度地区进行相比，哪里更容易创造世界纪录？对跳高和铅球这两项比赛来说，因纬度不同造成运动成绩的数值变化更大的是哪项？（不考虑空气阻力和海拔高度的影响） 规律总结（知识提炼，浓缩精华） 若考虑星球自转，两极万有引力等于重力，赤道上所需向心力最大，重力最小，当随星球自转所需向心力等于万有引力时，星球会瓦解。 探究点二：利用星球表面的物体测量星球质量（忽略星球自转） 例3.宇航员在某质量分布均匀的星球表面，以速度v0竖直上抛一质量为m的物体（引力视为恒力，阻力可忽略），经过时间t落到地面。已知该行星半径为R，引力常量为G，忽略星球自转的影响，求： （1）该星球表面的重力加速度大小； （2）该星球的质量； （3）该星球的密度。 针对训练2.一位航天员来到一颗未知星球上，资料给出该星球的半径为R。请设计一个实验，利用秒表和刻度尺估算出该星球的质量（引力常量G已知）。 针对训练3.人类对外太空的探索从未停止，至今已在多方面取得了不少进展．假如人类发现了某星球，登上该星球后，进行了如下实验：在固定的竖直光滑圆轨道内部，一小球恰好能做完整的