第4章 第1节 天地力的综合：万有引力定律（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（鲁科版2019）

　第4章　万有引力定律及航天 第1节　天地力的综合：万有引力定律 (强基课—逐点理清物理观念) 课标要求 层级达标 1.通过史实，了解万有引力定律的发现过程。 2.知道万有引力定律。 3.认识发现万有引力定律的重要意义。 学考 层级 1.了解开普勒定律和万有引力定律，能解释简单的自然现象，解决简单的实际问题。 2.能对简单的行星运动现象进行分析和推理，获取行星运动规律结论。 选考层级 1.能将行星运动近似看成匀速圆周运动模型，对有关万有引力定律的综合性问题进行分析，并获得结论。 2.有学习和研究天体运动规律的内在动机，研究中坚持实事求是，在实验探究合作中既能坚持观点又能修正错误。 逐点清(一)　行星运动的规律 [多维度理解] 1．开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。 2．开普勒第二定律：任何一个行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。 3．开普勒第三定律：行星绕太阳运行轨道半长轴a的立方与其公转周期T的平方成正比，公式：＝k。 　　 1．开普勒第一定律行星运动的轨道 行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，如图所示。不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的，但所有轨道都有一个共同的焦点——太阳。开普勒第一定律又叫轨道定律。 2．开普勒第二定律行星运动的快慢 如图所示，在相等的时间内，面积SA＝SB，这说明离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大。开普勒第二定律又叫面积定律。 3．开普勒第三定律行星运动的周期 (1)公式：＝k，k是一个对所有行星都相同的物理量，由中心天体太阳决定，与行星无关。 (2)椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长；反之，则公转周期越短。 (3)由于大多数行星绕太阳运动的轨道与圆十分接近，因此，在中学阶段的研究中我们可以按圆轨道处理，且把行星绕太阳的运动看作匀速圆周运动，写成＝k。 [全方位练明] 1．判断下列说法是否正确。 (1)宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动。(×) (2)造成太阳每天东升西落的原因是天空不转动，太阳每天自东向西旋转一周。(×) (3)围绕太阳运动的行星的速率是一成不变的。(×) (4)八大行星中海王星离太阳“最远”，则公转周期最长。(√) 2．(2023·东营高一检测)如图所示，火星和地球都在围绕着太阳旋转，运行轨道都是椭圆。根据开普勒行星运动定律可知(　 ) A．太阳位于地球运行轨道的中心 B．地球靠近太阳的过程中，运行速率减小 C．火星远离太阳的过程中，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积逐渐增大 D．火星绕太阳运行一周的时间比地球的长 解析：选D　根据开普勒第一定律可知，太阳位于地球运行轨道的焦点处，A错误；根据开普勒第二定律可知，地球靠近太阳的过程中，运行速率增加，B错误；根据开普勒第二定律可知，火星远离太阳的过程中，它与太阳的连线在相等时间内扫过的面积不变，C错误；根据开普勒第三定律可知，火星绕太阳运行的半长轴大于地球绕太阳运行的半长轴，可知火星绕太阳运行一周的时间比地球的长，D正确。 3.如图所示，某人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为月球绕地球运转半径的，设月球绕地球运动的周期为27天，则此卫星的运转周期大约是(　 ) A.天 B.天 C．1天 D．9天 解析：选C　由于r卫＝r月，T月＝27天，由开普勒第三定律＝，可得T卫＝1天，故选项C正确。 逐点清(二)　万有引力定律 [多维度理解] 1．内容 自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的方向沿两物体的连线，引力的大小F与这两个物体质量的乘积m1m2成正比，与这两个物体间的距离r的平方成反比。 2．表达式：F＝G。 (1)r是两质点的距离(若为匀质球体，则是两球心的距离)。 (2)G为引力常量，G＝6.67×10－11 N·m2/kg2。 3．“月—地”检验 牛顿的月—地检验，将地球对地面物体的引力、行星对卫星的引力统一起来，证明了它们都遵守万有引力定律。 4．引力常量的测定 (1)测定：1798年，英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验，较精确地得到了引力常量数值。 (2)意义：使万有引力定律能进行定量运算，显示出其真正的实用价值。 (3)知道G的值后，利用万有引力定律可以计算出天体的质量，卡文迪许也因此被称为“能称出地球质量的人”。 1．万有引力的四个特性 特性 内容 普遍性 万有引力不仅存在于太阳与行星、地球与月球之间，宇宙间任何两个有质量的物体之间都存在着这种相互吸引的力 相互性 两个有质量的物体之间的万有引力是一对作用力和反作用力，遵守牛顿第三定律 宏观性 地面上的一般物体之间的万有引力比较小，与其他力比较可忽略不计，但在质量巨大的天体之间或天体与其附近的物体之间，万有引力起着决定性作用