第4章 第1节天地力的综合：万有引力定律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第1节　天地力的综合：万有引力定律 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.了解开普勒三定律的内容，能够运用开普勒三定律解决简单的行星问题． 2．能了解万有引力定律的内涵，具有与万有引力定律相关的运动与相互作用的观念． 能将一些熟悉天体的运动抽象成匀速圆周运动模型；能分析一些简单的天体运动问题，通过推理获得结论． 能了解卡文迪许实验的重要性，并能提出问题；能体会卡文迪许扭秤实验方案设计的巧妙之处，能感受到科学定律的预测作用． 能认识发现万有引力定律的过程及重要意义，认识科学定律对人类探索未知世界的作用；知道科学包含大胆的想象和创新． [对应学生用书P93] 知识点一 行星运动的规律❶ 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❷． 1．各颗行星围绕太阳运动的速率是不变的．(×) 2．开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动．(×) 3．行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长．(√) 知识点二 万有引力❸定律 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．任何两物体间都存在万有引力．(√) 2．物体间的万有引力与它们间的距离成反比．(×) 3．一个苹果由于其质量很小，所以它受的万有引力几乎可以忽略．(×) 知识点三 引力常量的测定 1.测定：在1798年，英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验，较精确地测出了引力常量． 2．意义：证明了万有引力定律的正确性，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．卡文迪许被称为“能称出地球质量的人”❹． 1．引力常量是牛顿首先测出的．(×) 2．卡文迪许通过改变质量和距离，证实了万有引力的存在及万有引力定律的正确性．(√) 3．卡文迪许第一次测出了引力常量，使万有引力定律能进行定量计算，显示出真正的实用价值．(√) 批注❶：德国天文学家开普勒通过研究20多年的观测数据，总结出了行星运动的三大定律． 批注❷：开普勒第三定律的表达式为＝k，其中a是椭圆轨道的半长轴，T是行星绕太阳公转的周期，k是一个与行星无关的常量，比例系数k由中心天体决定，中心天体不同，比例系数不同． 批注❸：任意两个物体间都存在着万有引力．但由于地球上物体的质量一般很小(与天体质量相比)，地球上两个物体间的万有引力远小于地面对物体的最大静摩擦力，通常感受不到． 批注❹：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”． [对应学生用书P94] 探究点一　对开普勒行星运动定律的理解及应用　运动观念之形成 ►情境探究 如图所示是“金星凌日”的示意图，观察图中地球、金星的位置，地球和金星哪一个的公转周期更长？ 提示：地球．由题图可知，地球到太阳的距离大于金星到太阳的距离，根据开普勒第三定律可得，地球的公转周期更长一些． ►探究归纳 1．开普勒第一定律解决了行星的轨道问题 图1　　　　　　图2 行星的轨道都是椭圆，如图1所示．不同行星绕太阳运动的椭圆轨道是不同的，太阳处在椭圆的一个焦点上，如图2所示，即所有轨道都有一个共同的焦点——太阳．因此开普勒第一定律又叫轨道定律． 2．开普勒第二定律解决了行星绕太阳运动的速度大小问题 图3 (1)如图3所示，如果时间间隔相等，由开普勒第二定律知，面积SA＝SB，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧长越长，即行星的速率越大．因此开普勒第二定律又叫面积定律． (2)近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点．同一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小． 3．开普勒第三定律解决了行星周期的长短问题 图4 (1)如图4所示，由＝k知椭圆轨道半长轴越长的行星，其公转周期越长，因此第三定律也叫周期定律．常量k与行星无关，只与中心天体的质量有关，如研究行星绕太阳运动时，常数k只与太阳的质量有关，研究卫星绕地球运动时，常数k只与地球的质量有关． (2)该定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕地球的运动，其中常量k与卫星无关，只与地球有关，也就是说k值大小由中心天体决定． ►对点例练 火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知(　　) A．太阳位于木星运行轨道的中心 B．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等 C．火星与木星公转周期之比的二次方等于它们轨道半长轴之比的三次方 D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的