广东省惠阳一中实验学校高一物理必修2《第三章第一节 万有引力定律》学案

【学习目标】
1.了解地心说和日心说的基本内容和代表人物以及人类对天体运动探索的发展历程．
2．了解开普勒三大定律和处理行星运动问题的基本思路．
3．能应用开普勒三大定律分析相关问题．
4．理解万有引力定律的含义并会用它进行有关分析和计算．
【重点难点】
1、人类对行星运动规律的认识历程以及开普勒行星运动定律
2、万有引力定律的内容以及表达式．
预习案
【使用说明及学法指导】
1、通读教材，熟记本节中的物理学史知识和天体运动的基本规律，理解万有引力定律的内容及规律，然后完成问题导学中问题和预习自测。2、问题导学中 “开普勒行星运动定律的理解和万有引力定律”是本节内容的核心和基础，是解决天体问题的前提和关键，应重点理解和熟练把握。3、如有不能解决的问题，可再次查阅教材或其他参考书。4、记下预习中不能解决的问题，待课堂上与老师同学共同探究。5、限时15分钟。
【问题导学】
一、天体究竟做怎样的运动
1．地心说 ：______是宇宙的中心，是静止不动的，太阳，月亮以及其他行星都绕_______运动．地心说的代表人物是___________
2．日心说：___ __是宇宙的中心，是静止不动的，地球和其他行星都绕_______运动．日心说的代表人物是__________
3．两种学说的局限性：两种学说都把天体的运动看得很神圣，认为天体的运动必然是最完美、最和谐的________运动，而这和丹麦天文学家___ _的观测数据不符．
二．行星的运动规律
(1)开普勒第一定律(又叫轨道定律)
所有行星绕太阳运动的轨道都是___ _，太阳处在椭圆的一个___ ___．因此第一定律也叫轨道定律．
2．开普勒第二定律(又叫面积定律)
对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的__ __．因此第二定律也叫面积定律．
3．开普勒第三定律
所有行星的轨道的半长轴的___ ____跟它的公转周期的___ __的比值都相等．
若用a代表椭圆轨道的半长轴，T代表公转周期，即＝k(其中，比值k是一个与行星无关的常量)．
二、苹果落地的思考：万有引力定律的发现
1．万有引力的发现
在前人研究的基础上，经过一系列想象、假设、理想实验、类比、归纳，_______终于发现了万有引力，并经严密的推理运算和实践检验，提出了__________________
2．万有引力定律
(1)内容：宇宙间的一切物体都是____________，两个物体间引力的方向在它们的连线上，引力的大小跟它们的质量的乘积成_______，跟它们之间的距离的二次方成_______
(2)公式：_________.式中质量的单位用kg，距离的单位用m，力的单位用N，G称为引力常数，首先由英国科学家 利用扭秤测出．现在精确的实验测得
G＝____________________
(3)万有引力定律公式使用的条件
万有引力定律适用于________的相互作用．近似地，用于两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时；特殊地，用于两个均匀球体，r是________间的距离．
三、行星运动的近似处理
1．大多数行星绕太阳运动的轨道十分接近圆，太阳处在___ __．
2．对某一行星来说，它绕太阳做圆周运动的____ _____(或线速度)不变，即行星做___ ______运动．
3．所有行星轨道半径的___ ____跟它的公转周期的____ ___的比值都相等．表达式： .
【预习自测】
1．(单选)16世纪，哥白尼根据天文观测的大量资料，经过40多年的天文观测和潜心研究，提出“日心说”的如下四个基本论点，这四个论点目前看没有缺陷的是(　　)
A．宇宙的中心是太阳，所有行星都在绕太阳做匀速圆周运动
B．地球是绕太阳做匀速圆周运动的行星，月球是绕地球做匀速圆周运动的卫星，它绕地球运动的同时还跟地球一起绕太阳运动
C．天穹不转动，因为地球每天自西向东自转一周，造成天体每天东升西落的现象
D．与日地距离相比，其他恒星离地球都十分遥远，比日地间的距离大得多
2．下列关于开普勒对于行星运动规律的认识的说法正确的是(　　)
A．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B．所有行星绕太阳运动的轨道都是圆
C．所有行星的轨道的半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同
D．所有行星的公转周期与行星的轨道的半径成正比
3．(双选)对于质量为m1和质量为m2的两个物体间的万有引力的表达式F＝G ，下列说法正确的是(　　)
A．公式中的G是引力常量，它是由实验得出的，而不是人为规定的
B．当物体间的距离r趋于零时，万有引力趋于无穷大
C．m1和m2之间的引力大小总是相等
D．两个物体间的引力总是大小相等、方向相反的，是一对平衡力
一、合作探究
探究一 开普勒定律的理解和应用
一）开普勒定律的理解
问1： 开普勒行星运动定律从哪几个方面描述了行星绕太阳运动的规律
问2：这一定律发现了所有行星的轨道的半长轴与公转周期之间的定量关系，比值k是一个与行星无关的常量，你能猜想出它可能跟谁有关吗
问3：由于行星的椭圆轨道都跟圆近似，在中学阶段研究中按圆处理，开普勒三定律适用于圆轨道时，应该怎样表述呢
二）开普勒定律的应用
思考1：行星绕太阳在椭圆轨道上运行，行星距太阳较近处与距太阳较远处相比较，运动速率何处较大？
训练1、　(2011年广东高一检测)如下图所示是行星m绕恒星M运动的情况示意图，则下列说法正确的是(　　)
A．速度最大点是B点
B．速度最小点是C点
C．m从A到B做减速运动
D．m从B到A做减速运动
探究二 万有引力的发现
问1.行星为何能围绕太阳做圆周运动？月球为什么能围绕地球做圆周运动？
问2.人造卫星为什么能围绕地球做圆周运动？
问3.地面上的人向上抛出物体，物体总落回地面。地面上物体受到的力与上述力相同吗？
问4.根据以上三个问题的探究，你有何猜想？
问5.万有引力的特点（三性）：
探究三 万有引力定律的理解与应用
思考2．设想把质量为m的物体放到地球的中心，地球质量为M，半径为R，则物体与地球间的万有引力是无穷大吗？
训练2.设想把质量为m的物体放在地球的中心，地球质量为M，半径为R，则物体与地球间的万有引力是(　　)
A．零　　　　B．无穷大 C. D．无法确定
训练3. 两个行星的质量分别为m1和m2,绕太阳运动的轨道半径分别为r1和r2,求：（1）它们与太阳间的引力之比；（2）它们的公转周期之比。
二、课堂训练与检测
1．下列关于开普勒对于行星运动规律的认识的说法正确的是( )
A、所有行星绕太阳运动的轨道都是圆
B、行星轨道的半长轴越长，公转周期就越大
C、所有行星的公转周期与行星的轨道的半径成正比
D、冥王星离太阳“最远”，绕太阳运动的公转周期最长
2.理论和实践证明，开普勒定律不仅适用于太阳系中的天体运动，而且对一切天体（包括卫星绕行星的运动）都适用。下面对于开普勒第三定律的公式，下列说法正确的是：
A、公式只适用于轨道是椭圆的运动
B、式中的K值，对于所有行星（或卫星）都相等
C、式中的K值，只与中心天体有关，与绕中心天体旋转的行星（或卫星）无关
D、若已知月球与地球之间的距离，根据公式可求出地球与太阳之间的距离
3．关于太阳与行星间的引力，下列说法中正确的是（ ）
A．太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是一对平衡力
B．太阳对行星的引力与行星对太阳的引力是作用力与反作用力的关系
C．太阳与行星间的引力大小与太阳的质量、行星的质量成正比，与两者的距离的平方成反比
D．以上说法均不对
4．两个大小相同的实心小铁球紧靠在一起，它们之间的万有引力为F，若两个半径是小铁球2倍的实心大铁球紧靠在一起，则它们之间的万有引力为(　　)
A.F B．4F C.F D．16F
5．两颗行星的质量分别为，绕太阳运行的轨道半长轴分别为，则它们的公转周期之比为（ ）
A、 B、 C、 D、无法确定
训练案
完成《学海导航》P34-35
图形3-1-1 图形3-1-2