64萬(wàn)有引力理論的成就.doc

6.4萬(wàn)有引力理論的成就 教學(xué)過(guò)程 卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室測(cè)出了引力常量，表明了萬(wàn)有引力定律同樣適用于地面上的任意兩個(gè)物體，用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)一步證明了萬(wàn)有引力定律的普適性同時(shí)，引力常量的測(cè)出，使得包括計(jì)算星體質(zhì)量在內(nèi)的關(guān)于萬(wàn)有引力定律的計(jì)算成為可能，使得萬(wàn)有引力定律有了真正的實(shí)用價(jià)值因此萬(wàn)有引力理論的成就是本章的重點(diǎn) 萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上應(yīng)用廣泛，它與牛頓第二定律、圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)相結(jié)合，可用來(lái)求解天體的質(zhì)量和密度，分析天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律萬(wàn)有引力定律與實(shí)際問(wèn)題、現(xiàn)代科技相聯(lián)系，可以用來(lái)發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，開拓新領(lǐng)域 把萬(wàn)有引力定律應(yīng)用在天文學(xué)上的基本方法是：將天體的運(yùn)動(dòng)近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)處理，運(yùn)動(dòng)天體所需要的向心力來(lái)自于天體間的萬(wàn)有引力因此，處理本節(jié)問(wèn)題時(shí)要注意把萬(wàn)有引力公式與勻速圓周運(yùn)動(dòng)的一系列向心力公式相結(jié)合，就可推導(dǎo)出適用于天體問(wèn)題的公式，并且在應(yīng)用這些公式時(shí)，一定要正確認(rèn)識(shí)公式中各物理量的意義具體應(yīng)用時(shí)根據(jù)題目中所給的實(shí)際情況，選擇適當(dāng)公式進(jìn)行分析和求解 通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)我們要掌握計(jì)算中心天體的質(zhì)量的兩種方法：一是利用中心天體表面物體所受的重力m9等于中心天體對(duì)物體的引力，即由此解出是利用圍繞中心天體運(yùn)動(dòng)的天體來(lái)求解，即來(lái)求解天體的質(zhì)量算出后，還可以利用來(lái)求天體的密度教學(xué)重點(diǎn) 運(yùn)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量教學(xué)難點(diǎn) 在具體的天體運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用萬(wàn)有引力定律解決問(wèn)題課時(shí)安排 1課時(shí)三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用 2會(huì)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量 過(guò)程與方法 1理解運(yùn)用萬(wàn)有引力定律處理天體問(wèn)題的思路、方法，體會(huì)科學(xué)定律的意義 2了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用，理解并運(yùn)用萬(wàn)有引力定律處理天體問(wèn)題的思路方法 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1通過(guò)測(cè)量天體的質(zhì)量、預(yù)測(cè)未知天體的學(xué)習(xí)活動(dòng)，體會(huì)科學(xué)研究方法對(duì)人類認(rèn)識(shí)自然的重要作用，體會(huì)萬(wàn)有引力定律對(duì)人類探索和認(rèn)識(shí)未知世界的作用 2通過(guò)對(duì)天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，了解科學(xué)發(fā)展的曲折性，感悟科學(xué)是人類進(jìn)步不竭的動(dòng)力 教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課 故事導(dǎo)入 在1781年3月13日，這是一個(gè)很平常的日子，晴朗而略帶寒意的夜晚，英國(guó)天文學(xué)家威廉赫歇爾(17381822)跟往常一樣，在其妹妹加羅琳(17501848)的陪同下，用自己制造的口徑為16厘米、焦距為213厘米的反射望遠(yuǎn)鏡，對(duì)著夜空熱心地進(jìn)行巡天觀測(cè)當(dāng)他把望遠(yuǎn)鏡指向雙子座時(shí)，他發(fā)現(xiàn)有一顆很奇妙的星星，乍一看像是一顆恒星，一閃一閃地發(fā)光，引起了他的懷疑 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀測(cè)和計(jì)算這后，這顆一直被看作是“彗星”的新天體，實(shí)際上是一顆在土星軌道外面的大行星天王星 天王星被發(fā)現(xiàn)以后，天文學(xué)家們都想目睹這顆大行星的真面目在人們觀測(cè)和計(jì)算中，發(fā)現(xiàn)天王星理論計(jì)算位置與實(shí)際觀測(cè)位置總有誤差，就是這一誤差，引起了人們對(duì)“天外星”的探究，并于1846年9月23日發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系的第八顆行星海壬星 海王星被稱為“從筆尖上發(fā)現(xiàn)的行星”，原因就是計(jì)算出來(lái)的軌道和預(yù)測(cè)的位置跟實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果非常接近你知道科學(xué)家在推測(cè)海王星的軌道時(shí)，應(yīng)用的物理規(guī)律主要有哪些嗎? 情景導(dǎo)入1 “911”恐怖事件發(fā)生后，美國(guó)為了找到本拉登的藏身地點(diǎn)，使用了先進(jìn)的偵察衛(wèi)星據(jù)報(bào)道：美國(guó)將多顆最先進(jìn)的KHtl、KH一12“鎖眼”系列照相偵察衛(wèi)星調(diào)集到中亞地區(qū)上空，“鎖眼”系列照相偵察衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，近地點(diǎn)26 5 km(指衛(wèi)星離地的最近距離)、遠(yuǎn)地點(diǎn)6 50 km(指衛(wèi)星離地面的最遠(yuǎn)距離)，質(zhì)量136 t182 t，這些照相偵察衛(wèi)星上裝有先進(jìn)的CCD數(shù)字照相機(jī)，能夠分辨出地面上01 大小的目標(biāo)，并自動(dòng)地將照片轉(zhuǎn)給地面接收站及指揮中心由開普勒定律知道：如果衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的圓軌道半徑跟橢圓軌道韻半長(zhǎng)軸相等，那么，衛(wèi)星沿圓軌道運(yùn)動(dòng)的周期跟衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的周期相同 。 學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容后，我們就可由上述數(shù)據(jù)估算這些“鎖眼”系列偵察衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期推進(jìn)新課 萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)，給天文學(xué)的研究開辟了一條新的道路可以應(yīng)用萬(wàn)有引力定律“稱量，地球的質(zhì)量，計(jì)算天體的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)未知天體，這些累累碩果體現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律的巨大理論價(jià)值 一、“科學(xué)真是迷人” 教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“科學(xué)真是迷人”部分的內(nèi)容，思考問(wèn)題 課件展示問(wèn)題：1著名文學(xué)家馬克吐溫曾滿懷激情地說(shuō)：“科學(xué)真是迷人，根據(jù)零星的事實(shí)，增添一點(diǎn)猜想，竟能獲得那么多收獲!”對(duì)此，你是怎樣理解的? 2卡文迪許在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)量幾個(gè)鉛球之間的作用力，測(cè)出了引力常量G的值，從而“稱量”出了地球的質(zhì)量測(cè)出G后，是怎樣“稱量”地球的質(zhì)量的呢? 3設(shè)地面附近的重力加速度9一98 ms2，地球半徑R一64106 m，引力常量G=66710_11 Nrn2k9，試估算地球的質(zhì)量 學(xué)生活動(dòng)：閱讀課文，推導(dǎo)出地球質(zhì)量的表達(dá)式，在練習(xí)本上進(jìn)行定量計(jì)算 教師活動(dòng)：讓學(xué)生回答上述三個(gè)問(wèn)題，投影學(xué)生的推導(dǎo)、計(jì)算過(guò)程，歸納、總結(jié)問(wèn)題的答案，對(duì)學(xué)生進(jìn)行情感態(tài)度教育 總結(jié)：1自然界中萬(wàn)物是有規(guī)律可循的，我們要敢于探索，大膽猜想，一旦發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，我們將有意想不到的收獲2在地球表面只要測(cè)出G來(lái)，便可“稱量”地球的質(zhì)量 通過(guò)用萬(wàn)有引力定律“稱”出地球的質(zhì)量，讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)研究方法對(duì)人類認(rèn)識(shí)自然的重要作用，體會(huì)萬(wàn)有引力定律對(duì)人類探索和認(rèn)識(shí)未知世界的作用 我們知道了地球的質(zhì)量，自然也想知道其他天體的質(zhì)量，下面我們探究太陽(yáng)的質(zhì)量 二、計(jì)算天體的質(zhì)量 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“天體質(zhì)量的計(jì)算”部分的內(nèi)容，同時(shí)考慮下列問(wèn)題 課件展示問(wèn)題：1應(yīng)用萬(wàn)有引力定律求解天體的質(zhì)量基本思路是什么? 2求解天體質(zhì)量的方程依據(jù)是什么? 學(xué)生閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案 1應(yīng)用萬(wàn)有引力求解天體質(zhì)量的基本思路是： 根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)情況，求出向心加速度，然后根據(jù)萬(wàn)有引力充當(dāng)心力，進(jìn)而列方程船 。 2從前面的學(xué)習(xí)知道，天體之間存在著相互作用的萬(wàn)有引力，而行星(或衛(wèi)星)都在繞恒 星(或行星)做近似圓周的運(yùn)動(dòng)，而物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)合力充當(dāng)向心力，這也是求解中心天體|質(zhì)量時(shí)列方程的根源所在 教師引導(dǎo)學(xué)生深入探究，結(jié)合課文知識(shí)以及前面所學(xué)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，加以討論、 綜合，然后思考下列問(wèn)題 l問(wèn)題探究 1天體實(shí)際做什么運(yùn)動(dòng)?而我們通?？梢哉J(rèn)為做什么運(yùn)動(dòng)? 2描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理量有哪些? 3根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)情況求解其向心加速度有幾種求法? 4應(yīng)用天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，求出的天體質(zhì)量有幾種表達(dá)式?各是什么?各有什么特點(diǎn)? 5應(yīng)用此方法能否求出環(huán)繞天體的質(zhì)量? 學(xué)生活動(dòng)：分組討論，得出答案學(xué)生代表發(fā)言 1天體實(shí)際是沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的，而我們通常情況下可以把它的運(yùn)動(dòng)近似處理為圓形軌道，即認(rèn)為天體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 2在研究勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了描述其運(yùn)動(dòng)特征，我們引進(jìn)了線速度口、角速度。、周期T三個(gè)物理量 3根據(jù)環(huán)繞天體的運(yùn)動(dòng)狀況，求解向心加速度有三種求法，即 4應(yīng)用天體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程萬(wàn)有引力充當(dāng)向心力，結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)向心加速度的三種表達(dá)方式可得三種形式的方程，即(以月球繞地球運(yùn)行為例) (1)若已知月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，半徑為r，根據(jù)萬(wàn)有引力等于向心力，即可求得地球質(zhì)量 (2)若已知月球繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r和月球運(yùn)行的線速度口，由于地球?qū)υ虑虻囊Φ扔谠虑蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)牛頓第二定律，得 (3)若已知月球運(yùn)行的線速度可和運(yùn)行周期T，由于地球?qū)υ虑虻囊Φ扔谠虑蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)的向心力，根據(jù)牛頓第二定律，得 “ 5從以上各式的推導(dǎo)過(guò)程可知，利用此法只能求出中心天體的質(zhì)量，而不能求環(huán)繞天體的質(zhì)量，因?yàn)榄h(huán)繞天體的質(zhì)量同時(shí)出現(xiàn)在方程的兩邊，已被約掉 師生互動(dòng)：聽取學(xué)生代表發(fā)言，一起點(diǎn)評(píng) 綜上所述，應(yīng)用萬(wàn)有引力計(jì)算某個(gè)天體的質(zhì)量，有兩種方法：一種是知道這個(gè)天體的表面的重力加速度，根據(jù)公式求解；另一種方法必須知道這個(gè)天體的一顆行星(或衛(wèi)星)運(yùn)動(dòng)的周期T和半徑r利用公式知識(shí)拓展 天體的質(zhì)量求出來(lái)了，能否求天體的平均密度?如何求?寫出其計(jì)算表達(dá)式 展示學(xué)生的求解過(guò)程，作出點(diǎn)評(píng)、總結(jié)： 1利用天體表面的重力加速度來(lái)求天體的自身密度其中g(shù)為天體表面重力加速度，R為天體半徑2利用天體的衛(wèi)星來(lái)求天體的密度設(shè)衛(wèi)星繞天體運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，周期為T，天體半徑為R，則可列出方程：當(dāng)天體的衛(wèi)星環(huán)繞天體表面運(yùn)動(dòng)時(shí)，其軌道半徑r等于天體半徑R，則天體密度為例一：地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道半徑為l49X 10“m，公轉(zhuǎn)的周期是316107 s，太陽(yáng)的質(zhì)量是多少?解析：根據(jù)牛頓第二定律，可知：又因?yàn)镕。是由萬(wàn)有引力提供的所以由式聯(lián)立可得 說(shuō)明：(1)同理，根據(jù)月球繞地球運(yùn)行的軌道半徑和周期，可以算出地球的質(zhì)量是59810“k9，其他行星的質(zhì)量也可以用此法計(jì)算 (2)有時(shí)題干不給出地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)周期、月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的周期，但日常生活常識(shí)告訴我們：地球繞太陽(yáng)一周為365天，月球繞地球一周為273天課堂訓(xùn)練 1一顆行星上一晝夜時(shí)間T一6小時(shí)，用彈簧秤稱一物體，發(fā)現(xiàn)在其赤道上的視重比在其兩極的視重小10，據(jù)此，求此行星的平均密度 解析：本題主要考查萬(wàn)有引力和重力的聯(lián)系，物體放在兩極稱，重力即為萬(wàn)有引力，故行星質(zhì)量設(shè)該行星的半徑為r，則該行星體積為該行星密度所以在赤道稱物體，視重小l0，即 2經(jīng)過(guò)用天文望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)期觀測(cè)，人們?cè)谟钪嬷幸呀?jīng)發(fā)現(xiàn)了許多雙星系統(tǒng)，雙星系統(tǒng)由兩個(gè)星體構(gòu)成，其中每個(gè)星體的線度都遠(yuǎn)小于它們之間的距離，一般雙星系統(tǒng)距離其他星體很遠(yuǎn)，可以當(dāng)作孤立系統(tǒng)處理現(xiàn)觀察到一對(duì)雙星A、B繞它們連線上的一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期為T，A、B之間的距離為L(zhǎng)，它們的線速度之比u。v。=2，試求這兩個(gè)星體的質(zhì)量 解析：由題意知，彼此之間的萬(wàn)有引力對(duì)兩者的運(yùn)動(dòng)有顯著影響，提供它們做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，因此可直接應(yīng)用萬(wàn)有引力定律公式解題雙星A、B繞它們連線上的一點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，距離L保持不變，故它們的角速度必定相等(設(shè)為u)，周期必相同，設(shè)為T，其軌道半徑不同，分別設(shè)為r。、r2，則有r。+r。一L 三、發(fā)現(xiàn)未知天體讓學(xué)生閱讀課文“發(fā)現(xiàn)未知天體”部分的內(nèi)容，考慮以下問(wèn)題：課件展示問(wèn)題：1應(yīng)用萬(wàn)有引力定律除可計(jì)算天體的質(zhì)量外，在天文學(xué)上還有何應(yīng)用?2應(yīng)用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)了哪個(gè)行星?學(xué)生閱讀課文，從課文中找出相應(yīng)的答案1應(yīng)用萬(wàn)有引力定律還可以用來(lái)發(fā)現(xiàn)未知天體2海王星就是應(yīng)用萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的 閱讀材料： 1781年發(fā)現(xiàn)天王星后，許多國(guó)家的天文學(xué)家都對(duì)它進(jìn)行不斷的觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，根據(jù)不同時(shí)間的資料算出來(lái)的天王星軌道各不相同，根本無(wú)法根據(jù)以前的觀察資料預(yù)報(bào)天王星未來(lái)的位置 天王星的“出軌”現(xiàn)象，引起了許多天文學(xué)家的思考： 是星表有錯(cuò)? 是牛頓力學(xué)的理論有誤? 還是有另外的未知行星在干擾? 天王星的“出軌”現(xiàn)象，也激發(fā)了法國(guó)青年天文愛好者勒維耶和英國(guó)劍橋大學(xué)學(xué)生亞當(dāng)斯的濃厚興趣，勒維耶經(jīng)常到巴黎天文臺(tái)去查閱天王星觀察資料，并把這些資料跟自己理論計(jì)算的結(jié)果對(duì)比亞當(dāng)斯也不斷到劍橋大學(xué)天文臺(tái)去，他還得到一份英國(guó)皇家格林尼治天文臺(tái)的資料，這使他的理論計(jì)算能及時(shí)跟觀察資料比較他們兩人根據(jù)自己的計(jì)算結(jié)果，各自獨(dú)立地得出結(jié)論：在天王星的附近，還有一顆新的行星l 1846年9月23日晚，德國(guó)的天文學(xué)家伽勒在勒維耶預(yù)言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星，人們稱其為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星”，這就是海王星 憑借著萬(wàn)有引力定律，通過(guò)計(jì)算，在筆尖下發(fā)現(xiàn)了新的天體，這充分顯示了科學(xué)理論的威力問(wèn)題探究 1地球表面上物體的重力和地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力的關(guān)系是什么? i 2地球表面物體的重力是否是恒定不變的?若變，怎么變? i 學(xué)生思考、交流、討論，并嘗試回答 i 教師活動(dòng)：對(duì)學(xué)生的回答點(diǎn)評(píng)，引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確地解決上述問(wèn)題 i 明確：1地球上物體的重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的，它并不等于萬(wàn)有引力這是因 為地球上的物體要隨地球自轉(zhuǎn)而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)半徑r是物體到地軸的距離，所需 l向心力大小為 (02r，方向垂直指向地軸物體隨地球的自轉(zhuǎn)所需的向心力是由地球?qū)?l物體的引力的一個(gè)分力提供的，引力的另一個(gè)分力才是通常所說(shuō)的物體受到的重力 i 2地球上物體的重力會(huì)隨緯度變化而變化這里的原因有兩個(gè)：一個(gè)是由于在不同緯度 上物體隨地球自轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)半徑不同，因而所需的向心力有所不同；另一個(gè)是由于地球并不是一個(gè)理想的球體，從精確的測(cè)量可知，地球是一個(gè)極半徑比赤道半徑略小的橢球體，因而 物體位于不同緯度上，地球?qū)λ囊σ簿陀兴煌噪S著緯度的增加，地球?qū)ξ矬w的 引力逐漸增大，物體隨地球自轉(zhuǎn)所需向心力逐漸減小，物體的重力逐漸增大實(shí)際上，物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力最大也不過(guò)是地球?qū)λΦ那Х种畮?，所以在一般情況下，重力和 重力加速度隨緯度變化可忽略不計(jì) 在地球表面，物體重力隨高度增大，萬(wàn)有引力變?yōu)?由此可看出物體隨高度的增大其重力減小 例二：2003年10月15日9時(shí)，我國(guó)“神舟”五號(hào)宇宙飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，把中國(guó)第一位航天員楊利偉送入太空飛船繞地球l4圈后，于lo月16日6時(shí)23分安全降落在內(nèi)蒙古主著陸場(chǎng)這次成功的發(fā)射實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢(mèng)想，標(biāo)志著中國(guó)成為世界上第三個(gè)能夠獨(dú)立開展載人航天活動(dòng)的國(guó)家，為進(jìn)一步的空間科學(xué)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)基于此問(wèn)題情境，請(qǐng)完成下列問(wèn)題 (1)飛船在升空過(guò)程中，要靠多級(jí)火箭加速推進(jìn)若飛船內(nèi)懸掛一把彈簧秤，彈簧秤下懸 一119一吊05 k9的物體在火箭上升到某一高度時(shí)發(fā)現(xiàn)彈簧秤示數(shù)為9 N，則此時(shí)火箭的加速度是多大?(9取10ms2) (2)邀游太空的楊利偉在航天飛船里可以見到多少次日落日出? (3)在太空微重力狀態(tài)下，在太空艙內(nèi)，下列測(cè)量?jī)x器能否使用?請(qǐng)說(shuō)明理由 A液體溫度計(jì) B天平 c彈簧秤 D液體密度計(jì) 解答：(1)飛船在升空過(guò)程中不斷加速，產(chǎn)生超重現(xiàn)象以物體為研究對(duì)象，物體在隨火箭加速過(guò)程中，受到重力G和彈簧秤對(duì)窀的拉力T兩個(gè)力的作用，根據(jù)牛頓第二定律：有T-G=m。得到：n=(T-G)m=8 (2)邀游太空的楊利偉隨飛船繞地球運(yùn)行l(wèi)4圈，所以他在航天飛船里可以見到14次日落日出 (3)在太空微重力狀態(tài)下，在太空艙內(nèi)，儀器能否使用，要看儀器的工作原理： A因?yàn)橐后w溫度計(jì)是根據(jù)液體的熱脹冷縮的性質(zhì)制成的，在太空艙內(nèi)可以使用 B天平是根據(jù)杠桿原理制成的。在太空艙內(nèi)，物體幾乎處于完全失重狀態(tài)，即微重力狀態(tài)，所以杠桿在太空艙內(nèi)不能工作，因此天平不能使用 C彈簧秤的工作原理是依據(jù)在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈力與彈簧長(zhǎng)度的改變量成正比的規(guī)律制成的，在太空艙內(nèi)，仍然可以使用它來(lái)測(cè)力但是不能用它來(lái)測(cè)物體重力，正是因?yàn)檫@點(diǎn)，同學(xué)們有一個(gè)易犯的錯(cuò)誤，誤認(rèn)為不能使用 D液體密度計(jì)是根據(jù)物體在液體中的浮力等于物體本身的重力的原理制成的，同B的原因，故液體密度計(jì)不能使用 美國(guó)于2005年1月12日升空的“深度撞擊”號(hào)探測(cè)器，在2005年7月4日與“坦普爾一號(hào)”彗星相撞，產(chǎn)生45噸TNT當(dāng)量爆炸威力這是美國(guó)獨(dú)自搞的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，可謂前所未有 我們國(guó)家也有自己的“深度撞擊”計(jì)劃。這一計(jì)劃目前已經(jīng)列人了“十一五”規(guī)劃之中，在探月成功后便將付諸實(shí)施 假設(shè)一坦普爾一號(hào)”彗星上用彈簧秤稱得質(zhì)量為研的砝碼重力為G0，撞擊器在靠近彗星表面運(yùn)行時(shí)，其測(cè)得環(huán)繞周期是L試根據(jù)上述數(shù)據(jù)求該“坦普爾一號(hào)”彗星的質(zhì)量 解析：設(shè)“坦普爾一號(hào)”彗星表面的重力加速度為9，“坦普爾一號(hào)”彗星質(zhì)量為M，在“坦普爾一號(hào)”彗星上對(duì)于在“坦普爾一號(hào)”彗星表面的衛(wèi)星由萬(wàn)有引力提供向心力，所以由上兩式可知：答案： 1本節(jié)學(xué)習(xí)了萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的成就，計(jì)算天體質(zhì)量的方法是F引F向 2解題思路：一l20 1教材“問(wèn)題與練習(xí)”第1、2、3、4題 2查閱發(fā)現(xiàn)未知天體的有關(guān)資料 課置：“稱”出地球的質(zhì)量 內(nèi)窖：假如要你“稱”出我們生活的地球的質(zhì)量，請(qǐng)你通過(guò)查閱我國(guó)發(fā)射的某一顆人造衛(wèi)星或飛船的有關(guān)數(shù)據(jù)，推算出地球的質(zhì)量，寫出相關(guān)活動(dòng)報(bào)告1解答：由萬(wàn)有引力提供向心力，而萬(wàn)有引力近似等于重力，即所以 g月約為地球表面g的16，在月球上人感覺(jué)很輕，習(xí)慣在地球表面行走的人，在月球表面是跳躍前進(jìn)的 2解答：設(shè)地球表面上有質(zhì)量為m的物體，地球質(zhì)量為M，地球半徑為R，則忽略地球自轉(zhuǎn)，物體所受重力等于其受到的萬(wàn)有引力，則根據(jù)牛頓第二定律：所以個(gè)g只與地球的質(zhì)量、地球半徑、萬(wàn)有引力常量有關(guān)，與物體的質(zhì)量m無(wú)關(guān)，即不同物體在地球表面的重力加速度相等若物體在離地h的高山上，根據(jù)萬(wàn)有引力定律此處重力加速度，由牛頓第二定律：3解答：設(shè)地球質(zhì)量為M，衛(wèi)星質(zhì)量為m，周期為T，軌道半徑力r萬(wàn)有引力提供衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即即（H是M）4解答：需測(cè)量木星衛(wèi)星的軌道半徑r和衛(wèi)星的周期一設(shè)木星質(zhì)量為M、衛(wèi)星庾量為鞏根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓第二定律得所以 在探究萬(wàn)有引力的成就中，教學(xué)設(shè)計(jì)要求教師放開手腳讓學(xué)生大膽去想，怎樣才能求出天體的質(zhì)量?用兩種方法得出來(lái)后教師再總結(jié)，在什么情況下用什么公式，學(xué)生掌握起來(lái)就容易得多質(zhì)量求出來(lái)了，如何求密度?這一點(diǎn)完全讓學(xué)生自己處理激發(fā)學(xué)生的探究動(dòng)機(jī)在探究發(fā)現(xiàn)未知天體過(guò)程中，教師通過(guò)展示發(fā)現(xiàn)未知天體的材料，讓學(xué)生感知任何發(fā)現(xiàn)、發(fā)明離不開前人的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，要有所成就，必須學(xué)好現(xiàn)有知識(shí) 本教學(xué)設(shè)計(jì)始終以學(xué)生為主體精心設(shè)計(jì)探究活動(dòng)給學(xué)生主動(dòng)探索、自主學(xué)習(xí)的空間，通過(guò)學(xué)生的思考、動(dòng)手、觀察、討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)獲取知識(shí)一、哈雷彗星的預(yù)報(bào)1682年，天空出現(xiàn)了一顆大彗星英國(guó)天文學(xué)家哈雷(EHaIIey)發(fā)現(xiàn)它的軌道跟1531年、l607年出現(xiàn)的犬彗星的軌道基本重舍，他大膽斷言，這三次出現(xiàn)的彗星是同一顆星，并根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出這顆彗星的橢圓軌道，發(fā)現(xiàn)它的周期約為76年 這顆彗星能否按哈雷的計(jì)算在76年后回歸，這又一次成為對(duì)牛頓萬(wàn)有引力定律的嚴(yán)峻考驗(yàn)1759年3月13日與預(yù)算日期僅差l個(gè)月，這顆大彗星果然不負(fù)眾望，光耀奪目地通過(guò)近日點(diǎn)；5月15日，它終于向世人展現(xiàn)了它那長(zhǎng)長(zhǎng)的美麗的彗尾這是人類確認(rèn)的第一顆周期性彗星，它的回歸成為當(dāng)時(shí)破天荒的奇觀人們難以想象，神出鬼沒(méi)的彗星居然也有穩(wěn)定的軌道，而且還能被準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)這顆大彗星后來(lái)被稱為哈雷彗星它最近的一次回歸是l985年，下一次回歸應(yīng)該是2061年，同學(xué)們一定有幸目睹它的迷人風(fēng)采 二、“橘子與檸檬”之爭(zhēng)“許多自然科學(xué)的理論之所以被稱為真理，不但在于自然科學(xué)家們創(chuàng)立這些學(xué)說(shuō)的時(shí)候，而且在于為爾后的科學(xué)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的時(shí)候”牛頓發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力定律，開始只有一個(gè)假設(shè)，也是在其后一百多年問(wèn)，由于不斷被科學(xué)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，才逐漸得到普遍承認(rèn)對(duì)萬(wàn)有引力定律最有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之一，是關(guān)于地球形狀預(yù)測(cè)16世紀(jì)初，航海家麥哲倫(F-Magellan)率船隊(duì)環(huán)球航行，歷時(shí)三人類的家庭一地球年，終于成功，這足以證明地球?yàn)橐磺蝮w那么，地球是不是一個(gè)半徑處處相同的標(biāo)準(zhǔn)球體呢?在無(wú)法從地球之外觀察地球全貌，也無(wú)法在地面上進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的情況下，只能借助某些現(xiàn)象作一些預(yù)測(cè) 牛頓通過(guò)用萬(wàn)有引力定律的理論計(jì)算，大膽預(yù)言；由于地球的自轉(zhuǎn)，赤道部分的物質(zhì)應(yīng)向外隆起，使地球成為兩極稍扁的扁球體，猶如一個(gè)橘子 笛卡兒根據(jù)渦旋假設(shè)作出預(yù)言，地球應(yīng)是兩極伸長(zhǎng)的扁球體，猶如一個(gè)檸檬 這場(chǎng)“橘子與檸檬”之爭(zhēng)持續(xù)了幾十年，直到l735年，法國(guó)科學(xué)院派出兩個(gè)測(cè)量隊(duì)，分赴赤道地區(qū)和高緯度地區(qū)測(cè)量后，才一錘定音，牛頓勝利了，萬(wàn)有引力定律也勝利地經(jīng)受住了考驗(yàn) 三、海王星的發(fā)現(xiàn) 1781年3月13日，英國(guó)著名天文學(xué)家威廉赫歇爾發(fā)現(xiàn)天王星以后，世界上一些天文學(xué)家根據(jù)牛頓引力理論計(jì)算天王星軌道時(shí)，發(fā)現(xiàn)計(jì)算的結(jié)果總與實(shí)際觀測(cè)位置不符合這就引起人們思索，是牛頓理論有問(wèn)題，還是另外有一個(gè)天體引力施加在天王星上? 1845年，一位年僅26歲的英國(guó)劍橋大學(xué)青年教師亞當(dāng)斯，通過(guò)計(jì)算研究認(rèn)為在天王星軌道外還有一顆大行星，正是這顆未知的大行星的1力，才使理論計(jì)算和實(shí)際觀測(cè)的位置不符合，并且他計(jì)算預(yù)測(cè)了這顆未知大行星