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《3.万有引力定律的应用》优质课教案下载
4、通过分析提高分析解决天体运动的能力和对天文学的热爱。?
【教学重点】?
?1、万有引力定律的应用;?
2、两种方法求中心天体质量。?
【教学难点】?
??1、两种方法求中心天体质量;?
2、万有引力定律的应用总结。?
【教学过程】
考点二 天体质量和密度的计算[师生共研类]
1.模型一 (g-R)
利用天体表面的重力加速度g和天体半径R。
(1)由G eq ﹨f(Mm,R2) =mg得天体质量M= eq ﹨f(gR2,G) 。
(2)天体密度ρ= eq ﹨f(M,V) = eq ﹨f(M,﹨f(4,3)πR3) = eq ﹨f(3g,4πGR) 。
(3)GM=gR2称为黄金代换公式。
2.“模型二法(T-r)
测出卫星绕天体做匀速圆周运动的周期T和半径r。
(1)由G eq ﹨f(Mm,r2) =m eq ﹨f(4π2,T2) r得天体的质量M= eq ﹨f(4π2r3,GT2) 。
(2)若已知天体的半径R,则天体的密度ρ= eq ﹨f(M,V) = eq ﹨f(M,﹨f(4,3)πR3) = eq ﹨f(3πr3,GT2R3) 。
(3)若卫星绕天体表面运行时,可认为轨道半径r等于天体半径R,则天体密度ρ= eq ﹨f(3π,GT 2) ,可见,只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T,就可估算出中心天体的密度。
[典例] 1789年英国物理学家卡文迪许测出引力常量G,因此卡文迪许被人们称为“能称出地球质量的人”。若已知引力常量为G,地球表面处的重力加速度为g,地球半径为R,地球上一个昼夜的时间为T1(地球自转周期),一年的时间为T2(地球公转周期),地球中心到月球中心的距离为L1,地球中心到太阳中心的距离为L2。下列说法正确的是( )
A.地球的质量m地= eq ﹨f(GR2,g)
B.太阳的质量m太= eq ﹨f(4π2L23,GT22)
C.月球的质量m月= eq ﹨f(4π2L12,GT12)
D.由题中数据可求月球的密度
[解析] 若不考虑地球自转,根据地球表面万有引力等于重力,有G eq ﹨f(m地m,R2) =mg,则m地= eq ﹨f(gR2,G) ,故A错误;根据太阳对地球的万有引力提供向心力,有G eq ﹨f(m太m地,L22) =m地 eq ﹨f(4π2,T22) L2,则m太= eq ﹨f(4π2L23,GT22) ,故B正确;由题中数据无法求出月球的质量,也无法求出月球的密度,故C、D错误。