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最新高中物理教案
作为一名无私奉献的老师,时常要开展教案准备工作,借助教案可以恰当地选择和运用教学方法,调动学生学习的积极性。那么问题来了,教案应该怎么写?以下是小编为大家收集的最新高中物理教案,仅供参考,希望能够帮助到大家。
最新高中物理教案1
教材分析
三相电流在生产和生活中有广泛的应用,学生应对它有一定的了解。但这里只对学生可能接触较多的知识做些介绍,而不涉及太多实际应用中的具体问题。三相交变电流在生产生活实际中应用广泛,所以其基本常识应让每个学生了解。
1、在介绍三相交变电流的产生时,除课本中提供的插图外,教师可以再找一些图片或模型,使学生明白,三个相同的线圈同时在同一磁场中转动,产生三相交变电流,它们依次落后1/3周期。三相交变电流就是三个相同的交变电流,它们具有相同的最大值、周期、频率。每一个交变电流是一个单相电。
2、要让学生知道,三个线圈相互独立,每一个都可以相当于一个独立的电源单独供电。由于三个线圈平面依次相差120o角。它们达到最大值(或零)的时间就依次相差1/3周期。用挂图配合三相电机的模型演示,效果很好。
让三个线圈通过星形连接或三角形连接后对外供电,一方面比用三个交变电流单独供电大大节省了线路的材料,另一方面,可同时提供两种不同电压值的交变电流。教师应组织学生观察生活实际中的交变电流的连接方式,理解课本中所介绍的三相电的连接。
教学设计方案
三相交变电流
教学目的
1、知道三相交变电流的产生及特点。
2、知道星形接法、三角形接法和相电压、线电压知识。
教具:演示用交流发电机
教学过程:
一、引入新课
本章前面学习了一个线圈在磁场中转动,电路中产生交变电流的变化规律。如果三组互成120°角的线圈在磁场中转动,三组线圈产生三个交变电流。这就是我们今天要学习的三相交变电流。
板书:第六节三相交变电流
二、进行新课
演示单相交流发电机模型:只有一个线圈在磁场中转动,电路中只产生一个交变电动势,这样的发电机叫单相交流发电机。它发出的电流叫单相交变电流。
演示:三相交流发电机模型,提出研究三相交变电流的产生。
板书:
一、三相交变电流的产生
1、三相交变电流的.产生:互成120°角的线圈在磁场中转动,三组线圈各自产生交变电流。
2、三相交变电流的特点:最大值和周期是相同的。
板书:三组线圈到达最大值(或零值)的时间依次落后1/3周期
我们还可以用图像描述三相交变电流
板书:三相交变电流的图像
三组线圈产生三相交变电流可对三组负载供电,那么三组线圈和三个负载是怎样连接的呢?
板书:
二、星形连接和三角形连接
1、星形连接
说明:在实际应用中,三相发电机和负载并不用6条导线连接,而是把线圈末端和负载之间用一条导线连接,这就是我们要学习的星形连接
①把线圈末端和负载之间用一条导线连接的方法叫星形连接(符号Y)
②端线、火线和中性线、零线。
从每个线圈始端引出的导线叫端线,也叫相线,在照明电路里俗称火线。从公共点引出的导线叫中性线,照明电路中,中性线是接地的叫做零线。
③相电压和线电压
端线和中性线之间的电压叫做相电压。
两条端线之间的电压叫做线电压。
我国日常电路中,相电压是220V、线电压是380V。
2、三角形连接
①把发电机的三个线圈始端和末端依次相连的方式叫三角板连接(符号△)。
②相电压和线电压。
两条端线之间的电压就是其中一个线圈的相电压,所以三角形连接中相电压等于线电压。
最新高中物理教案2
本节课打破以往的教学结构,将摩擦力作为一个整体来逐步研究,而不是分别研究静摩擦力和滑动摩擦力的产生条件、方向和大小,使得学生更全面的从本质上掌握摩擦力的特点。
本节课的教学有三大特点:
1、采用“学习即研究”的理念展开教学,让学生通过自己的观察和感受来提出所要研究的问题,并围绕提出的问题,设计实验方案,来解决问题。让学习的过程转变为研究的过程,从而实现物理学习的本质。
2、采用体验式的学习方法,通过就地取材的物品来进行小实验,看似简单易操作,但却能带给学生最真实的体验,让学生有最直接的感受。
3、采用知识教育和科学方法教育融于一体,通过实践找规律,让学生通过观察与类比、猜想与假设、实验与归纳、控制变量法、描点作图法等探究物理问题的基本方法,归纳出摩擦力的特点。
本节内容是学生已具有一定初中知识背景下,进一步来理解摩擦力的产生条件,摩擦力方向的判断以及影响摩擦力大小的因素。
(一)学情分析
1、学生初中已经学习了力的概念并可应用二力平衡进行计算静摩擦力的大小;
2、在初中阶段对摩擦力有定性了解,但不够深入高中阶段加以细化;
3、在初中学习电阻时用到过控制变量法归纳出摩擦力的特点。
(二)教材分析
本节课选自人教版普通高中物理必修1第三章第三节p57-p61,本节内容是在初中摩擦力知识基础上的延伸。是本章教学的重点,难点,也是高中物理中对物体进行受力分析的重点和难点。大家在初中已接触过摩擦力的学习,高中应从更深的一个层面来认识摩擦力,静摩擦力的问题很复杂,具体表现出“动中有静,静中有动”,有时似乎又是“若有若无,方向不定”。本节课,我力求使学生们可以正确认识静摩擦力。
(一)知识与技能
1、知道什么是静摩擦力;可以根据二力平衡的知识判断静摩擦力的大小和方向。
2、可以列举说明静摩擦力在生活中的应用,明白最大静摩擦力的决定因素有哪些。
(二)过程与方法
1、通过演示及动手体验,培养学生的观察和操作能力。
2、通过对静摩擦力的教学,可以使学生形成在生活中认识“力”的科学素养。
(三)情感态度与价值观
1、通过对最大静摩擦力进行的实验探究及数据分析,使学生感受到实践是检验真理的唯一标准,更好的培养学生尊重事实和实事求是的科学态度。
2、通过分析静摩擦力的应用,进一步体现出物理源于生活并服务于生活的道理。
(一)重点
1、研究静摩擦力大小的范围。
2、研究静摩擦力的方向。
(二)难点:如何对静摩擦力进行方向的.判断。
讲授法、实验法、讨论法相结合的实验探究模式
实验和多媒体教学:
(1)教师演示用:玻璃杯,大米,筷子,气球,玻璃球,两本交叠在一起的书,一端带有定滑轮的长木板,红墨水,细线,木块,矿泉水瓶,ppt课件。
(2)学生用实验器材2人一组:弹簧秤、毛巾;玻璃板,毛刷。
(一)复习提问,导入新课
1、趣味实验演示
向压实的整杯米中插进一根筷子,用筷子将米杯提起,将气球放进玻璃杯内,向气球内充气,用气球将玻璃杯提起。
发问设疑:将整杯米和玻璃杯提起的神奇力量是什么呢?
2、深入分析:
对整杯米进行受力分析,受到竖直向下的重力作用,还有筷子对整杯米的向上的作用力,向学生提出疑问,这个作用力可能是什么性质的力,进而给出在物理学中像这样产生于两个相对静止的物体间的摩擦力叫做静摩擦力。
(二)新课教学
1、静摩擦力的产生条件
①两物体接触且相互挤压
通过回顾课前气球提杯子的小实验,向学生发问,为什么干瘪的气球不能够提起杯子?
对比分析,当气球充满气时,气球可以提起杯子,此时气球与杯子接触且存在挤压,当气球内气体放出时,气球与杯子不接触且不存在相互挤压,气球也不能提起杯子,进而得出静摩擦力的产生条件之一是两物体接触并存在挤压。
②两物体存在相对运动趋势
仍然由气球提杯子的小实验入手,当气球与杯子都放在桌面上,且相对桌面静止时,气球和杯子之间不产生静摩擦力。当气球提起杯子时,气球和杯子之间就产生了静摩擦力,这是由于当气球提起玻璃杯时,玻璃杯会“想”相对气球向下运动,我们将其称为玻璃杯有相对气球向下的运动趋势,进而自然得出静摩擦力的又一个产生条件是两物体存在相对运动趋势。
③两物体接触面粗糙
夹玻璃球竞赛:
竞赛规则:谁能在十秒钟之内,用筷子夹起的玻璃球多谁就获胜。
十秒钟过去,我们会发现,一位同学夹起了几个玻璃球,而另一位同学几乎没有夹起玻璃球。引发学生的好奇心,进而追问,为什么比赛结果会如此悬殊?
教师解密,这是由于老师给“获胜”的同学所用的筷子提前穿上了一层“橡胶外衣”,进而使筷子与玻璃球接触的表面变得粗糙,才使得“获胜”同学顺利夹起玻璃球。
由此自然得出静摩擦力产生的第三个条件是两物体接触面粗糙。
2、静摩擦力概念
通过得出了静摩擦力产生的三个条件,可进一步概括得出静摩擦力的具体概念,即:两个相互挤压且相对静止的物体,由于存在相对运动趋势而在接触面上产生阻碍物体相对运动的力叫做静摩擦力。
给出定义后,教师提出一个将两本交叠在一起的书分开的小游戏,让学生亲身体会静摩擦力“巨大”力量,进而对静摩擦力有一个更直观的感受。
3、静摩擦力的三要素
①、作用点
引导学生通过定义直接得出,静摩擦力的作用点在两物体接触面上。
②方向
①用刷毛弯曲方向表示刷子所受静摩擦力的方向,在引导学生分析静止在斜面上的刷子的相对运动趋势方向,引导学生运用假设法分析得出刷子所受静摩擦力的方向与刷子的相对运动趋势方向相反这一结论。
②对被气球提起的杯子进行受力分析,引导学生利用已学过的二力平衡的知识逆向思考,分析静摩擦力的方向。
③大小
实验探究静摩擦力的大小变化:
杯子与木块相连,不断向杯中加水,直到木块滑动,可直观定性的观察物体所受静摩擦力的大小变化,自然提出猜想,静摩擦力的增大存在一个限度,教师加以解释说明,给出静摩擦力大小情况:静摩擦力的增大有一个限度,即fmax,这个最大值称为最大静摩擦力,其数值范围fmax≥f≥0,且最大静摩擦力大于滑动摩擦力。
4、巩固提高
①引导学生利用定义判断静止在曲面上的物体所受静摩擦力的方向。
教师加以总结概括,得出:静摩擦力的方向沿接触面切线方向并与相对运动趋势方向相反。
②让学生分析在超市电梯上的人的受力情况,和人走路及传送带上的物体所受到的静摩擦力。
③教师加以纠正和强调:受到静摩擦力作用的不一定是静止的物体,静摩擦力不一定是阻力。
5、应用
教师给出静摩擦力在生活中应用的相关实例,并给与解释,让学生进一步体会静摩擦力的利与弊。领会自然的神奇力量。
静摩檫力
一、静摩擦力的产生条件:
1、相互接触、挤压(弹力产生的条件)
2、与接触面有相对运动趋势
3、接触面粗糙
二、静摩擦力的定义:两个相互接触的物体,当它们发生相对运动趋势时,就会在接触面上产生阻碍相对运动趋势的力,这种力叫做静摩檫力。
三、摩擦力的方向:所以无论物体是静止还是运动,物体受到的静摩擦力的方向总是与相对运动趋势方向相反。
四、摩擦力的大小[来静摩擦力的大小0
课后完成课后“问题与练习”中1、2、3题。
(1)物理研究以实验为基础,我们这节课的学习过程中,利用身边的现象设计小实验的方法来探索物理问题,如何能更好的利用实验让学生探索物理问题?
(2)利用学习小组分组实验并讨论,如何运用小组评价机制?
最新高中物理教案3
1、掌握楞次定律的内容,能运用楞次定律判断感应电流方向。
2、培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。
3、能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向
4、掌握右手定则,并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式。
1、通过实践活动,观察得到的实验现象,再通过分析论证,归纳总结得出结论。
2、通过应用楞次定律判断感应电流的方向,培养学生应用物理规律解决实际问题的能力。
在本节课的学习中,同学们直接参与物理规律的发现过程,体验了一次自然规律发现过程中的乐趣和美的享受,并在头脑中进一步强化“实践是检验真理的唯一标准”这一辩证唯物主义观点。
1、楞次定律的获得及理解。
2、应用楞次定律判断感应电流的方向。
3、利用右手定则判断导体切割磁感线时感应电流的方向。
楞次定律的理解及实际应用。
发现法,讲练结合法
干电池、灵敏电流表、外标有明确绕向的大线圈、条形磁铁、导线。
教师:[演示]按下图将磁铁从线圈中插入和拔出,引导学生观察现象,提出:
①为什么在线圈内有电流?
②插入和拔出磁铁时,电流方向一样吗?为什么?
③怎样才能判断感应电流的方向呢?
本节我们就来学习感应电流方向的判断方法。
1、楞次定律
教师:让我们一起进行下面的实验。(利用cai课件,屏幕上打出实验内容)
[实验目的]研究感应电流方向的判定规律。
[实验步骤]
(1)按右图连接电路,闭合开关,记录下g中流入电流方向与电流表g中指针偏转方向的关系。(如电流从左接线柱流入,指针向右偏还是向左偏?)
(2)记下线圈绕向,将线圈和灵敏电流计构成通路。
(3)把条形磁铁n极(或s极)向下插入线圈中,并从线圈中拔出,每次记下电流表中指针偏转方向,然后根据步骤(1)结论,判定出感应电流方向,从而可确定感应电流的磁场方向。
根据实验结果,填表:
磁铁运动情况n极下插n极上拔s极下插s极上拔磁铁产生磁场方向线圈磁通量变化感应电流磁场方向
教师:n极向下插入线圈中,磁铁在线圈中产生的磁场方向如何?
教师:再把该磁铁从线圈中拔出时,磁铁在线圈中产生的磁场方向如何?
教师:s极向下插入线圈中,情况怎样呢?
教师:再把s极从线圈中拔出时,情况如何?
教师:通过上面的实验,同学们发现了什么?
教师:刚才几位同学的说法都正确。物理学家楞次概括了各种实验结果,在1834年提出了感应电流方向的判定方法,这就是楞次定律。投影打出楞次定律的内容。
[投影]
感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,这就是楞次定律。
(师生共同活动:理解楞次定律的内涵)
(1)“阻碍”并不是“阻止”,一字之差,相去甚远。要知道原磁场是主动的,感应电流的磁场是被动的,原磁通仍要发生变化,感应电流的磁场只是起阻碍变化而已。
(2)楞次定律判断感应电流的方向具有普遍意义。
教师:楞次定律符合能量守恒。从上面的实验可以发现:感应电流在闭合电路中要消耗能量,在磁体靠近(或远离)线圈过程中,都要克服电磁力做功,克服电磁力做功的过程就是将其他形式的能转化为电能的'过程。
楞次定律也符合唯物辩证法。唯物辩证法认为:“矛盾是事物发展的动力”。电磁感应中,矛盾双方即条形磁铁的磁场(b原)和感应电流的磁场(b感),两者都处于同一线圈中,且感应电流的磁场总要阻碍原磁场的变化,形成既相互排斥又相互依赖的矛盾,在回路中对立统一,正是“阻碍”的形成产生了电磁感应现象。
2、楞次定律的应用
教师:[投影]应用楞次定律判断感应电流方向的基本步骤:
(1)明确原磁场的方向。
(2)明确穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少。
(3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。
(4)利用安培定则确定感应电流的方向。
教师:下面让我们通过对例题的分析,熟悉应用楞次定律判断感应电流方向的基本步骤,同时加深对楞次定律的理解。
语文、数学、英语、历史、地理、政治、化学、物理、生物、美术、音乐、体育、信息技术
最新高中物理教案4
本节是人教版高中《物理》必修2第五章第7节,是《曲线运动》一章的最后一节。学习本节内容既是对圆周运动规律的复习与巩固,又是后面继续学习天体运动规律的基础,具有承上启下的作用。教材安排了铁路的弯道,汽车过拱桥,航天器中的失重现象,离心现象四个方面的内容,如果面面俱到,难免会蜻蜓点水,为了在教学中突出重点、分散难点,我将教材内容进行了重新整合,分两课时完成。本课为第一课时主要讨论铁路弯道的设计意图
通过前面的学习,学生已经对圆周运动有了较为清晰地认识,但是对于向心力的概念理解还不够深入。同时高一的学生思维活跃,求知欲强,他们很希望参与到课堂中来,自主的解决问题。
过程与方法知识与技能情感态度和价值观经历观察思考,自主探究,交流讨论等活动进一步理解向心力的概念。
能在具体问题中找到向心力的来源培养学生的团队精神,合作意识;感悟科学的严肃性,培养学生严谨的学风教学重点和难点:在具体问题中找到向心力的来源
1、教法:使用情境激趣、设疑引导、适时点拨的方式引领学生的学习;
2、学法:学生在教师的引领下,通过观察现象、自主探究、交流讨论等方式参与到课堂中来,体验求知乐趣,成为学习的主人。
3、教学资源:
(1)多媒体课件;
(2)自制教具:车轮模型、弯道模型;
首先,播放一段胶济铁路火车事故的视频动画,将学生的注意力吸引到火车转弯这一具体情境中来。我就此提出两个问题:
1、火车转弯时的限定速度是怎样规定的?
2、火车超速时为什么容易造成脱轨事故?学生带着问题进入课堂,既引起了他们的兴趣,又为他们的学习指明了方向。
我通过提问的方式,帮助学生回忆计算向心力的常用公式,然后,设置情景,让学生对做圆周运动的物体做出受力分析并找到向心力的来源。
情景一:物块随圆盘做匀速圆周运动。
情景二:小球在杯子内壁做圆周运动。此情景并没有直接展示给学生,而是提出问题:“你能不用手接触小球,而不使小球落入杯底吗?注意,要保证杯口朝上。”让学生自己设计出小球的运动方式,并对杯中小球的运动情况作出受力分析。通过这种方式让学生参与到课堂中来,提高了学生的学习兴趣。而后,教师做出总结:分析圆周运动问题,就是要通过运动分析求出物体需要多大的向心力,通过受力分析找到谁在提供向心力,从而建立供需平衡方程,这是解决圆周运动问题的一般思路。
这一部分集中了本节的重点和难点,为了降低学习难度,我巧设梯度,从以下三个部分组织教学:
1、认识火车车轮的结构特点
首先教师播放视频,分别展示火车在水平面和水平弯曲轨道上的运动,学生通过观察和对比,认识到火车转弯要靠铁轨和车轮的作用。然后学生观察车轮和轨道结构,描述火车车轮结构特点。学生遇到困难时,教师利用自制教具──模型车轮,加深学生对车轮结构的印象,并提示学生思考车轮轮缘的作用。
进一步提出问题:生活中还有什么地方用到了类似的轮子结构?通过学生的回答,和图片的展示(学校门口的电动拉门的轮子),使学生认识到这一结构在生活中也是常见的,从而拓展了学生的认识。接着提问学生:你认为火车在水平轨道上转弯时向心力来自哪里?经过观察和思考,学生已经不难想到向心力的来源。而后追问:你认为这样的转弯方式有什么弊端吗?学生通过思考,结合上课之初播放的视频,不难回答出这样做的危害性。
2、真实的火车弯道的情况
那么设计师有什么好的方法吗?通过提问,了解学生对实际铁路弯道特点的认识情况。而后通过图片,使学生认识铁路弯道处内轨低而外轨高的特点;从而发出疑问,弯道处这样设计的用意何在呢?
提示学生从受力分析入手,找到此时向心力的来源,并要求学生画出受力分析图。
除了正确的分析外,学生很可能将重力与支持力的合力画成沿斜面向下,这是对弯道的圆心位置分析不清造成的,对学生可能做出的'两种向心力的方向,我不直接评论对错,而是使用自制教具,展示给学生弯道处路基的特点,让学生有所参照。学生不难发现,弯道的内侧与碗的内壁相似,进而认识到和杯子内壁的相似性,把小球在杯子内壁的运动与火车在弯道处的运动作对比分析。经过这样两步,学生已经不难得出正确的受力分析。成功的突破了这一教学难点。
然后趁热打铁,引导学生从定性到定量,写出重力与支持力的合力的表达式,为下一步的学习做好准备。
3、假如你是设计师
为了解决开课时提出的两个问题,我设计了第三部分──假如你是设计师。
首先,设置情境:你设计了一段半径为r,倾角为θ的'铁路弯道,你会如何规定火车转弯的速度?提示学生从解决圆周运动一般本思路出发,从供需平衡关系入手,列出方程,从而得出限定速度的表达式。从表达式的得出过程,引导学生理解,限定速度的规定实际是为了保证由重力和支持力的合力提供向心力,从而避免车轮和铁轨间的挤压,保证行车安全。
接着,通过演示实验,让学生观察在杯内转动过快的小球从杯中飞出的过程,提示学生思考,如果火车速度过快会怎么样呢?学生已经不难认识到火车速度过快会使火车脱轨的问题。而后引导学生用供需平衡条件来解释这一问题,深化了学生认识。为了突出重点,这里不提出离心现象这一问题。只是通过现象的分析和认识为离心现象的教学做好铺垫。
通过本节的教学不仅要使学生认识到解决圆周运动问题的一般方法,更重要的是使他们认识到火车转弯的模型在生活中是普遍存在的,认识到生活中的简单现象往往就是解决实际问题的灵感的来源。进一步启发学生,还有哪些生活中的运动也使用了相同的设计思想?使学生认识到自行车转弯、汽车转弯也有相似的情况,从而从特殊到一般,深化学生的认识。同时通过对事故原因的科学分析,使学生认识到尊重规律的重要性,培养学生严谨的学习态度。
课后作业是学生再学习的重要途径,本节课后我安排了两项作业。旨在让学生巩固知识的同时,认识物理与社会的联系,将对学生的知识教育和情感教育引向课外。
1、课后练习题。
2、了解中国铁路提速情况,查找资料,提出你对铁路建设的建议。总体设计思想本节课的设计思想是借助问题给学生一个思维的支点,在教师的引领下,从分析生活中的简单现象入手,找到一般规律。在新的问题情境中思考、发现生活中的模型。通过类比,把日常生活中的知识联系到新问题的解决当中,在加深知识理解的过程中,也培养了分析应用能力。同时,通过对事故原因的分析,培养学生严谨科学的分析方法和认真负责的工作态度。体现“从生活走向物理、从物理走向社会”的物理教学理念。
最新高中物理教案5
教学目标
1、知识与技能
(1)了解地球表面物体的万有引力两个分力的大小关系,计算地球质量;
(2)行星绕恒星运动、卫星的运动的共同点:万有引力作为行星、卫星圆周运动的向心力,会用万有引力定律计算天体的质量;
(3)了解万有引力定律在天文学上有重要应用。
2、过程与方法:
(1)培养学生根据数据分析找到事物的主要因素和次要因素的一般过程和方法;
(2)培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法;
(3)培养学生归纳总结建立模型的能力与方法。
3、情感态度与价值观:
(1)培养学生认真严禁的科学态度和大胆探究的心理品质;
(2)体会物理学规律的简洁性和普适性,领略物理学的优美。
教学重难点
教学重点
地球质量的计算、太阳等中心天体质量的计算。
教学难点
根据已有条件求中心天体的质量。
教学工具
多媒体、板书
教学过程
一、计算天体的质量
1、基本知识
(1)地球质量的计算
①依据:地球表面的物体,若不考虑地球自转,物体的重力等于地球对物体的万有引力,即
②结论:
只要知道g、R的值,就可计算出地球的质量。
(2)太阳质量的计算
①依据:质量为m的行星绕太阳做匀速圆周运动时,行星与太阳间的万有引力充当向心力,即
②结论:
只要知道卫星绕行星运动的周期T和半径r,就可以计算出行星的质量。
2、思考判断
(1)地球表面的物体,重力就是物体所受的万有引力。(×)
(2)绕行星匀速转动的卫星,万有引力提供向心力。(√)
(3)利用地球绕太阳转动,可求地球的质量。(×)
3、探究交流
若已知月球绕地球转动的周期T和半径r,由此可以求出地球的质量吗?能否求出月球的质量呢?
【提示】能求出地球的质量。利用
为中心天体的质量。做圆周运动的月球的质量m在等式中已消掉,所以根据月球的周期T、公转半径r,无法计算月球的质量。
二、发现未知天体
1、基本知识
(1)海王星的发现
英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶根据天王星的观测资料,利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道。1846年9月23日,德国的加勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星。
(2)其他天体的发现
近100年来,人们在海王星的轨道之外又发现了冥王星、阋神星等几个较大的天体。
2、思考判断
(1)海王星、冥王星的发现表明了万有引力理论在太阳系内的正确性。(√)
(2)科学家在观测双星系统时,同样可以用万有引力定律来分析。(√)
3、探究交流
航天员翟志刚走出“神舟七号”飞船进行舱外活动时,要分析其运动状态,牛顿定律还适用吗?
【提示】适用。牛顿将牛顿定律与万有引力定律综合,成功分析了天体运动问题。牛顿定律对物体在地面上的运动以及天体的运动都是适用的。
三、天体质量和密度的计算
【问题导思】
1、求天体质量的思路是什么?
2、有了天体的质量,求密度还需什么物理量?
3、求天体质量常有哪些方法?
1、求天体质量的思路
绕中心天体运动的其他天体或卫星做匀速圆周运动,做圆周运动的天体(或卫星)的向心力等于它与中心天体的`万有引力,利用此关系建立方程求中心天体的质量。
2、计算天体的质量
下面以地球质量的计算为例,介绍几种计算天体质量的方法:
(1)若已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期为T,半径为r,根据万有引力等于向心力,即
(2)若已知月球绕地球做匀速圆周运动的半径r和月球运行的线速度v,由于地球对月球的引力等于月球做匀速圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律,得
(3)若已知月球运行的线速度v和运行周期T,由于地球对月球的引力等于月球做匀速圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律,得
(4)若已知地球的半径R和地球表面的重力加速度g,根据物体的重力近似等于地球对物体的引力,得
解得地球质量为
3、计算天体的密度
若天体的半径为R,则天体的密度ρ
误区警示
1、计算天体质量的方法不仅适用于地球,也适用于其他任何星体。注意方法的拓展应用。明确计算出的是中心天体的质量。
2、要注意R、r的区分。R指中心天体的半径,r指行星或卫星的轨道半径。以地球为例,若绕近地轨道运行,则有R=r.
例:要计算地球的质量,除已知的一些常数外还需知道某些数据,现给出下列各组数据,可以计算出地球质量的有哪些?()
A.已知地球半径R
B.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度v
C.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T
D.已知地球公转的周期T′及运转半径r′
【答案】ABC
归纳总结:求解天体质量的技巧
天体的质量计算是依据物体绕中心天体做匀速圆周运动,万有引力充当向心力,列出有关方程求解的,因此解题时首先应明确其轨道半径,再根据其他已知条件列出相应的方程。
四、分析天体运动问题的思路
【问题导思】
1、常用来描述天体运动的物理量有哪些?
2、分析天体运动的主要思路是什么?
3、描述天体的运动问题,有哪些主要的公式?
1、解决天体运动问题的基本思路
一般行星或卫星的运动可看做匀速圆周运动,所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供,所以研究天体时可建立基本关系式:
2、四个重要结论
设质量为m的天体绕另一质量为M的中心天体做半径为r的匀速圆周运动
以上结论可总结为“越远越慢,越远越小”。
误区警示
1、由以上分析可知,卫星的an、v、ω、T与行星或卫星的质量无关,仅由被环绕的天体的质量M和轨道半径r决定。
2、应用万有引力定律求解时还要注意挖掘题目中的隐含条件,如地球的公转周期是365天,自转一周是24小时,其表面的重力加速度约为9.8m/s2.
例:)据报道,天文学家近日发现了一颗距地球40光年的“超级地球”,名为“55Cancrie”,该行星绕母星(中心天体)运行的周期约为地球绕太阳运行周期的480(1),母星的体积约为太阳的60倍。假设母星与太阳密度相同,“55Cancrie”与地球均做匀速圆周运动,则“55Cancrie”与地球的()
【答案】B
归纳总结:解决天体运动的关键点
解决该类问题要紧扣两点:一是紧扣一个物理模型:就是将天体(或卫星)的运动看成是匀速圆周运动;二是紧扣一个物体做圆周运动的动力学特征,即天体(或卫星)的向心力由万有引力提供。还要记住一个结论:在向心加速度、线速度、角速度和周期四个物理量中,只有周期的值随着轨道半径的变大而增大,其余的三个都随轨道半径的变大而减小
五、双星问题的分析方法
例:天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星。双星系统在银河系中很普遍。利用双星系统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量。已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动,周期均为T,两颗恒星之间的距离为r,试推算这个双星系统的总质量。(引力常量为G)
归纳总结:双星系统的特点
1、双星绕它们共同的圆心做匀速圆周运动,它们之间的距离保持不变;
2、两星之间的万有引力提供各自需要的向心力;
3、双星系统中每颗星的角速度相等;
4、两星的轨道半径之和等于两星间的距离。
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