高中物理第三章3万有引力定律的应用教案2教科版必修2

第3节万有引力定律的应用
教学准备：
相应问题的图片资料，学生可能提到的相关问题背景的资料．
教学环节教学内容教学说明
（一）设置问
题，引起思考
（二）同学讨论，提出问题
学生讨论：通过问题讨论和交流，提出各自的问题．由
教学实践归纳主要问题如下．
学生问：我可用的资源还有什么？
教师回答：地球是太阳的卫星，月球是地球的卫星．
学生问：知道地球和月球之间的距离吗？
教师回答：假设知道，设为 R．
学生问：月球绕地球的运动轨道可以看成圆轨道吗？
教师回答：可以看成圆轨道．
学生问：使月球绕地球做圆周运动的向心力只有万有引
力吗？重力有影响吗？
教师回答：只有万有引力，此时的重力就是万有引力．
由学生自由
发问，教师回答
学．
价值不大的
问题没有显示．
（三）同学讨论，提出自己的测量想法
学生讨论，并提出想法如下．
学生想法一：月球相对地球的重力就是万有引力，
因而，由此可以算出地球的质量．
有学生问： m 、 M 是分别谁的质量？
提出想法的学生回答： m 是月球质量， M 是地球质量．
教师不做说明，不加肯定成否定，将其写在黑板上．后
面学生提出的想法，教师均作如上处理．
学生想法二：地球是太阳的卫星，地球绕太阳做圆周运
动的向心力是万有引力提供的，所以有如下模型：
教师板书学
生的想法：
5种想法提
出后就被质疑肯
定错误的方法没
有显示．
显示图片．
并且学生指出： m 是地球的质量， M 是太阳的质量．
学生争论： m 应是太阳的质量，M 应是地球的质量，所
以 M 可忽略不计．
个别学生看法：不知道地球绕太阳运动的线速度．
学生想法三：
学生想法四：知道月球绕地球运动的周期是一个月，能
不能用周期代替v？
老师问：怎么代替？
（四）共同分
析、讨论 1 、 2 、
3 、
4 、
5 的想
法，理解体会应该
怎样求地球的质
量．
共同来看黑板上的 5 种想法，看看哪种想法可行、合理．
教师问：大家觉得哪种方法能求出地球的质量？
学生回答：有较多的学生会同意想法三，个别同学提议
用五与三结合，还会有一部分同学支持想法一……
教师要求：想好同意哪一个方法，并说明理由．
逐一讨论、分析、体会、理解．
支持想法三、五的学生，对于这两种想法加以完善，然
后得出结论．
学生的基本想法：
让学生相互
“批判”，表达
观点，尽量让学
生表达得充分
些．
支持想法一的同学，同意上述观点，但认为想法一也可
以求出地球的质量，且方法简单：
教师问：有没有人不同意上面想法？
有学生回答：有．
老师问：为什么不同意？
有同学问：月球处的重力加速度还是 g 吗？
教师回答：不是．
学生疑惑：上式能用吗？
（五）难点讨
论，师生共同分析
对式的几点讨论：
1．上式从理论上看可行不可行？
回答肯定：可行．
2．上式有哪些问题不能解释？
月球是绕地球运动的，上式中的月球是静止的，这样合
理吗？
试问：有同学能解释吗？如果有，学生解释，如果没有
显示图片
教师解释．
教师解释：
1．如果地球对月球的吸引力是重力，那么这个力应是月球做圆周运动的向心力，也就是说： g 应设为月球运动的向
心加速度，将上式改为：，同样可以求出地球
质量，其中 R 是月、地距离，但需要知道月球绕地球做圆周运动的向心加速度．
（ 2 ）换一种思路思考：如果是地球表面的某一质量为m 的物体，可以近似认为，也可以估算出地球的质量，（其中 r 为地球半径）
此时也经常被写为：
（六）梳理本节课内容，布置作业
1．应用万有引力定律“测”地球质量的方法如下．
方法一：根据月球运转的周期，有：
方法二：根据月球的向心加速度，有：
方法三：根据地球表面物体受到的重力近似等于万有引
力 , 有：
2．作业
（ 1 ）阅读教材第 50 页内容，看图 3-3-1 ，你能应
用万有引力定律预测彗星下次光临地球的时间吗？
（ 2 ）你知道为什么海王星被称为“笔尖上发现的行星”
吗？查阅相关资料．
（ 3 ）查找相关数据，计算地球的质量．
（ 4 ）万有引力在我们的现实生活中有哪些应用？
问题小组提
出的问题很多，
课堂上师生探究
的仅仅是其中的
一部分．
教学流程图：
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图所示，某极地轨道卫星的运行轨道平面通过地球的南北两极，已知该卫星从北纬60°的正上方按图示方向第一次运行到南纬60°的正上方时所用时间为1h，则下列说法正确的是( )
A．该卫星的运行速度一定大于7.9km/s
B．该卫星与同步卫星的运行角速度之比为2:1
C．该卫星与同步卫星的运行半径之比为l:4
D．该卫星的机械能一定大于同步卫星的机械能
2．2019年4月10日，人类史上首张黑洞照片发布，照片中是室女座巨椭圆星系M87的黑洞照片，这是黑洞存在最直接的视觉证据。

黑洞最初是一个衰老的巨大恒星，它的质量要达到太阳的数十倍以上，恒星不断的发光发热，随着恒星中心的“燃料”不断消耗，恒星内部能量不足，无法支撑外壳重压，恒星内核开始塌缩。

最终，所有物质缩成一个体积接近无限小的点，这便是奇点。

奇点会形成强大引力场，吸收周围物质，就连光也会被吸进去，至此黑洞诞生。

拍摄黑洞用的是事件视界望远镜，该望远镜收集到的不是我们日常的可见光，而是一种波长比光波更长的亚毫米波，亚毫米波本身是没有颜色的区别，科学家们实际上只能感受到强弱的不同。

发布的图片中心黑暗区域正中为黑洞。

周围环绕一个新月状光环，一侧亮一些，另一侧暗一些，是因为光环旋转，导致接收者接收到相位和频率变化造成的。

根据以上信息下列说法正确是
A．恒星发光发热是恒星内部的核裂变造成的
B．环状新月型光环上下两侧不对称是多普勒效应造成的
C．黑洞的第一宇宙速度是光速
D．事件视界望远镜收集的亚毫米波比可见光的频率大
3．质点做直线运动的位移x与时间t的关系为x = 5t + t2（各物理量均采用国际单位制单位），则该质点
A．第1 s内的位移是5 m
B．前2 s内的平均速度是6 m/s
C．任意1 s内的速度增量都是1m/s
D．任意相邻的1 s内位移差都是2 m
4．如图所示，放置在水平地面上的箱子内，带电小球a、b用绝缘细线分别系于箱子的上、下两边，均处于静止状态，下列说法正确的是
A．两球一定带异种电荷
B．若增大b球带电量，连接b的绳子拉力可能变小
C．若增大b球带电量，连接a的绳子拉力可能不变
D．若增大b球带电量，箱子对地面的压力一定增大
5．关于曲线运动的叙述正确的是（）
A．曲线运动不一定都是变速运动
B．做曲线运动的物体，速度方向时刻变化，故曲线运动不可能是匀变速运动
C．物体在一个恒力作用下有可能做曲线运动
D．物体只有受到方向时刻变化的力的作用下才可能做曲线运动
6．如图所示，带支架的平板小车沿水平面向左做直线运动，小球A用细线悬挂于支架前端，质量为m的物块B始终相对于小车静止地摆放在右端．B与小车平板间的动摩擦因数为μ．若某时刻观察到细线偏离竖直方向θ角，则此刻小车对物块B产生的作用力的大小和方向为
A．mg，竖直向上
B．，斜向左上方
C．，水平向右
D．，向右上方
二、多项选择题
7．图甲为一列沿x轴传播的简谐横波在t=0.1s时刻的波形图，图乙是这列波中质点B的振动图像，则波速的大小为__________m/s；再经过0.05s，质点_________（选填“A”、“B”“C”或“D”）到达波峰。

8．如图所示，物体自O点由静止开始做匀加速直线运动，A、B、C、D为其运动轨迹上的四点，测得AB
＝2 m，BC＝3 m。

且物体通过AB、BC、CD所用的时间相等，则下列说法正确的是（）
A．可以求出物体加速度的大小
B．可以求得CD＝4 m
C．可以求得OA之间的距离为1.125 m
D．可以求得OB之间的距离为12.5 m
9．如图甲所示，abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框，金属线框的质量为m，电阻为R0。

在金属线框的下方有一匀强磁场区域，MN和PQ是匀强磁场区域的水平边界，并与线框的bc边平行，磁场方向垂直于线框平面向里。

现使金属线框从MN上方某一髙度处由静止开始下落，如图乙是金属线框由开始下落到完全穿出匀强磁场区域瞬间的v-t图象，图象中的物理量均为已知量。

重力加速度为g，不计空气阻力。

下列说法正确的是
A．金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿adcba方向
B．金属线框的边长为v1(t2-t1)
C．磁场的磁感应强度为
D．金属线框在0 - t4的时间内所产生的热量为
10．下列说法正确的是：
A．物体吸收热量后，内能不一定增加
B．物体的内能只跟温度有关
C．热量从低温物体向高温物体传递是完全可能的
D．当两个分子间距为r0和间距为无穷大时，它们间的分子力都为零，故它们的分子势能相等且都为零
E. 一定质量理想气体对外界做了正功，其内能不一定减少，但其密度一定减小
三、实验题
11．在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图1所示。

图1 图2 图3
（1）在图2中画出完整的光路图；
（2）对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n=________（保留3位有效数字）。

（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图所示。

图3中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________（填“A”或“B”）。

12．某同学在做“练习使用打点计时器”实验时打出的纸带如图所示,每两点之间还有四个点没有画出来,图中上面的数字为相邻两点间的距离,打点计时器的电源频率为50Hz。

（1）打点计时器是一种使用________（填“交流”或“直流”）电源的________仪器
（2）相邻两个计数点间的时间为_________s
（3）打第4个计数点时纸带的速度v4=__________m/s（保留三位有效数字）
四、解答题
13．9月22日是世界无车日，其宗旨是鼓励人们在市区使用公共交通工具，骑车或步行，增强人们的环保意识，该日，小明在上班途中向一公交车站走去，发现一辆公交车正从身旁平直的公路驶过，此时，他的速度是1m/s，公交车的速度是15m/s，他们距车站的距离为50m。

假设公交车在行驶到距车站25m处开
始刹车，刚好到车站停下，停车时间8s。

小明的最大速度只能达到6m/s，最大起跑加速度只能达到2.5m/s2。

（1）若公交车刹车过程视为匀减速运动，其加速度大小是多大？
（2）通过计算说明小明是否能赶上这班车。

14．如图所示，四边形ABCD是一块玻璃砖的横截面示意图，∠D=90°，DO垂直于AB，垂足为O.一束单色光从O点射入玻璃砖，人射角为i，调节i的大小，当i=45°时，AD面和CD面都恰好没有光线射出.求：
①玻璃砖对该单色光的折射率.
②四边形ABCD中∠A的大小.
【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 C B D A C D
二、多项选择题
7． 20m/s D
8．BC
9．BC
10．ACE
三、实验题
11．53 A
12．交流; 计时; 0.1s; 1.20;
四、解答题
13．（1）（2）能安全上车
14．（1）（2）
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图所示,带电粒子被加速电场加速后，进入相互正交的匀强磁场和匀强电场中，再通过狭缝进入磁感应强度为的匀强磁场中，最后打在板之间．下列表述正确的是
A．图中的粒子一定带负电
B．磁场B的方向垂直纸面向内
C．能通过狭缝的带电粒子的速率是唯一的
D．粒子打在板上的位置越靠近狭缝，粒子的电荷量与质量比越小
2．如图甲，水平放置的平行金属导轨可分别与定值电阻R和平行板电容器C相连，导体棒MN置于导轨上且接触良好，取向右为运动的正方向，导体棒沿导轨运动的位移-时间图像如图乙所示；金属棒始终处于竖直向上的匀强磁场中，不计导轨和金属棒电阻，则0-t2时间内
A．若S接A，电容器a极板始终带负电
B．若S接A，t1时刻电容器两极板电压最大
C．若S接B，MN所受安培力方向先向左后向右
D．若S接B，t1时刻MN所受的安培力最大
3．如图所示，固定在绝缘支架上的平行板电容器充电后与电源断开，两极板与一个静电计相连，将B极向左水平移动一小段距离后，电容器的电容C、静电计指针偏角θ和极板间电场强度E的变化情况分别是（）
A．C变小，θ变大，E不变
B．C不变，θ不变，E变小
C．C变小，θ不变，E不变
D．C变小，θ变大，E变小
4．如图所示，A、B是两块水平放置的平行金属板，一带电小球垂直于电场线方向射入板间，小球将向A 极板偏转，为了使小球沿射入方向做直线运动，可采用的方法是
A．将带正电的小球改为带负电
B．将变阻器滑片P适当向左滑动
C．适当增大小球所带电量
D．将极板间距适当增大
5．若在某行星和地球上相对于各自水平地面附近相同的高度处、以相同的速率平抛一物体，它们在水平方向运动的距离之比为。

已知该行星质量约为地球的7倍，地球的半径为R，由此可知，该行星的半径为（）
A． B． C．2R D．
6．如图所示的装置是在竖直平面内放置光滑的绝缘轨道，处于水平向右的匀强电场中，一带负电荷的小球从高h的A处静止开始下滑，沿轨道ABC运动后进入圆环内作圆周运动．已知小球所受到电场力是其重
力的，圆环半径为R，斜面倾角为θ=53°，S BC=2R．若使小球在圆环内恰好能作完整的圆周运动，高度h的为（）
A．2R B．4R C．10R D．17R
二、多项选择题
7．一列沿x轴正方向传播的简谐波，波速v=0.5m/s,在t=0时刻波刚好传播到x=2.0m处的N点，如图甲所示。

下列判断正确的是______
A．若该波与另一列频率为0.25Hz沿x轴负方向传播的简谐波相遇，能够产生稳定的干涉图样
B．波源的起振方向沿y轴负方向
C．经过1s质点N沿x轴正方向移动0.5m
D．图乙表示质点L的振动图像
8．有一块边长为a的立方体玻璃砖，玻璃砖内有一个很小的气泡，如果正对着玻璃砖从左往右看。

视深为m；从右往左看视深为n，那么该玻璃砖的折射率为________。

9．为了测量某化肥厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下表面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法正确的是
（）
A．若污水中正离子较多，则前内侧面比后内侧面的电势高
B．前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势，与哪种离子多无关
C．污水中离子浓度越高，电压表的示数越大
D．污水流量Q与电压U成正比，与ab无关
10．一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为的重物，当重物的速度为时，起重机的有用功率达到最大值，以后起重机保持该功率不变，继续提升重物，直到以最大速度匀速上升为止，则整个过程中，下列说法正确的是（）
A．若匀加速过程时间为t，则速度由v1变为v2的时间大于
B．钢绳的最大拉力为
C．重物的最大速度为
D．重物做匀加速直线运动的时间为
三、实验题
11．为测定物块与木板间的动摩擦因数，某课外实验小组设计了如图所示的实验装置，如图所示．实验步骤如下：
（1）某同学在实验室找到一个小正方体木块，并放置在木板上．
（2）调整木板的倾角．将弹簧（实验中的弹簧可视为轻质弹簧）的一端固定在木板上，另一端位于木板上的B点．正方体木块从木板上A点静止释放后沿木板下滑，压缩弹簧运动至C点后被弹回，上滑至D点时速度为零．（3）测得AB间的距离为x1，BC间的距离为x2，BD间的距离为x3．
（4）改变θ角的大小，按以上步骤重做实验，得出多组数据，利用所学规律算出物快与木板间的动摩擦因数，求其平均值．
请根据上述步骤以及所学的物理规律处理以下问题；
关于正方体木块从A下滑到B过程中的受力示意图（其中mg为木块的重力，N为斜面对木块的支持力，f 为木块受到的摩擦力、F为弹簧对木块的弹力）．下图分析正确的是______．
②若某次实验测得：x1=40cm、x2=5cm、x3=25cm，θ=45°，则物快与木板间的动摩擦因数为______
③试比较物快在上述过程中刚接触与刚离开弹簧时动能的大小，并简要说明理由___________．
12．在“力的合成与分解”的实验中,某同学的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.
（1）图乙中的和两力中，方向一定沿AO方向的是____________________________.
（2）在实验中,如果将细绳也换成橡皮筋,那么实验结果是否会发生变化?答:_______(填：“是”或“否”).
（3）本实验利用的物理学研究方法是____________________________.
四、解答题
13．如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“·”(图中O点)，然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于AC边上。

D位于AB边上，过D点做AC边的垂线交AC于F。

该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察。

恰好可以看到小标记的像；过O点做AB边的垂线交直线DF于E；DE=2 cm，EF=1 cm。

求三棱镜的折射率。

(不考虑光线在三棱镜中的反射)
14．如图所示，一定质量的理想气体经历了AB、BPC、CA三个变化过程，回到初始状态。

已知在p-V图象中AB是一段以O′点为圆心的圆弧，理想气体在状态A时的温度为27℃。

求：
①从A到B过程中，气体是吸热还是放热？请简要说明理由。

②理想气体状态P时的温度T p。

【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 C C A D C C
二、多项选择题
7．ABD
8．
9．BD
10．ACD
三、实验题
11．C 0.2 物块刚接触弹簧时的动能大于刚离开弹簧时的动能，理由是机械能转化为内能12．（1） F'; （2）否（3）等效替代法
四、解答题
13．
14．①从A到B过程中气体是放热过程②。