高中物理《萬有引力定律及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)
一、定律的適用條件
萬有引力定律的公式F=Gm1m2/r2，只適用于質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用，但下列兩種情況下定律也適用。
1、當(dāng)兩個(gè)物體間的距離遠(yuǎn)大于物體本身的大小時(shí)，物體可視為質(zhì)點(diǎn)。
2、均勻的球體可視為質(zhì)點(diǎn)，但r是兩球心間的距離。
二、定律在天文學(xué)上應(yīng)用
1、模型
把天體的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所需的向心力由萬有引力來提供。
2、基本公式：、
�。�1）GMm/r2=mv2/r=mrω2=mr4π2/T2
�。�2）GMm/r2=mg
�。�3）mv2/r = mg
注意：a、（2）、（3）兩式中的g為物體所在處的重力加速度
b、應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用適當(dāng)?shù)墓竭M(jìn)行分析或計(jì)算。
3、需要重點(diǎn)掌握的六個(gè)問題
�。�1）求人造衛(wèi)星的繞行速度問題
�。�2）求星球表面的第一宇宙速度問題
�。�3）求天體的質(zhì)量問題
�。�4）求天體密度問題
�。�5）求天體間的距離問題
（6）會(huì)分析地球同步衛(wèi)星問題
動(dòng) 量
一、動(dòng)量、沖量、及動(dòng)量變化的三性
1、動(dòng)量p=mv，是描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)量，其三性是：
�。�1）瞬時(shí)性：通常所說物體的動(dòng)量是指物體在某一時(shí)刻的瞬時(shí)動(dòng)量，計(jì)算物體的動(dòng)量時(shí)應(yīng)取這一時(shí)刻的瞬時(shí)速度。
�。�2）相對(duì)性：由于物體的運(yùn)動(dòng)速度與參考系的選擇有關(guān)，所以物體的動(dòng)量也與參考系的選擇有關(guān)，通常物體的動(dòng)量是指物體相對(duì)于地面的動(dòng)量
（3）矢量性：物體的動(dòng)量方向與物體瞬時(shí)速度方向相同
2、沖量I=Ft，是描述力對(duì)時(shí)間累積效應(yīng)的過程量，其三性為
�。�1）時(shí)間性：沖量不僅由力決定，還由力的作用時(shí)間決定，是對(duì)應(yīng)某段時(shí)間的過程量。
�。�2）絕對(duì)性：由于力和時(shí)間都和參考系的選擇無關(guān)
（3）矢量性：具有恒定方向的力的沖量的方向與力的方向一致，對(duì)于作用時(shí)間內(nèi)方向變化的合外力的沖量方向與相應(yīng)時(shí)間內(nèi)動(dòng)量變化方向一致
3、動(dòng)量變化△p=p/—p，是描述動(dòng)量變化的過程量，其三性是：
�。�1）時(shí)間性：動(dòng)量變化與時(shí)間有關(guān)，不同時(shí)間內(nèi)，動(dòng)量變化一般不同。
�。�2）絕對(duì)性：動(dòng)量變化與參考系的選擇無關(guān)，只要求對(duì)同一參考系。
�。�3）矢量性：動(dòng)量變化量的方向決定于末、初動(dòng)量的矢量差。
二、動(dòng)量定理
Ft= p/—p，表示物體所受合外力的沖量等于它的動(dòng)量變化，注意其三性
�。�1）時(shí)間性：某段時(shí)間內(nèi)物體所受合外力的沖量等于該段時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化。
�。�2）合力性：式中F是研究對(duì)象所受的包括重力在內(nèi)的所有外力的合力，它可以是恒力，也可以是變力。
�。�3）矢量性：式中的沖量，動(dòng)量及動(dòng)量變化都是矢量，定理的表達(dá)式是一個(gè)矢量式，運(yùn)算應(yīng)使用平行四邊形法則，一維情況可簡(jiǎn)化為代數(shù)運(yùn)算。某段時(shí)間內(nèi)合外力沖量的方向與該段時(shí)間內(nèi)動(dòng)量變化量的方向一致。
三、動(dòng)量守恒定律
1、內(nèi)容：系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為零，它們的總動(dòng)量保持不變即動(dòng)量守恒。
2、表達(dá)式： m1v1+m2v2= m1v1/+m2v2/
△p1=—△p2
△p=0
3、適用范圍：（應(yīng)用環(huán)境）
（1）相互作用的物體，不管接觸與否，粘合在一起，還是裂成碎塊，不管作用前后運(yùn)動(dòng)是否在一條直線上，定律均適用
�。�2）兩個(gè)或兩個(gè)以上任何數(shù)目的物體系，定律均適用
（3）宏觀大到天體，微觀小到基本粒子，不管相互作用是什么性質(zhì)的力，也不管是高速還是低速的物體，定律均適用。
（4）物體若在某一方向上不受外力或所受外力的合力為零，則也可在該方向上用動(dòng)量守恒定律，但系統(tǒng)的總動(dòng)量不一定守恒。
（5）諸如碰撞、爆炸等短時(shí)間內(nèi)的相互作用，若系統(tǒng)所受外力合力不為零，但內(nèi)力＞＞外力，這時(shí)可認(rèn)為不受外力，近似應(yīng)用定律。
（6）動(dòng)量守恒定律也適用于非相互作用系統(tǒng)
4、使用動(dòng)量守恒定律注意“三性”
�。�1）矢量性：動(dòng)量守恒定律表達(dá)式為矢量性。
�。�2）相對(duì)性：動(dòng)量守恒定律表達(dá)式中各速度必須是相對(duì)于同一參考系
�。�3）同時(shí)性：同一時(shí)刻的動(dòng)量才能求和
即：動(dòng)量守恒定律表達(dá)式中：v1和v2必為同一時(shí)刻的速度
v1/和v2/必為另一同時(shí)刻的速度
四、反沖運(yùn)動(dòng)是系統(tǒng)內(nèi)力作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，在這種運(yùn)動(dòng)中系統(tǒng)的動(dòng)量是守恒的，炸裂和類似炸裂現(xiàn)象中都有反沖運(yùn)動(dòng)，火箭就是根據(jù)反沖運(yùn)動(dòng)的原理制成的。
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