2018-2019學年高中物理 第三章 萬有引力定律及其應用 第二節(jié) 萬有引力定律的應用課件 粵教版必修2.ppt

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第二節(jié) 萬有引力定律的應用,第三章 萬有引力定律及其應用,內容索引,,達標檢測 檢測評價 達標過關,自主預習 預習新知 夯實基礎,重點探究 啟迪思維 探究重點,自主預習,一、計算天體的質量,1.地球質量的計算：若月球繞地球做勻速圓周運動，則月球繞地球做勻速 圓周運動的向心力是由它們之間的 提供的，根據(jù)____________ ＝m( )2r可得M＝ ，知道月球繞地球運動的周期T以及它和地心之間 的距離r就可以算出地球的質量. 2.行星(或中心天體)的質量計算：已知衛(wèi)星繞行星(或行星繞中心天體)運動的 和衛(wèi)星與行星(或行星與中心天體)之間的 ，可以計算出行星(或中心天體)的質量.,萬有引力,周期,距離,1.海王星的發(fā)現(xiàn)：英國劍橋大學青年學生 和法國青年天文學家 根據(jù)天王星的觀測資料，利用萬有引力定律計算出天王星外“新”行星的軌道.1846年9月23日，柏林天文臺的望遠鏡在他們筆下計算出來的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星——海王星. 2.其他天體的發(fā)現(xiàn)：近100年來，人們在海王星的軌道之外又發(fā)現(xiàn)了____ 、鬩神星等幾個較大的天體.,二、發(fā)現(xiàn)未知天體,亞當斯,勒維烈,冥,王星,1.牛頓的設想：如圖1所示，把物體水平拋出，如果速度 ，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，成為 . 2.近地衛(wèi)星的速度 (1)原理：衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，運動所需的 向心力由萬有引力提供， 解得：v＝ .,三、人造衛(wèi)星和宇宙速度,圖1,(2)結果：用地球半徑R代表近地衛(wèi)星到地心的距離r，可算出：v＝ m/s≈ km/s.,足夠大,人造衛(wèi)星,7.9,3.宇宙速度：,7.9,11.2,16.7,勻速圓周,運動,地球,太陽,最小,即學即用 1.判斷下列說法的正誤. (1)若只知道某行星繞太陽做圓周運動的半徑，則可以求出太陽的質量.( ) (2)已知地球繞太陽轉動的周期和軌道半徑，可以求出地球的質量.( ) (3)天王星是依據(jù)萬有引力定律計算的軌道而發(fā)現(xiàn)的.( ) (4)第一宇宙速度是發(fā)射衛(wèi)星的最小速度.( ) (5)無論從哪個星球上發(fā)射衛(wèi)星，發(fā)射速度都要大于7.9 km/s.( ) (6)當發(fā)射速度v7.9 km/s時，衛(wèi)星將脫離地球的吸引，不再繞地球運動.( ),,,,√,,,答案,2.已知月球半徑為R，月球質量為M，引力常數(shù)為G，則月球的第一宇宙速度v＝________.,答案,重點探究,,一、天體質量和密度的計算,1.卡文迪許在實驗室測出了引力常數(shù)G的值，他稱自己是“可以稱量地球質量的人”. (1)他“稱量”的依據(jù)是什么？,導學探究,答案 若忽略地球自轉的影響，在地球表面上物體受到的重力等于地球對物體的萬有引力.,答案,(2)若還已知地球表面重力加速度g，地球半徑R，求地球的質量和密度.,答案,2.如果知道地球繞太陽的公轉周期T和它與太陽的距離r，能求出太陽的質量嗎？若要求太陽的密度，還需要哪些量？,答案,天體質量和密度的計算方法,,知識深化,,例1 假設在半徑為R的某天體上發(fā)射一顆該天體的衛(wèi)星.若它貼近該天體的表面做勻速圓周運動的周期為T1，已知引力常數(shù)為G. (1)則該天體的密度是多少？,解析 設衛(wèi)星的質量為m，天體的質量為M.,答案,解析,(2)若這顆衛(wèi)星距該天體表面的高度為h，測得衛(wèi)星在該處做圓周運動的周期為T2，則該天體的密度又是多少？,解析 衛(wèi)星距天體表面的高度為h時，忽略自轉有,答案,解析,注意區(qū)分R、r、h的意義：一般情況下，R指中心天體的半徑，r指行星或衛(wèi)星的軌道半徑，h指衛(wèi)星距離星球表面的高度，r＝R＋h.,針對訓練 過去幾千年來，人類對行星的認識與研究僅限于太陽系內，行星“51 peg b”的發(fā)現(xiàn)拉開了研究太陽系外行星的序幕.“51 peg b”繞其中心恒星做勻速圓周運動，周期約為4天，軌道半徑約為地球繞太陽運動半徑的 .則該中心恒星與太陽的質量的比值約為 A. B.1 C.5 D.10,√,答案,解析,例2 有一星球的密度與地球相同，但它表面處的重力加速度是地球表面重力加速度的4倍，求： (1)星球半徑與地球半徑之比；,答案,解析,答案 4∶1,(2)星球質量與地球質量之比.,答案,解析,答案 64∶1,解析 由(1)可知該星球半徑是地球半徑的4倍.,1.不同天體的第一宇宙速度是否相同？第一宇宙速度的決定因素是什么？,,二、第一宇宙速度的理解與計算,導學探究,答案,2.把衛(wèi)星發(fā)射到更高的軌道上需要的發(fā)射速度越大還是越小？,答案 越大.向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因為發(fā)射衛(wèi)星要克服地球對它的引力.,1.第一宇宙速度：第一宇宙速度是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運動的繞行速度. 2.推導：對于近地人造衛(wèi)星，軌道半徑r近似等于地球半徑R＝6 400 km，衛(wèi)星在軌道處所受的萬有引力近似等于衛(wèi)星在地面上所受的重力，取g＝9.8 m/s2，則,知識深化,3.推廣 由第一宇宙速度的兩種表達式看出，第一宇宙速度的值由中心天體決定，可以說任何一顆行星都有自己的第一宇宙速度，都應以v＝ 或v＝ 表示，式中G為引力常數(shù)，M為中心天體的質量，g為中心天體表面的重力加速度，R為中心天體的半徑. 4.理解 (1)“最小發(fā)射速度”與“最大繞行速度” ①“最小發(fā)射速度”：向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射衛(wèi)星困難，因為發(fā)射衛(wèi)星要克服地球對它的引力.所以近地軌道的發(fā)射速度(第一宇宙速度)是發(fā)射人造衛(wèi)星的最小速度.,(2)發(fā)射速度與發(fā)射軌道 ①當7.9 km/s≤v發(fā)11.2 km/s時，衛(wèi)星繞地球運動，且發(fā)射速度越大，衛(wèi)星的軌道半徑越大，繞行速度越小. ②當11.2 km/s≤v發(fā)16.7 km/s時，衛(wèi)星繞太陽旋轉，成為太陽系一顆“小行星”. ③當v發(fā)≥16.7 km/s時，衛(wèi)星脫離太陽的引力束縛跑到太陽系以外的空間中去.,例3 我國發(fā)射了一顆繞月運行的探月衛(wèi)星“嫦娥一號”.設該衛(wèi)星的軌道是圓形的，且貼近月球表面.已知月球的質量約為地球質量的 ，月球的半徑約為地球半徑的 ，地球上的第一宇宙速度約為7.9 km/s，則該探月衛(wèi)星繞月運行的最大速率約為 A.0.4 km/s B.1.8 km/s C.11 km/s D.36 km/s,答案,解析,√,解析 星球的第一宇宙速度即為圍繞星球做圓周運動的軌道半徑為該星球半徑時的環(huán)繞速度，由萬有引力提供向心力即可得出這一最大環(huán)繞速度. 衛(wèi)星所需的向心力由萬有引力提供，,因此B項正確.,例4 某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體，經(jīng)時間t后，物體以速率v落回手中.已知該星球的半徑為R，求該星球的第一宇宙速度.,答案,解析,達標檢測,1,2,3,1.(天體質量的估算)土星最大的衛(wèi)星叫“泰坦”(如圖2所示)，每16天繞土星一周，其公轉軌道半徑約為1.2106 km，已知引力常數(shù)G＝6.6710－11 Nm2/kg2，則土星的質量約為 A.51017 kg B.51026 kg C.71033 kg D.41036 kg,4,5,答案,√,圖2,解析,1,2,3,4,5,2.(天體密度的計算)一艘宇宙飛船繞一個不知名的行星表面飛行，要測定該行星的密度，僅僅需要 A.測定飛船的運行周期 B.測定飛船的環(huán)繞半徑 C.測定行星的體積 D.測定飛船的運行速度,答案,√,解析,3.(對宇宙速度的理解)(多選)下列關于三種宇宙速度的說法中正確的是 A.第一宇宙速度v1＝7.9 km/s，第二宇宙速度v2＝11.2 km/s，則人造衛(wèi)星 繞地球在圓軌道上運行時的速度大于等于v1，小于v2 B.美國發(fā)射的“鳳凰號”火星探測衛(wèi)星，其發(fā)射速度大于第三宇宙速度 C.第二宇宙速度是在地面附近使物體可以掙脫地球引力束縛，成為繞太 陽運行的人造行星的最小發(fā)射速度 D.第一宇宙速度7.9 km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度,1,2,3,4,5,答案,√,解析,√,解析 根據(jù)v＝ 可知，衛(wèi)星的軌道半徑r越大，即距離地面越遠，衛(wèi)星的環(huán)繞速度越小，v1＝7.9 km/s是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運動的最大運行速度，選項D正確； 實際上，由于人造衛(wèi)星的軌道半徑都大于地球半徑，故衛(wèi)星繞地球在圓軌道上運行時的速度都小于第一宇宙速度，選項A錯誤； 美國發(fā)射的“鳳凰號”火星探測衛(wèi)星，仍在太陽系內，所以其發(fā)射速度小于第三宇宙速度，選項B錯誤； 第二宇宙速度是使物體掙脫地球引力束縛而成為太陽的一顆人造行星的最小發(fā)射速度，選項C正確.,1,2,3,4,5,4.(第一宇宙速度的計算)若取地球的第一宇宙速度為8 km/s，某行星的質量是地球質量的6倍，半徑是地球半徑的1.5倍，此行星的第一宇宙速度約為 A.16 km/s B.32 km/s C.4 km/s D.2 km/s,√,1,2,3,4,5,答案,5.(第一宇宙速度的計算)某星球的半徑為R，在其表面上方高度為aR的位置，以初速度v0水平拋出一個金屬小球，水平射程為bR，a、b均為數(shù)值極小的常數(shù)，則這個星球的第一宇宙速度為,1,2,3,4,5,答案,解析,√,1,2,3,4,5,