《2018秋滬科版高中物理必修2課件：5.3 萬有引力定律與天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018秋滬科版高中物理必修2課件：5.3 萬有引力定律與天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn)（34頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、5 .3萬有引力定律與天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn) 自主閱讀 自我檢測一、筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星歷史上天文學(xué)家曾經(jīng)根據(jù)萬有引力定律計算太陽系中天王星的運(yùn)動軌道,由于計算值與實際情況有較大偏差,促使天文學(xué)家經(jīng)過進(jìn)一步的研究,先后發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星。這兩顆星的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明了萬有引力定律的正確性,而且也顯示了萬有引力定律對天文學(xué)研究的重大意義。二、哈雷彗星的預(yù)報英國天文學(xué)家哈雷根據(jù)萬有引力定律計算出了哈雷彗星的橢圓軌道,并發(fā)現(xiàn)它的周期約為76年。哈雷彗星的準(zhǔn)確預(yù)報再一次證明了萬有引力定律的正確性。 自主閱讀 自我檢測三、把天體的質(zhì)量“稱”出來研究天體運(yùn)動的基本公式 自主閱讀 自我檢測思考宇航員在月球上用彈簧秤測出質(zhì)
2、量為m的物體重力為F,怎樣利用這個條件估測月球的質(zhì)量? 自主閱讀 自我檢測1.正誤辨析(1)亞當(dāng)斯和勒維烈都是海王星的發(fā)現(xiàn)者。 ()(2)利用萬有引力定律能夠計算中心天體的質(zhì)量和密度。 ()(3)在行星、衛(wèi)星運(yùn)動中,萬有引力提供了向心力。 ()(4)重力和萬有引力就是同一個力。 ()(5)地球表面的物體,重力就是物體所受的萬有引力。 ()答案:(1)(2)(3)(4)(5) 自主閱讀 自我檢測2.下列說法正確的是()A.海王星是人們直接應(yīng)用萬有引力定律計算出軌道而發(fā)現(xiàn)的B.天王星是人們依據(jù)萬有引力定律計算出軌道而發(fā)現(xiàn)的C.海王星是人們經(jīng)過長期的太空觀測而發(fā)現(xiàn)的D.天王星的運(yùn)行軌道與由萬有引力定
3、律計算的軌道存在偏差,其原因是天王星受到軌道外的行星的引力作用,由此人們發(fā)現(xiàn)了海王星解析:由行星的發(fā)現(xiàn)歷史可知,天王星并不是根據(jù)萬有引力定律計算出軌道而發(fā)現(xiàn)的;海王星不是通過觀測發(fā)現(xiàn),也不是直接由萬有引力定律計算出軌道而發(fā)現(xiàn)的,而是人們發(fā)現(xiàn)天王星的實際軌道與理論軌道存在偏差,然后運(yùn)用萬有引力定律計算出“新”星的軌道,從而發(fā)現(xiàn)了海王星。由此可知,A、B、C錯誤,D正確。 答案:D 自主閱讀 自我檢測3.火星繞太陽的運(yùn)動可看作勻速圓周運(yùn)動,火星與太陽間的引力提供火星運(yùn)動的向心力,已知火星運(yùn)行的軌道半徑為r,運(yùn)行周期為T,引力常量為G,試寫出太陽質(zhì)量的表達(dá)式。解析:設(shè)太陽質(zhì)量為M,火星的質(zhì)量為m,火
4、星與太陽間的引力提供向 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二 知識點三行星運(yùn)行參量的分析與計算航天員翟志剛走出神舟七號飛船進(jìn)行艙外活動時,要分析其運(yùn)動狀態(tài),牛頓定律還適用嗎?要點提示:適用。牛頓將牛頓運(yùn)動定律和萬有引力定律相結(jié)合,成功分析了天體的運(yùn)動問題。牛頓運(yùn)動定律對地面上物體的運(yùn)動和天體的運(yùn)動都是適用的。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二 知識點三1.基本思路一般行星或衛(wèi)星的運(yùn)動可看作勻速圓周運(yùn)動,所需向心力由中心天體對它的萬有引力提供。2.常用關(guān)系(2)忽略自轉(zhuǎn)時,mg=G (物體在天體表面時受到的萬有引力等于物體重力),整理可得gR 2=GM,該公式通常被稱為“黃金代換
5、式”。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二 知識點三3.四個重要結(jié)論設(shè)質(zhì)量為m的天體繞另一質(zhì)量為M的中心天體做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二 知識點三【例1】2016年2月1日15點29分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射了第五顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。該衛(wèi)星質(zhì)量為m,軌道離地面的高度約為地球半徑R的3倍。已知地球表面的重力加速度為g,忽略地球自轉(zhuǎn)的影響。則()A.衛(wèi)星的繞行速率大于7.9 km /s 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二 知識點三答案:D 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二 知識點三規(guī)律方法(1)不同軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星的加速
6、度、線速度、角速度、周期可以比較大小,但不同軌道上衛(wèi)星的質(zhì)量及所受的萬有引力大小無法比較。(2)要熟記經(jīng)常用到的常數(shù),如地球自轉(zhuǎn)一周為一天,繞太陽公轉(zhuǎn)一周為一年,月球繞地球公轉(zhuǎn)一周為一月(27.3天)等。 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二 知識點三變式訓(xùn)練1(多選)質(zhì)量為m的探月航天器在接近月球表面的軌道上飛行,其運(yùn)動視為勻速圓周運(yùn)動。已知月球質(zhì)量為M,月球半徑為R,月球表面重力加速度為g,引力常量為G,不考慮月球自轉(zhuǎn)的影響,則航天器的() 問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點一 知識點二 知識點三答案:AC 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點三萬有引力和重力的關(guān)系重力就是地
7、球?qū)ξ矬w的萬有引力嗎?在什么情況下,可以認(rèn)為重力的大小等于萬有引力?要點提示:不是。重力是地球?qū)ξ矬w萬有引力的一個分力;在地球表面附近,物體隨地球自轉(zhuǎn)所需要的向心力很小,一般情況下都可以認(rèn)為重力的大小等于萬有引力。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點三1.重力是地球引力的分力萬有引力對物體的作用效果可以等效為兩個力的作用,一個是重力mg,另一個是物體隨地球自轉(zhuǎn)需要的向心力F向,如圖所示,一般情況下,mgG 。 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點三2.重力和萬有引力的大小關(guān)系(1)重力與緯度的關(guān)系:(2)重力、重力加速度與高度的關(guān)系: 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸
8、納典例剖析知識點三【例2】若在某行星和地球上相對于各自水平地面附近相同的高度處、以相同的速率平拋一物體,它們在水平方向運(yùn)動的距離之比為2 。已知該行星質(zhì)量約為地球的7倍,地球的半徑為R,由此可知,該行星的半徑約為() 答案:C 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點三規(guī)律方法關(guān)于萬有引力和重力關(guān)系的處理方法(1)物體隨地球自轉(zhuǎn)時,由于地球自轉(zhuǎn)角速度很小,物體轉(zhuǎn)動需要的向心力很小,一般情況下,認(rèn)為重力約等于萬有引力, 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點三變式訓(xùn)練2一衛(wèi)星繞某一行星表面附近做勻速圓周運(yùn)動,其線速度大小為v。假設(shè)宇航員在該行星表面上用彈簧測力計測量一質(zhì)量為m的
9、物體重力,物體靜止時,彈簧測力計的示數(shù)為N。已知引力常量為G,則這顆行星的質(zhì)量為()答案:B 知識點一 知識點二問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析知識點三天體質(zhì)量和密度的計算若已知月球繞地球轉(zhuǎn)動的周期T和半徑r,由此可以求出地球的質(zhì)量嗎?能否求出月球的質(zhì)量呢?中已消掉,所以根據(jù)月球的周期T、公轉(zhuǎn)半徑r,無法計算月球的質(zhì) 量。 知識點一 知識點二 知識點三問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析1.天體質(zhì)量的計算(1)求天體質(zhì)量的思路繞中心天體運(yùn)動的其他天體或衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動,做圓周運(yùn)動的天體(或衛(wèi)星)的向心力由它與中心天體的萬有引力提供,利用此關(guān)系建立方程求中心天體的質(zhì)量。 知識點一 知識點二 知識點三問題導(dǎo)引知識歸
10、納典例剖析(2)計算天體的質(zhì)量下面以地球質(zhì)量的計算為例,介紹幾種計算天體質(zhì)量的方法。 知識點一 知識點二 知識點三問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析2.計算天體的密度 特別地,當(dāng)衛(wèi)星環(huán)繞天體表面運(yùn)動時,其軌道半徑r等于天體半徑R,則= 。 知識點一 知識點二 知識點三問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析【例3】假設(shè)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(yùn)動的周期為T1,已知引力常量為G。(1)求該天體的密度是多少?(2)若這顆衛(wèi)星距該天體表面的高度為h,測得在該處做圓周運(yùn)動的周期為T2,求該天體的密度又是多少?解析:(1)設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m,天體的質(zhì)量為M,衛(wèi)星貼近天體表面運(yùn)動時有
11、知識點一 知識點二 知識點三問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析(2)衛(wèi)星距天體表面距離為h時,忽略自轉(zhuǎn)有 規(guī)律方法估算天體質(zhì)量和密度時應(yīng)注意的問題(1)利用萬有引力提供天體圓周運(yùn)動的向心力估算天體質(zhì)量時,估算的只是中心天體的質(zhì)量而非環(huán)繞天體的質(zhì)量。(2)區(qū)別天體半徑R和衛(wèi)星軌道半徑r,只有在天體表面附近的衛(wèi)星, 才有rR;計算天體密度時,V= R3中的R只能是中心天體的半徑。 知識點一 知識點二 知識點三問題導(dǎo)引知識歸納典例剖析變式訓(xùn)練3有一星球的密度與地球的密度相同,但它表面處的重力加速度是地球表面處的重力加速度的4倍,則該星球的質(zhì)量是地球質(zhì)量的()答案:D 1 2 3 41.一艘宇宙飛船繞一個不知名
12、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(yùn)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(yùn)行速度故選A。 答案:A 1 2 3 42.(多選)假設(shè)地球自轉(zhuǎn)角速度增大,下列說法正確的是 ()A.放在赤道地面上的物體,所受萬有引力不變B.放在赤道地面上的物體,所受重力增大C.放在兩極地面上的物體,所受萬有引力增大D.放在兩極地面上的物體,所受重力不變解析:由萬有引力公式F=G 知,放在地面上的物體無論在赤道還是在兩極,與地球自轉(zhuǎn)角速度大小無關(guān),所以A正確,C錯誤;地面上的物體所受重力為萬有引力的一個分力,由于自轉(zhuǎn)角速度增大,赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的向心力mr 2
13、也增大,但兩極上的物體不隨地球自轉(zhuǎn)。所以,赤道上的物體的重力變小,而兩極上的物體重力不變,故B錯誤,D正確。答案:AD 1 2 3 43.(多選)假設(shè)太陽系中天體的密度不變,天體直徑和天體之間的距離都縮小到原來的一半,地球繞太陽公轉(zhuǎn)近似為勻速圓周運(yùn)動,則下列物理量變化正確的是()A.地球的向心力變?yōu)榭s小前的一半B.地球的向心力變?yōu)榭s小前的C.地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期與縮小前的相同D.地球繞太陽公轉(zhuǎn)周期變?yōu)榭s小前的一半解析:天體的密度不變,天體直徑縮小到原來的一半,則太陽和地球的 期不變,選項C正確。 答案:BC 1 2 3 44.宇航員在地球表面以一定的初速度豎直上拋一小球,經(jīng)過時間t小球落回原處;若他在某星球表面以相同的初速度豎直上拋同一小球,需經(jīng)過時間5t小球落回原處。(地球表面重力加速度g取10 m /s2,空氣阻力不計)(1)求該星球表面附近的重力加速度。(2)已知該星球的半徑與地球半徑之比為R 星 R地=1 4,求該星球的質(zhì)量與地球質(zhì)量之比。 1 2 3 4解析:(1)設(shè)豎直上拋小球的初速度為v0,則
2018秋滬科版高中物理必修2課件：5.3 萬有引力定律與天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn)
