2022年高中物理 第三章 萬有引力定律及其應(yīng)用 第2節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用學(xué)案 粵教版必修2

《2022年高中物理 第三章 萬有引力定律及其應(yīng)用 第2節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用學(xué)案 粵教版必修2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高中物理 第三章 萬有引力定律及其應(yīng)用 第2節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用學(xué)案 粵教版必修2（5頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高中物理 第三章 萬有引力定律及其應(yīng)用 第2節(jié) 萬有引力定律的應(yīng)用學(xué)案 粵教版必修2 一、學(xué)習(xí)目標(biāo) 1、會(huì)用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量與密度 2、知道三種宇宙速度含義與數(shù)值 二、學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn) 萬有引力定律應(yīng)用的模型的建立：中心天體、行星或衛(wèi)星繞中心天體運(yùn)行 三、課前預(yù)習(xí)（自主探究） 1．分析天體運(yùn)動(dòng)的基本思路:把天體的運(yùn)動(dòng)看做是　　　　　　　 ,所需的向心力由　　　　　　 提供,即　　　　　　=　　　　　　=　　　　　　。 2．(單選)對(duì)于萬有引力定律的表達(dá)式，下列說法中正確的是( ) A．公式中G為引力常量，它是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，而不是人為規(guī)定的 B．當(dāng)

2、r趨于零時(shí)，萬有引力趨于無限大 C．m1、m2相等時(shí)，兩物體受到的引力大小才相等 D．兩物體受到的引力總是大小相等、方向相反，是一對(duì)平衡力 課前自主預(yù)習(xí)答案: 1.勻速圓周運(yùn)動(dòng),萬有引力,,, 2.A 四、課堂活動(dòng) （1）小組合作交流 知識(shí)點(diǎn)1：天體質(zhì)量和密度的計(jì)算 卡文迪許把他自己的實(shí)驗(yàn)說成是“稱地球的質(zhì)量”，他是根據(jù) “稱”地球的質(zhì)量的。天體質(zhì)量不可能直接稱量，但可以間接測(cè)量．天體衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力由萬有引力提供，即＝m＝mr，因此可得M＝ ，測(cè)出天體衛(wèi)星的環(huán)繞周期和環(huán)繞半徑即可計(jì)算天體質(zhì)量．

3、 重點(diǎn)歸納 1．基本方法：建立模型，把天體(或人造衛(wèi)星)的運(yùn)動(dòng)看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所需向心力由萬有引力提供． 2．解決天體圓周運(yùn)動(dòng)問題的兩條思路 (1)在地面附近萬有引力近似等于物體的重力， F引＝mg，即G＝mg，整理得 GM＝gR2. (2)天體運(yùn)動(dòng)都可以近似地看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力由萬有引力提供，即F引＝F向 一般有以下幾種表達(dá)形式： ①G＝m?、贕＝mω2r　③G＝mr 3.天體質(zhì)量和密度的計(jì)算 (1)“g、R”計(jì)算法：利用天體表面的物體所受重力約等于萬有引力．得：M＝； ρ＝. (2)“T、r”計(jì)算法：利用繞天體運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星所需向心力由萬有引力提供，再結(jié)合勻

4、速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)．得：M＝；ρ＝(R表示天體半徑). 例1．已知太陽光射到地面約需時(shí)間497S，試估算太陽的質(zhì)量。 解析：應(yīng)用萬有引力定律可以“稱重”天體的質(zhì)量，本題要求我們“稱量”太陽的質(zhì)量，注意由光的傳播速度得出日地間距。 地球繞太陽運(yùn)行的軌道半徑就是太陽和地球之間的距離，這個(gè)距離是 m 地球繞太陽運(yùn)行的周期為1年，即SS 設(shè)太陽和地球的質(zhì)量分別為M和m，由于 故kg 點(diǎn)評(píng)：求解天體質(zhì)量的兩個(gè)主要數(shù)據(jù)，一是繞天體運(yùn)行的行星或衛(wèi)星的軌道半徑（r），二是運(yùn)行周期（T）。注意本題中運(yùn)行周期為隱含條件（地球公轉(zhuǎn)周期為1年）。 例2．“神舟六號(hào)”飛船在預(yù)定圓軌道上飛行，每繞地球一圈需

5、要時(shí)間為90 min，每圈飛行路程為L(zhǎng)＝4.2×104 km.試根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算地球的質(zhì)量和密度．(地球半徑R約為6.37×103 km，引力常量G取6.67×10－11 N·m2/kg2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 解：由L＝2πr得r＝＝6.69×103 km 由G＝mr，得M＝＝＝6.2×1024 kg 又由ρ＝，V＝πR3 得ρ＝＝＝5.6×103 kg/m3. 知識(shí)點(diǎn)2：人造地球衛(wèi)星和宇宙速度 美國(guó)有部電影叫《光速俠》，是說一個(gè)叫Daniel Light的家伙在一次事故后，發(fā)現(xiàn)自己擁有了能以光速奔跑的能力． 根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)分析，如果光速俠要以光速?gòu)募~約跑到洛杉磯救

6、人， 能實(shí)現(xiàn)嗎？ 答案：不可能實(shí)現(xiàn)．因?yàn)楫?dāng)人或物體以大于第一宇宙速度的速度在地表運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)脫離地表，到達(dá)外太空，即在地表運(yùn)動(dòng)的速度不能超過7.9 km/s. 重點(diǎn)歸納 1．人造地球衛(wèi)星的軌道 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由地球?qū)λ娜f有引力充當(dāng)向心力，地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力指向地心．而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力時(shí)刻指向它所做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心．因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合．這樣就存在三類人造地球衛(wèi)星軌道(如圖所示)： (1)赤道軌道，衛(wèi)星軌道在赤道平面，衛(wèi)星始終處于赤道上方； (2)極地軌道，衛(wèi)星軌道平面與赤道平面垂直，衛(wèi)星通過兩極上空； (3)一般軌道，

7、衛(wèi)星軌道和赤道成一定角度． 2．人造衛(wèi)星的線速度、角速度、周期、加速度與半徑的關(guān)系 (1)由G＝m得v＝.即v∝，說明衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道半徑越大，其運(yùn)行線速度就越?。? (2)由G＝mω2r得ω＝，即ω∝，說明衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道半徑越大，其角速度越?。? (3)由G＝mr得T＝2π，即T∝，說明衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道半徑越大，其運(yùn)行周期越長(zhǎng)． (4)由G＝ma得a＝，即a∝，說明衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道半徑越大，其加速度越?。? 3．地球同步衛(wèi)星 (1)周期、角速度與地球自轉(zhuǎn)周期、角速度相同，T＝24 h. (2)軌道是確定的，地球同步衛(wèi)星的運(yùn)行軌道在赤道平面內(nèi)． (3)在赤道上空距地面高度有確定的值．

8、 由萬有引力提供向心力得 G＝m(2π/T)2(R＋h)， 解得h＝－R＝3.6×107 m. 4．三種宇宙速度 (1)第一宇宙速度(環(huán)繞速度)：v1＝7.9 km/s，是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，也是人造地球衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度． (2)第二宇宙速度(脫離速度)：v2＝11.2 km/s，是使物體掙脫地球引力束縛的最小發(fā)射速度． (3)第三宇宙速度(逃逸速度)：v3＝16.7km/s，是使物體掙脫太陽引力束縛的最小發(fā)射速度． (4)特別提醒： ①三種宇宙速度均指發(fā)射速度，不要誤認(rèn)為是環(huán)繞速度． ②任何星體都有對(duì)應(yīng)的宇宙速度．以上三種宇宙速度是對(duì)地球而言的．

9、例3．(雙選）如圖所示，T代表“天宮一號(hào)”飛行器，S代表“神舟八號(hào)”飛船，它們都繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道如圖中所示，則( ) A.T的周期大于S的周期 B.T的線速度大于S的線速度 C.T的向心加速度大于S的向心加速度 D.S和T的速度都小于環(huán)繞速度7.9 km/s 解析：由G＝mr得T＝2π，即T∝，說明衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道半徑越大，其運(yùn)行周期越長(zhǎng)，故T的周期大于S的周期，A對(duì)。由G＝m得v＝.即v∝，說明衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道半徑越大，其運(yùn)行線速度就越小，故B錯(cuò)，D對(duì)。由G＝ma得a＝，即a∝，說明衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道半徑越大，其加速度越小，故C錯(cuò)。答案：AD 方法技巧 雙星問題：天文學(xué)家

10、將相距較近、僅在彼此的引力作用下運(yùn)行的兩顆恒星稱為雙星，雙星系統(tǒng)在銀河系中很普遍．利用雙星系統(tǒng)中兩顆恒星的運(yùn)動(dòng)特征可推算出它們的總質(zhì)量．雙星運(yùn)動(dòng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1、角速度相同； 2、圓心相同，軌道半徑之和等于兩者間距r； 3、彼此之間的萬有引力提供向心力． 練習(xí)：兩顆靠得較近的天體叫雙星，它們以兩者重心連線上的某點(diǎn)為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，因而不至于因引力作用而吸引在一起，以下關(guān)于雙星的說法中正確的是 A．它們做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度相等 B．它們做圓周運(yùn)動(dòng)的線速度與其質(zhì)量成反比 C．它們所受向心力與其質(zhì)量成反比 D．它們做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與其質(zhì)量成反比 （2）課堂小測(cè) 宇航員站在某一星球表面上高H處，其中H?R，沿水平方向以某一初速度水平拋出一個(gè)小球，經(jīng)過時(shí)間t，小球落到星球表面，已知該星球的半徑為R，萬有引力常量為G，求該星球的質(zhì)量和密度． 五、課外作業(yè) 六、課后反思