江西省南昌市湾里区第一中学高中物理《6.1 行星的运动》课件 新人教版必修2.ppt

第六章万有引力与航天第1节行星的运动 1 地心说 代表人物 地球是宇宙的中心 是静止不动的 太阳 月亮以及其他行星都绕地球运动 科学的足迹 托勒密 观点 太阳是静止不动的 地球和其他行星都在绕太阳做匀速圆周运动 2 日心说 代表人物 哥白尼 观点 3 日心说的进一步完善 天才观察者 第谷 布拉赫 把天体位置测量的误差由10 减少到2 第谷 丹麦 2 开普勒 真理超出希望 开普勒行星运动三定律 探究1 行星运动绕太阳运动的轨道是什么形状 圆 秋冬两季比春夏两季时间短 春92天 夏94天 秋89天 冬90天 第谷 丹麦 开普勒 德国 假设地球绕太阳的运动是一个椭圆运动 太阳在焦点上 根据曲线运动的特点 得在秋分到冬至再到春分的时间比从春分到夏至再到秋分的时间短 所以秋冬两季比春夏两季要短 所有行星绕太阳的轨道都是椭圆 太阳处在椭圆的一个焦点上 开普勒行星运动规律 开普勒第一定律 椭圆的画法 对任意一个行星来说 它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积 远处速度慢 近处速度快 开普勒第二定律 所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等 开普勒第三定律 探究2 冥王星不再是行星 在捷克首都布拉格举行的国际天文学联合会大会就有关行星新定义的决议草案进行表决 天文学家在会上表决通过了五号方案 冥王星降级了 不再被认为是行星了 冥王星被定义为 矮行星 矮行星 不是行星 冥王星与行星地位无缘 结论 k值与中心天体有关 而与环绕天体无关 实际上行星绕太阳的运动很接近圆 在中学阶段 可近似看成圆来处理问题 那么开普勒三定律的形式又如何 1 多数行星绕太阳运动的轨道十分接近圆 太阳处在圆心 2 对某一行星来说 它绕太阳做圆周运动的角速度 或线速度大小 不变 即行星做匀速圆周运动 3 所有行星轨道半径的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等 习题课 1 下列说法正确的是 a 地球是宇宙的中心 太阳 月亮及其他行星都绕地球运动b 太阳是宇宙的中心 所有天体都绕太阳运动c 太阳是静止不动的 地球和其他行星都绕太阳运动d 地心说 和哥白尼提出的 日心说 现在看来都是不正确的 d 2 神舟六号沿半径为r的圆周绕地球运动 其周期为t 如果飞船要返回地面 可在轨道上的某一点a处 将速率降低到适当数值 从而使飞船沿着以地心为焦点的特殊椭圆轨道运动 椭圆和地球表面在b点相切 如图所示 如果地球半径为r 求飞船由a点到b点所需的时间 3 关于开普勒行星运动的公式 以下说法正确的是 a k是一个与行星无关的常数b 不同星球的行星 k值可能不同c t表示行星运动的自转周期d t表示行星运动的公转周期 abd 4 由于多数行星的运动轨迹接近圆 开谱勒行星运动规律在中学阶段可以近似处理 其中包括 a行星做匀速圆周运动b太阳处于圆周的中心c中的r即为圆周的半径d所有行星的周期都和地球公转的周期相同 abc 5 一探空火箭未打中目标而进入绕太阳的近似圆形轨道运行 轨道半径是地球绕太阳公转半径的 倍 则探空火箭绕太阳公转周期为 年 27 6 两颗行星的质量分别为m1和m2 它们绕太阳运转轨道的半长轴分别为r1和r2 如果m1 2m2 r1 4r2 求它们的运行周期之比t1 t2 8 1 7 某行星沿椭圆轨道运行 远日点a离太阳距离为a 近日点b离太阳距离为b 过远日点时行星的速率为va 则过近日点时行星的速率为 a b c d o a b a a b b c 8 月球绕地球运动的轨道半径约为地球半径的60倍 运动周期约为27天 应用开普勒运动定律计算 在赤道平面内离地多高时 人造地球卫星随地球一起运动 就像停留在天空中不动一样 r地 6400km 36288km 9 地球公转轨道接近圆 彗星轨道是非常扁的椭圆 哈雷彗星半长轴是地球公转半径的18倍 最近出现的时间是1986年 请你算出哈雷彗星下次出现的大约年份 2062年 10 下表是土星的卫星 土卫五和土卫六两颗卫星的一些参数 则两卫星相比较 下列判断正确的是 a 土卫五的公转周期较小b 土卫六的转动角速度较大c 土卫六的向心加速度小d 土卫五的公转速度较大 acd 直线复习题 1 一质点由静止开始做匀加速直线运动 加速度大小为a1 经时间t后开始做加速度为a2的匀减速直线运动 再经过t时间恰好回到出发点 则a1 a2 2 沿平直公路做匀加速直线运动的汽车连续通过三根线杆 通过两相邻线杆之间所用时间分别是3s和2s 已知线杆间距为60m 求汽车的加速度和通过各线杆时的速度 1 3 a 4 s2v1 14m sv2 26m sv3 34m s 第2节太阳与行星间的引力馨园2012 4 1 复习 开普勒行星运动定律第一定律 所有行星绕太阳的轨道都是椭圆 太阳处在椭圆的一个焦点上 第二定律 对任意一个行星来说 它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积第三定律 所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等 即 k值与中心天体有关 而与环绕天体无关 什么力来维持行星绕太阳的运动呢 科学的足迹 1 伽利略 一切物体都有合并的趋势 这种趋势导致物体做圆周运动 2 开普勒 受到了来自太阳的类似与磁力的作用 3 笛卡儿 在行星的周围有旋转的物质 以太 作用在行星上 使得行星绕太阳运动 4 胡克 哈雷等 受到了太阳对它的引力 证明了如果行星的轨道是圆形的 其所受的引力大小跟行星到太阳的距离的二次方成反比 但没法证明在椭圆轨道规律也成立 5 牛顿 如果太阳和行星间的引力与距离的二次方成反比 则行星的轨迹是椭圆 并且阐述了普遍意义下的万有引力定律 一 太阳对行星的引力 1 设行星的质量为m 速度为v 行星到太阳的距离为r 则行星绕太阳做匀速圆周运动的向心力太阳对行星的引力来提供 太阳对不同行星的引力 与行星的质量成正比 与行星和太阳间的距离的二次方成反比 二 行星对太阳的引力 根据牛顿第三定律 行星对太阳引力f 应满足 三 太阳与行星间的引力 概括起来有 g比例系数 与太阳 行星的质量无关 则太阳与行星间的引力大小为 方向 沿着太阳和行星的连线 小结 1 太阳对行星的引力 太阳对不同行星的引力 与行星的质量m成正比 与太阳到行星间的距离r的二次方成反比 2 行星对太阳的引力 与太阳的质量m成正比 与行星到太阳的距离r的二次方成反比 3 太阳与行星间的引力 与太阳的质量m 行星的质量m成正比 与两者距离的二次方成反比 1 g是比例系数 与行星 太阳均无关 2 引力的方向沿太阳和行星的连线 第三节万有引力定律 太阳系九大行星是靠万有引力提供向心力而围绕太阳转动 太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统 它的最大范围约可延伸到1光年以外 太阳系的主要成员有 太阳 恒星 八大行星 包括地球 无数小行星 众多卫星 包括月亮 还有彗星 流星体以及大量尘埃物质和稀薄的气态物质 在太阳系中 太阳的质量占太阳系总质量的99 8 其它天体的总和不到太阳的0 2 1 万有引力定律 定律理解一 1 内容 自然界中任何两个物体都是相互吸引的 引力的方向在它们的连线上 引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比 跟它们的距离的二次方成反比 2 公式 3 各物理量的含义及单位 m1 m2 为两物体质量 单位 kg r 两个具体物体相距很远 物体可以视为质点 如果是形状规则的均匀物体 r为它们的几何中心间的距离 单位 m g为万有引力常量 单位为 n kg2 4 万有引力定律公式适用条件 适用于两个质点或者两个均匀球体之间的相互作用 5 在日常生活中 人与人之间或人与物体间 为什么对这种作用没有任何感觉呢 假如两个同学的质量都是60kg 他们相距1米 问他们之间的万有引力是多少 这是因为一般物体的质量与星球的质量相比小的多 所以它们之间的引力太小了 所以我们不易感觉到 6 扩展思路 如果重力与星体间的引力是同种性质的力 都与距离的二次方成反比关系 那么月球绕地球做近似圆周运动的向心加速度就应该是重力加速度的1 3600 因为月心到地心的距离是地球半径的60倍 请同学们计算月球的向心加速度 证明结果是否正确 如果我们已知地球质量为6 0 1024kg 地球半径为6 4 106m 地球到月球距离是地球半径的60倍 请同学们试计算一下月球绕地球的向心加速度是多大 7 万有引力定律发现的重要意义 万有引力定律的发现 对物理学 天文学的发展具有深远的影响 它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来 在科学文化发展上起到了积极的推动作用 解放了人们的思想 给人们探索自然的奥秘建立了极大的信心 人们有能力理解天地间的各种事物 课堂练习1 行星绕太阳做圆周运动的向心力是由 来提供的 2 行星绕太阳运动的轨道实际上是 而通常情况下我们可以认为轨道是 太阳对行星的吸引力 椭圆 圆 3 要使两物体间的万有引力减小到原来的1 4 下列办法可采用的是 a 使两物体的质量各减小一半 距离不变b 使其中一个物体的质量减小到原来的1 4 距离不变c 使两物体间的距离增为原来的2倍 质量不变d 使两物体间的距离和质量都减为原来的1 4 abc 4 火星的半径是地球半径的一半 火星的质量约为地球质量的1 9 那么地球表面50kg的物体受到地球的吸引力约是火星表面同质量的物体受到火星吸引力的 倍 2 25 第四节万有引力理论的成就 学习目标 1 了解万有引力定律在天文学上的应用 2 会用万有引力定律计算天体的质量和密度 3 掌握综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题的方法 秤量地球的重量 不考虑地球自转的影响 m是地球质量 r是物体距地心的距离 即地球半径r 例1 设地面附近的重力加速度g 9 8m s2 地球半径r 6 4 106m 引力常量g 6 67 10 11nm2 kg2 试估算地球的质量 确定地球的密度 把地球看成质量均匀分布的球体 则由 得 计算天体的质量 1 环绕法 对于有行星的中心天体 可认为行星 或卫星 绕中心天体做匀速圆周运动 中心天体对行星的万有引力提供向心力即 从而推导出天体质量m的计算公式如下 2 对于没有行星或卫星的天体 如果可以忽略中心天体自转的影响 就可以根据万有引力等于重力的关系式计算中心天体的质量 即 发现未知天体 背景 1781年由英国物理学家威廉 赫歇尔发现了天王星 但人们观测到的天王星的运行轨迹与万有引力定律推测的结果有一些误差 海王星的轨道由英国的剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文爱好者勒维耶各自独立计算出来 1846年9月23日晚 由德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星 人们称其为 笔尖下发现的行星 海王星发现之后 人们发现它的轨道也与理论计算的不一致 于是几位学者用亚当斯和勒维列的方法预言另一颗新星的存在 在预言提出之后 1930年3月14日 汤博发现了这颗新星 冥王星 之后 人们在海王星之外又发现了阋神星等几个较大的天体 因为距离遥远 太阳光到达那里太微弱 在地球附近很难看出究竟 尽管如此 黑暗寒冷的太阳系边缘依然牵动着人们的心 探索工作从来没有停止过 2 3 4节习题课 1 两个行星的质量分别为m1 m2 绕太阳运动的轨道半径分别是r1 r2 若它们只受到太阳引力的作用 那么这两个行星的向心加速度之比为 向心力之比为 2 地球的质量约为月球质量的n倍 一飞行器处在地球与月球之间 当它受到地球和月球的引力的合力为零时 该飞行器距地心的距离与距月心的距离之比是 提示 此时 地球与月球对飞行器的引力大小相等 3 假设行星绕太阳在某轨道上做匀速圆周运动 下列说法正确的是 a 行星受到太阳的引力和向心力b 太阳对行星有引力 行星对太阳没有引力c 太阳与行星之间有相互作用的引力d 太阳对行星的引力与行星的质量成正比 cd 4 把太阳系各行星的运动近似看做匀速圆周运动 则离太阳越远的行星 a 周期越小b 线速度越小c 角速度越小d 加速度越小 bcd 提示 万有引力 向心力 5 对于万有引力定律表达式f gmm r2 下列说法中正确的是 a 只要m m是球体 就可用上式求解b 当r趋于零时 万有引力趋于无限大c 两物体间的引力总是大小相等的 而与m m是否相等无关d 两物体间的引力总是大小相等 方向相反 是一对平衡力 c 6 探月卫星在地月转移轨道上运动 某一时刻正好处于地心与月心的连线上 卫星在此处所受地球引力与月球引力之比为4 1 已知地球与月球的质量之比约为81 1 则该处到地心与到月心的距离之比约为 9 2 7 在距一质量为m 半径为r 密度均匀的球体r远处有一质量为m的质点 此时m对m的万有引力为f1 当从m中挖去一半径为r 2的球体时 剩下部分对m的万有引力为f2 则f1 f2 m r r 25 23 提示 剩下部分对m的引力等于挖前引力减去挖去部分引力 8 关于引力常量 下列说法正确的是 a 引力常量是两个质量为1kg的物体相距1m时的相互吸引力b 牛顿发现了万有引力时 给出了引力常量的值c 引力常量的测定 证明了万有引力的存在d 引力常量的测定 使人们可以测出天体的质量 cd 常量不是力 常量值是卡文迪许用扭秤装置在实验室第一次比较精确测出 9 月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度的1 6 一个质量为600kg的飞行器到达月球后 a 在月球上的质量仍为600kgb 在月球表面上的重力为980nc 在月球表面上的高空中重力小于980nd 在月球上的质量将小于600kg abc 10 一名宇航员来到一个星球上 如果该星球的质量是地球质量的一半 它的直到也是地球直径的一半 那么这名宇航员在该星球上所受的万有引力大小是他在地球上所受万有引力的 a 0 25倍b 0 5倍c 2 0倍d 4 0倍 c 11 地球质量