粤教版必修2 第三章第二节万有引力定律的应用 课件（42张）.ppt

第二节万有引力定律的应用 第三章万有引力定律及其应用 学习目标1 会用万有引力定律计算天体的质量 2 了解海王星和冥王星的发现过程 3 理解人造卫星的线速度 角速度和周期等物理量与轨道半径的关系 并能用卫星环绕规律解决相关问题 4 知道三个宇宙速度的含义 会推导第一宇宙速度 第三章万有引力定律及其应用 一 计算天体的质量 以地球为例讨论 1 基本思路月球绕地球做匀速圆周运动的向心力是由它们之间的 提供的 由此可列方程 从中求得地球的质量 万有引力 3 如果已知卫星绕行星 或行星绕中心天体 运动的 和卫星与行星 或行星与中心天体 之间的 也可以算出行星 或中心天体 的质量 想一想 1 根据月球绕地球做圆周运动的观测数据 应用万有引力定律求出的天体质量是地球的还是月球的 提示 求出的是地球的质量 因为利用f万 f向只能求出中心天体的质量 周期 距离 二 理论的威力 预测未知天体历史上天文学家曾经根据万有引力定律计算太阳系中天王星的运动轨道 由于计算值与实际情况有较大偏差 促使天文学家经过进一步的研究先后发现了 和冥王星 这两颗星的发现进一步证明了 定律的正确性 而且也显示了万有引力定律对天文学研究的重大意义 海王星 万有引力 2 宇宙速度 1 第一宇宙速度 v1 这是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度 也叫 速度 2 第二宇宙速度 v2 当人造卫星的发射速度大于或等于这一速度时 卫星就会挣脱 的束缚 不再绕地球运动 所以第二宇宙速度也叫 速度 3 第三宇宙速度 v3 人造卫星要想摆脱太阳引力的束缚 飞出太阳系 其发射速度至少要达到这一速度 所以第三宇宙速度又叫 速度 7 9km s 环绕 11 2km s 地球引力 脱离 16 7km s 逃逸 想一想 2 发射一个火星探测器 那么这个探测器大体以多大的速度从地面上发射 提示 发射速度应介于第二宇宙速度和第三宇宙速度之间 即11 2km s v 16 7km s 天体质量与密度的计算 特别提醒 1 计算天体质量的方法不仅适用于地球 也适用于其他任何星体 注意方法的拓展应用 明确计算出的是中心天体的质量 2 要注意r r的区分 r指中心天体的半径 r指行星或卫星的轨道半径 若绕近地轨道运行 则有r r 2014 石家庄高一检测 假设在半径为r的某天体上发射一颗该天体的卫星 若它贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为t1 已知万有引力常数为g 则该天体的密度是多少 若这颗卫星距该天体表面的高度为h 测得在该处做圆周运动的周期为t2 则该天体的密度又是多少 思路点拨 求解天体质量和密度问题时 通常把卫星绕天体的运动视为匀速圆周运动 而万有引力就是卫星做匀速圆周运动时所需的向心力 规律方法 b 人造卫星的特点 1 卫星绕地球的轨道 1 若是椭圆轨道 地心是椭圆的一个焦点 其运动遵循开普勒定律 2 若是圆轨道 卫星所需的向心力由地球对它的万有引力提供 由于万有引力指向地心 所以卫星圆轨道的圆心必然是地心 即卫星绕地心做匀速圆周运动 3 轨道平面 卫星的轨道平面可以跟赤道平面重合 也可以跟赤道平面垂直 也可以跟赤道平面成任意角度 轨道平面一定过地心 如图所示 单选 关于环绕地球运动的卫星 下列说法正确的是 a 分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星 不可能具有相同的周期b 沿椭圆轨道运行的一颗卫星 在轨道不同位置可能具有相同的速率c 在赤道上空运行的两颗地球同步卫星 它们的轨道半径有可能不同d 沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星 它们的轨道平面一定会重合 b 规律方法行星 人造地球卫星的向心加速度 线速度 角速度 周期都跟轨道半径有关 跟行星 人造地球卫星自身的质量无关 2 单选 2013 高考广东卷 如图 甲 乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为m和2m的行星做匀速圆周运动 下列说法正确的是 a 甲的向心加速度比乙的小b 甲的运行周期比乙的小c 甲的角速度比乙的大d 甲的线速度比乙的大 a 1 发射速度 是指被发射物在离开发射装置时的初速度 要发射一颗人造地球卫星 发射速度不能小于第一宇宙速度 若发射速度大于7 9km s 而小于11 2km s 卫星将环绕地球做椭圆轨道运动 若发射速度大于等于11 2km s而小于16 7km s 卫星将环绕太阳运动 若发射速度大于等于16 7km s 卫星将飞出太阳系 发射速度 运行速度和宇宙速度 3 宇宙速度 三个宇宙速度分别是指发射的卫星成为近地卫星 脱离地球引力和脱离太阳引力所需要的最小地面发射速度 b 3 双选 关于地球的第一宇宙速度 下列说法中正确的是 a 它是人造地球卫星绕地球运行的最小速度b 它是近地圆形轨道上人造地球卫星的运行速度c 它是能使卫星进入近地轨道的最小速度d 它是能使卫星进入轨道的最大发射速度 bc 规范答题 万有引力定律与抛体运动的综合问题 范例 12分 2014 三水华侨中学高一检测 为了探测某星球 宇航员乘飞船沿该星球的近地圆形轨道 可以认为飞船运行半径等于星球半径 绕该星球运行一周 所用时间为t 降落至该星球后 又做了如下两个实验 实验1 将一质量为m的小球挂在弹簧秤下 静止时读数为f 实验2 将该小球以一定初速度竖直上抛 经过时间t小球落回原处 若不考虑该星球的自转 请回答下列问题 1 由实验1所给物理量 求出该星球表面的重力加速度g 2 求实验2中竖直上抛小球的初速度v0 3 若万有引力常数为g 求该星球的半径r和质量m 审题指导 解答本题应把握以下三点 1 根据弹簧秤的示数等于物体的重力