粤教版必修2 万有引力定律的应用飞向太空 课件（41张）.pptx

万有引力定律的应用 飞向太空 一 计算天体的质量 观图助学 如图是月球绕地球运转示意图 那么什么力提供月球做圆周运动的向心力 若要求地球质量 需知道哪些物理量 2 行星 或中心天体 的质量计算 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 同样可以计算出行星 或中心天体 的质量 万有引力 周期 距离 理解概念 判断下列说法是否正确 1 若只知道某行星绕太阳做圆周运动的半径 则可以求出太阳的质量 2 已知地球绕太阳转动的周期和轨道半径 可以求出地球的质量 3 若已知地球表面的重力加速度及绕地球运行的卫星的轨道半径就可求地球质量 4 若已知地球表面的重力加速度及地球本身半径就可求地球质量 二 发现未知天体 观图助学 如图是英国的亚当斯和法国的勒维烈与他们发现的海王星 你能简述一下海王星是怎样被发现的吗 1 海王星的发现 英国剑桥大学的学生 和法国青年天文学家 根据天王星的观测资料 利用万有引力定律计算出天王星外 新 行星的轨道 1846年9月23日 柏林天文台的望远镜在他们笔下计算出来的位置附近发现了这颗行星 海王星 2 其他天体的发现 近100年来 人们在海王星的轨道之外又发现了 阋神星等几个较大的天体 亚当斯 勒维烈 冥王星 理解概念 判断下列说法是否正确 1 天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的 2 海王星是利用万有引力定律计算出天王星外 新 行星的轨道而发现的 三 人造卫星和宇宙速度 观图助学 如图是我国的人造卫星 那么是什么力提供卫星做圆周运动的向心力 要想发射一颗人造地球卫星所需的最小发射速度是多少 1 牛顿的设想 如图所示 把物体水平抛出 如果速度 物体就不再落回地面 它将绕地球运动 成为 足够大 人造卫星 2 人造卫星的轨道及特点 1 轨道 赤道轨道 极地轨道及其他轨道 如图所示 2 特点 所有的轨道圆心都在地心 3 处理思路 一般行星或卫星的运动可看做 运动 所需向心力由中心天体对它的 提供 匀速圆周 万有引力 3 近地卫星的速度 7 9 4 宇宙速度 7 9 匀速圆周运动 11 2 地球 16 7 太阳 最小 理解概念 判断下列说法是否正确 1 第一宇宙速度是发射卫星的最小速度 2 无论从哪个星球上发射卫星 发射速度都要大于7 9km s 3 当发射速度v 7 9km s时 卫星将脱离地球的吸引 不再绕地球运动 天体质量和密度的计算 要点探究 1 卡文迪许在实验室测出了引力常量g的值 他称自己是 可以称量地球质量的人 1 他称量的依据是什么 2 若还已知地球表面重力加速度g 地球半径r 求地球的质量和密度 2 如果知道地球绕太阳的公转周期t和它与太阳的距离r 能求出太阳的质量吗 若要求太阳的密度 还需要哪些量 探究归纳 天体质量和密度的计算方法 试题案例 例1 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 已知万有引力常量为g 1 则该天体的密度是多少 2 若这颗卫星距该天体表面的高度为h 测得卫星在该处做圆周运动的周期为t2 则该天体的密度又是多少 注意区分r r h的意义 一般情况下 r指中心天体的半径 r指行星或卫星的轨道半径 h指卫星距离星球表面的高度 r r h 针对训练1 有一星球的密度与地球相同 但它表面处的重力加速度是地球表面重力加速度的4倍 求 1 星球半径与地球半径之比 2 星球质量与地球质量之比 答案 1 4 1 2 64 1 人造卫星运动问题的处理思路及规律 观察探究 如图1所示 圆a b c的圆心均在地球的自转轴线上 b c的圆心与地心重合 d为椭圆轨道 且地心为椭圆的一个焦点 四条轨道中哪些可以作为卫星轨道 为什么 答案b c d轨道都可以 因为卫星绕地球做匀速圆周运动 万有引力提供向心力 而万有引力是始终指向地心的 故卫星做匀速圆周运动的向心力必须指向地心 因此b c轨道都可以 a轨道不可以 卫星也可在椭圆轨道运行 故d轨道也可以 图1 探究归纳 1 人造卫星常用关系 2 人造卫星运行规律 以上结论可总结为 一定四定 越远越慢 试题案例 例2 多选 可以发射一颗这样的人造卫星 使其圆轨道 a 与地球表面上某一纬线 非赤道 是共面的同心圆b 与地球表面上某一经线所决定的圆是共面的同心圆c 与地球表面上的赤道线是共面的同心圆 但卫星相对地面是静止的d 与地球表面上的赤道线是共面的同心圆 但卫星相对地面是运动的 解析人造卫星飞行时 由于地球对卫星的引力作为它做圆周运动的向心力 而这个力的方向必定指向圆心 即指向地心 故所有的人造卫星其轨道圆的圆心一定要和地球的中心重合 不能是地轴上 除地心外 的某一点 所以选项a错误 由于地球同时绕着地轴在自转 所以卫星的轨道平面也不可能和经线所决定的平面共面 所以选项b错误 相对地球表面静止的就是同步卫星 它必须在赤道线平面内 且距地面有确定的高度 而低于或高于该高度的人造卫星也是可以在赤道平面内运动的 不过由于它们的周期和地球自转的周期不相同 就会相对于地面运动 故选项c d正确 答案cd 针对训练2 地球的两颗人造卫星质量之比m1 m2 1 2 轨道半径之比r1 r2 1 2 求 1 线速度大小之比 2 角速度之比 3 运行周期之比 4 向心力大小之比 解析设地球的质量为m 两颗人造卫星的线速度分别为v1 v2 角速度分别为 1 2 运行周期分别为t1 t2 向心力分别为f1 f2 答案见解析 第一宇宙速度的理解与计算 观察探究 1 如图2所示 不同天体的第一宇宙速度是否相同 第一宇宙速度的决定因素是什么 2 把卫星发射到更高的轨道上需要的发射速度越大还是越小 2 越大 向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难 因为发射卫星要克服地球对它的引力做功 图2 探究归纳 1 第一宇宙速度 第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的绕行速度 2 推导 对于近地人造卫星 轨道半径r近似等于地球半径r 6400km 卫星在轨道处所受的万有引力近似等于卫星在地面上所受的重力 取g 9 8m s2 则 3 推广 4 理解 1 最小发射速度 与 最大绕行速度 最小发射速度 向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难 因为发射卫星要克服地球对它的引力 所以近地轨道的发射速度 第一宇宙速度 是发射人造卫星的最小速度 2 发射速度与发射轨道 当7 9km s v发 11 2km s时 卫星绕地球运动 且发射速度越大 卫星的轨道半径越大 绕行速度越小 当11 2km s v发 16 7km s时 卫星绕太阳旋转 成为太阳系一颗 小行星 当v发 16 7km s时 卫星脱离太阳的引力束缚跑到太阳系以外的空间中去 试题案例 a 0 4km sb 1 8km sc 11km sd 36km s 解析星球的第一宇宙速度即为围绕星球做圆周运动的轨道半径为该星球半径时的环绕速度 由万有引力提供向心力即可得出这一最大环绕速度 卫星所需的向心力由万有引力提供 答案b 针对训练3 某人在一星球上以速率v竖直上抛一物体 经时间t后 物体以速率v落回手中 已知该星球的半径为r 求该星球的第一宇宙速度 同步卫星运行问题分析 地球同步卫星运行及特点 1 概念 指相对于地面静止的卫星 又叫通讯卫星 2 六个 一定 运行方向一定 同步卫星的运行方向与地球的自转方向一致 周期一定 运转周期与地球自转周期相同 t 24h 角速度一定 等于地球自转角速度 轨道平面一定 所有地球同步卫星的轨道平面均在赤道