沪科版必修2 5.3 万有引力定律与天文学的新发现 课件（34张）.pptx

5 3万有引力定律与天文学的新发现 自主阅读 自我检测 一 笔尖下发现的行星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 先后发现了海王星和冥王星 这两颗星的发现进一步证明了万有引力定律的正确性 而且也显示了万有引力定律对天文学研究的重大意义 二 哈雷彗星的预报英国天文学家哈雷根据万有引力定律计算出了哈雷彗星的椭圆轨道 并发现它的周期约为76年 哈雷彗星的准确预报再一次证明了万有引力定律的正确性 自主阅读 自我检测 三 把天体的质量 称 出来研究天体运动的基本公式 自主阅读 自我检测 思考宇航员在月球上用弹簧秤测出质量为m的物体重力为f 怎样利用这个条件估测月球的质量 自主阅读 自我检测 1 正误辨析 1 亚当斯和勒维烈都是海王星的发现者 2 利用万有引力定律能够计算中心天体的质量和密度 3 在行星 卫星运动中 万有引力提供了向心力 4 重力和万有引力就是同一个力 5 地球表面的物体 重力就是物体所受的万有引力 答案 1 2 3 4 5 自主阅读 自我检测 2 下列说法正确的是 a 海王星是人们直接应用万有引力定律计算出轨道而发现的b 天王星是人们依据万有引力定律计算出轨道而发现的c 海王星是人们经过长期的太空观测而发现的d 天王星的运行轨道与由万有引力定律计算的轨道存在偏差 其原因是天王星受到轨道外的行星的引力作用 由此人们发现了海王星解析 由行星的发现历史可知 天王星并不是根据万有引力定律计算出轨道而发现的 海王星不是通过观测发现 也不是直接由万有引力定律计算出轨道而发现的 而是人们发现天王星的实际轨道与理论轨道存在偏差 然后运用万有引力定律计算出 新 星的轨道 从而发现了海王星 由此可知 a b c错误 d正确 答案 d 自主阅读 自我检测 3 火星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动 火星与太阳间的引力提供火星运动的向心力 已知火星运行的轨道半径为r 运行周期为t 引力常量为g 试写出太阳质量的表达式 解析 设太阳质量为m 火星的质量为m 火星与太阳间的引力提供向 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 行星运行参量的分析与计算航天员翟志刚走出神舟七号飞船进行舱外活动时 要分析其运动状态 牛顿定律还适用吗 要点提示 适用 牛顿将牛顿运动定律和万有引力定律相结合 成功分析了天体的运动问题 牛顿运动定律对地面上物体的运动和天体的运动都是适用的 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 1 基本思路一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动 所需向心力由中心天体对它的万有引力提供 2 常用关系 2 忽略自转时 mg g 物体在天体表面时受到的万有引力等于物体重力 整理可得gr2 gm 该公式通常被称为 黄金代换式 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 3 四个重要结论设质量为m的天体绕另一质量为m的中心天体做半径为r的匀速圆周运动 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 例1 2016年2月1日15点29分 我国在西昌卫星发射中心成功发射了第五颗新一代北斗导航卫星 该卫星质量为m 轨道离地面的高度约为地球半径r的3倍 已知地球表面的重力加速度为g 忽略地球自转的影响 则 a 卫星的绕行速率大于7 9km s 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 答案 d 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 规律方法 1 不同轨道上运行的卫星的加速度 线速度 角速度 周期可以比较大小 但不同轨道上卫星的质量及所受的万有引力大小无法比较 2 要熟记经常用到的常数 如地球自转一周为一天 绕太阳公转一周为一年 月球绕地球公转一周为一月 27 3天 等 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 变式训练1 多选 质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行 其运动视为匀速圆周运动 已知月球质量为m 月球半径为r 月球表面重力加速度为g 引力常量为g 不考虑月球自转的影响 则航天器的 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点一 知识点二 知识点三 答案 ac 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 万有引力和重力的关系重力就是地球对物体的万有引力吗 在什么情况下 可以认为重力的大小等于万有引力 要点提示 不是 重力是地球对物体万有引力的一个分力 在地球表面附近 物体随地球自转所需要的向心力很小 一般情况下都可以认为重力的大小等于万有引力 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 1 重力是地球引力的分力万有引力对物体的作用效果可以等效为两个力的作用 一个是重力mg 另一个是物体随地球自转需要的向心力f向 如图所示 一般情况下 mg g 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 2 重力和万有引力的大小关系 1 重力与纬度的关系 2 重力 重力加速度与高度的关系 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 例2 若在某行星和地球上相对于各自水平地面附近相同的高度处 以相同的速率平抛一物体 它们在水平方向运动的距离之比为2 已知该行星质量约为地球的7倍 地球的半径为r 由此可知 该行星的半径约为 答案 c 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 规律方法关于万有引力和重力关系的处理方法 1 物体随地球自转时 由于地球自转角速度很小 物体转动需要的向心力很小 一般情况下 认为重力约等于万有引力 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 变式训练2一卫星绕某一行星表面附近做匀速圆周运动 其线速度大小为v 假设宇航员在该行星表面上用弹簧测力计测量一质量为m的物体重力 物体静止时 弹簧测力计的示数为n 已知引力常量为g 则这颗行星的质量为 答案 b 知识点一 知识点二 问题导引 知识归纳 典例剖析 知识点三 天体质量和密度的计算若已知月球绕地球转动的周期t和半径r 由此可以求出地球的质量吗 能否求出月球的质量呢 中已消掉 所以根据月球的周期t 公转半径r 无法计算月球的质量 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 1 天体质量的计算 1 求天体质量的思路绕中心天体运动的其他天体或卫星做匀速圆周运动 做圆周运动的天体 或卫星 的向心力由它与中心天体的万有引力提供 利用此关系建立方程求中心天体的质量 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 2 计算天体的质量下面以地球质量的计算为例 介绍几种计算天体质量的方法 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 2 计算天体的密度 特别地 当卫星环绕天体表面运动时 其轨道半径r等于天体半径r 则 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 例3 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 已知引力常量为g 1 求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 测得在该处做圆周运动的周期为t2 求该天体的密度又是多少 解析 1 设卫星的质量为m 天体的质量为m 卫星贴近天体表面运动时有 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 2 卫星距天体表面距离为h时 忽略自转有 规律方法估算天体质量和密度时应注意的问题 1 利用万有引力提供天体圆周运动的向心力估算天体质量时 估算的只是中心天体的质量而非环绕天体的质量 2 区别天体半径r和卫星轨道半径r 只有在天体表面附近的卫星 才有r r 计算天体密度时 v r3中的r只能是中心天体的半径 知识点一 知识点二 知识点三 问题导引 知识归纳 典例剖析 变式训练3有一星球的密度与地球的密度相同 但它表面处的重力加速度是地球表面处的重力加速度的4倍 则该星球的质量是地球质量的 答案 d 1 2 3 4 1 一艘宇宙飞船绕一个不知名的行星表面飞行 要测定该行星的密度 仅仅需要 a 测定飞船的运行周期b 测定飞船的环绕半径c 测定行星的体积d 测定飞船的运行速度 故选a 答案 a 1 2 3 4 2 多选 假设地球自转角速度增大 下列说法正确的是 a 放在赤道地面上的物体 所受万有引力不变b 放在赤道地面上的物体 所受重力增大c 放在两极地面上的物体 所受万有引力增大d 放在两极地面上的物体 所受重力不变解析 由万有引力公式f g知 放在地面上的物体无论在赤道还是在两极 与地球自转角速度大小无关 所以a正确 c错误 地面上的物体所受重力为万有引力的一个分力 由于自转角速度增大 赤道上的物体随地球自转的向心力mr 2也增大 但两极上的物体不随地球自转 所以 赤道上的物体的重力变小 而两极上的物体重力不变 故b错误 d正确 答案 ad 1 2 3 4 3 多选 假设太阳系中天体的密度不变 天体直径和天体之间的距离都缩小到原来的一半 地球绕太阳公转近似为匀速圆周运动 则下列物理量变化正确的是 a 地球的向心力变为缩小前的一半b 地球的向心力变为缩小前的c 地球绕太阳公转周期与缩小前的相同d 地球绕太阳公转周期变为缩小前的一半 解析 天体的密度不变 天体直径缩小到原来的一半 则太阳和地球的 期不变 选项c正确 答