第02节万有引力定律的应用

第二节万有引力定律的应用,“山区初、高中物理教学过渡课题”研讨活动汇报研讨课,学习目标,1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用。2.会用万有引力定律计算天体质量及密度。3.理解并运用万有引力定律处理天体问题的思路和方法。,地球,神州11号,观看神州十一号飞船现场发射视频，思考问题,1.神州十一号飞船在太空绕地球做什么运动？,2.神州十一号飞船在太空绕地球做匀速圆周运动运动，由什么力提供向心力？,地球,神州11号,请思考：,3.若已知飞船绕地球做匀速圆周运动的周期T和轨道半径r，则其向心力的表达式为,4.根据此式子能否求出地球的质量，若能，则其表达式为,5.若还知道地球的半径R，则地球的密度为,小结：,计算天体质量的方法（一）已知行星（或卫星）的公转周期T、轨道半径r，可求出中心天体的质量M（但不能求出行星或卫星的质量m）若再已知中心天体的半径R，还可以求出中心天体的密度。,地球,神州11号,请思考：,6.若神州十一号飞船还未发射，静止在地球上，已知地球表面重力加速度g和地球半径R，此时能否求出地球的质量，若能，则其表达式为,则地球的密度为,小结：计算天体质量的方法（二）已知中心天体半径R和天体表面重力加速度g.可以求出天体的质量再根据=M/V求出天体的密度,地球,神州11号,请思考：,7.若已知飞船绕地球做匀速圆周运动的线速度v和轨道半径r，能不能求出地球的质量？,8.若求地球的密度，还需哪些物理量？,请思考：,9.若已知飞船绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T，能不能求出地球的质量？,10.根据此式子能否求出地球的质量，若能，则其表达式为,请思考：,11.如果把神州十一号飞船换成月亮，能否用上述方法求地球的质量？,请思考：,12.如果要求太阳的质量的话，你有什么方法呢？,总结：两个基本思路,2.忽略地球自转的影响：,1万有引力提供向心力：,1.（多选）要计算地球的质量,除已知的一些常数外,还必须知道某些数据,现给出下列各组数据,可以计算出地球质量的有()A.已知地球的半径RB.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度vC.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的周期T和线速度vD.地球的公转周期T1和公转半径r1,ABC,练习,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Amv2/GNBmv4/GNCNv2/GmDNv4/Gm.,B,宇航员站在一星球的表面上某高处，沿水平方向抛出一个小球经时间t，小球落到星球的表面，测得抛出点与落地点之间的距离为L，若将抛出时的初速度增大为原来的两倍，则抛出点与落地点之间的距离为,，已知两落地点在同一水平面上，该星球的半径为R，万有引力常量为G，求该星球的质量M。,谢谢！,第二节万有引力定律的应用第二课时,学习目标：,1.会计算人造卫星的环绕速度，知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。2.会定量分析卫星环绕速度、角速度、周期与轨道半径的关系。3.知道同步卫星的特点，会计算同步卫星的相关物理量。,阅读探究（3min),1、人们发现天王星的实际轨道与由万有引力算出的理论轨道有较大的偏差，引发了人们的各种猜想，你能举出一个你印象较深刻的“猜想”吗？为什么？,2、你觉得勒维烈和亚当斯能发现新的行星海王星，最难能可贵的是什么？对促进你的学习有什么启迪？,3、美国天文学家汤苞利用什么方法发现冥王星？(冥王星不属于太阳系的行星2006年8月证实）,4、本文中的科学家都有了一种共同的科学研究方法，你知道是什么方法吗？,一、理论的威力：预测未知天体,提出问题提出猜想和假设制定方案收集证据成果验证,卫星是怎样飞上天空的呢？卫星为何能在太空遨游而不落下来？卫星的轨道是怎样的？,二、理想与现实：人造卫星和宇宙速度,设卫星环绕地球做匀速圆周运动，地球质量为M，卫星的质量为m，卫星到地心的距离为r,求卫星的速度V。,万有引力提供向心力即万有引力就是向心力,解上式得：,反映了卫星在不同半径的轨道上运行的速度表达式,r越小，V就越大，那么V能无限大吗？,此时环绕速度最大，这就是第一宇宙速度。,代入数据可得到:V=7.9km/s,【问题】近地面的卫星的速度是多少呢？,【例题】金星的半径是地球的0.95倍，质量为地球的0.82倍，金星的第一宇宙速度是多大?,【解】设地球半径为R，金星的半径为r=0.95R，地球质量为m，金星质量m=0.82m，地球的第一宇宙速度为7.9km/s。金星的第一宇宙速度为v1，则：,第一宇宙速度(环绕速度）：,第二宇宙速度（脱离速度）：11.2km/s,第三宇宙速度（逃逸速度）：16.7km/s,卫星环绕地球飞行的最大速度,（地球卫星的最小发射速度,卫星摆脱地球的引力，不再绕地球飞行,卫星摆脱太阳的引力，飞出太阳系,宇宙速度,7.9km/s,有人说，根据v=r,如果做圆周运动的人造卫星的轨道半径增大，那么卫星的线速度也增大，你觉得对吗？你认为随着高度的增大，卫星的线速度、角速度、周期将怎么变化？,讨论与交流P54：,三.人造地球卫星和宇宙速度,1.卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：,（r越大，T越大）,（r越大，v越小）,（r越大，越小）,1.火星有两颗卫星，分别是火卫一和火卫二，它们的轨道近似为圆。已知火卫一的周期为7小时39分。火卫二的周期为30小时18分，则两颗卫星相比()A火卫一距火星表面较近。B火卫二的角速度较大C火卫一的运动速度较大。D火卫二的向心加速度较大。,AC,2.如图，a、b、c是在地球大气层外圆轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是（）Ab、c的线速度大小相等，且大于a的线速度Bb、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度Cc加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的cDa卫星由于某原因，轨道半径缓慢减小，其线速度将增大,D,什么是地球同步卫星？所谓地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星，它的周期与地球自转的周期相同。T24h。地球同步卫星满足的条件所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。所有的同步卫星的轨道高度为一个定值。,代入数据得：h=3.6107(m),2.同步卫星（课本P54）,3.如图所示的三个人造地球卫星，则说法正确的是（）卫星可能的轨道为a、b、c卫星可能的轨道为a、c同步卫星可能的轨道为a、c同步卫星可能的轨道为aA是对的B是对的C是对的D是对的,B,作业1：已知地球绕太阳公转的轨道半径r，周期为T,太阳的半径R,试求太阳表面的重力加速度g。作业2:宇航员在某一行星上把一石块以速度v0竖直向上抛出,测出它从抛出到落回原处所经历的时间为t,若已知此行星的半径为R,试计算这颗行星的质量.,P61页习题三1、2、3、4、5、6、10,4.经长期观测人们在宇宙中已经发现了“双星系统”。“双星系统”由两颗相距较近的恒星组成，每个恒星的线度远小于两个星体之间的距离，而且双星系统一般远离其他天体。如图，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为L，质量之比为m1m2=32，则可知（）Am1、m2做圆周运动的线速度之比为32Bm1、m2做圆周运动的角速度之比为32Cm1做圆周运动的半径为Dm2做圆周运动的半径为,C,宇宙速度,卫星的发射与回收,1,2,3,从动力学角度分析当飞船发动机喷气加速，飞船的速度增加，作圆周运动所需的向心力增加，但是圆周运动所提供的向心力（即万有引力）不变，飞船将会作离心运动，其运行轨道将提升，速度将会减小。,将卫星发射至近地圆轨道1（如图所示），然后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q点，2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是：A卫星在轨道3上的速率大于轨道1上的速率。B卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度。C卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度。D卫星在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度。,BD,宇宙飞船和空间站在同一轨道上运动，若飞船要与轨道空间站对接，飞船为了追上轨道空间站（）A飞船加速直到追上轨道空间站，完成对接B飞船从原轨道减速至一个较低轨道，再加速追上轨道空间站，完成对接C飞船加速至一个较高轨道，再减速追上轨道空间站，完成对接D无论飞船如何采取何种措施，均不能与空间站对接,B,【作业1】在天体运动中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星。它们围绕两球连线上的