新教材同步系列2024春高中物理第三章万有引力定律第三节万有引力定律的应用课件粤教版必修第二册

第三章万有引力定律第三节万有引力定律的应用学习目标学法指导1．学会应用万有引力定律“称量”地球质量，计算太阳质量，估算天体密度等2．知道海王星的发现过程，了解哈雷彗星的“按时回归”1．通过练习，掌握计算地球、太阳等中心天体质量和密度的方法2．通过计算地球和太阳的质量、海王星的发现及哈雷彗星的按时回归，认识万有引力定律的成就，并进一步体会人们探究自然奥秘的科学思想方法，从而激发爱科学、学科学、用科学的热情知识导图课前·自主预习1．若不考虑地球自转影响，地面上的物体所受的重力等于地球对物体的____________．3．牛顿通过万有引力理论大胆预测：地球由于自转作用，______部分应该隆起，成为________扁平的椭球．估测地球的质量和形状万有引力赤道两极判断对错．(1)在不考虑地球自转的影响时，地面上物体的重力等于地球对该物体的万有引力．

(

)(2)知道引力常量G、地球公转的周期和轨道半径，就可以求出地球的质量．

(

)(3)知道引力常量G、地球的半径和地球表面的重力加速度，就可以求出地球的质量．

(

)【答案】(1)√

(2)×

(3)√1．已知天体的轨道推算．18世纪，人们观测到太阳系第七个行星——天王星的轨道和用____________________计算出来的轨道有一些偏差．2．未知天体的发现．根据已发现的天体运行轨道，结合万有引力定律推算出未知天体的______，如海王星、冥王星就是这样发现的．发现未知天体和预言哈雷彗星回归万有引力定律轨道3．英国天文学家哈雷根据万有引力定律计算彗星的______，成功预言了彗星的__________．4．__________的发现和__________的“按时回归”确定了万有引力定律的地位．轨道回归海王星哈雷彗星关于万有引力定律应用于天文学研究的历史事实，下列说法正确的是

(

)A．天王星、海王星和冥王星，都是运用万有引力定律、经过大量计算后发现的B．在18世纪已经发现的7个行星中，人们发现第七个行星——天王星的运动轨道总是同根据万有引力定律计算出来的结果有比较大的偏差，于是有人推测，在天王星轨道外还有一个行星，是它的存在引起了上述偏差C．第八个行星，是牛顿运用自己发现的万有引力定律，经大量计算而发现的D．冥王星是英国剑桥大学的学生亚当斯和勒维耶合作研究后共同发现的【答案】B

【解析】天王星是在1781年发现的，而卡文迪许测出引力常数是在1789年，在此之前人们还不能用万有引力定律做有实际意义的计算，A错误，B正确；太阳的第八颗行星，即海王星是英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶各自独立地利用万有引力定律计算出轨道和位置，由德国的伽勒首先发现的，C、D错误．估算天体的质量如图是木星和它周围运行的卫星，测出一颗卫星的轨道半径和周期，怎样计算出木星的质量？课堂·重难探究1．物体在一般位置物体所受地球的引力与重力的关系2．物体在两个特殊位置(1)当物体在赤道上时，F′达到最大值F′max，F′max＝mRω2，此时重力最小，例1地球可近似看成球形，地球表面上的物体都随地球自转，下列说法正确的是

(

)A．物体在赤道处受到的地球引力等于两极处，而重力小于两极处B．赤道处的角速度比南纬30°大C．地球上物体的向心加速度都指向地心，且赤道上物体的向心加速度比两极处大D．地面上的物体随地球自转时提供向心力的是重力【答案】A

变式1关于地球表面上物体所受到的重力与万有引力的关系，下列说法正确的是

(

)A．物体在赤道上时重力方向与万有引力方向相同，此时万有引力等于重力B．物体在两极时重力方向与万有引力方向相同，此时万有引力等于重力C．物体在地球表面受到的万有引力与重力是一对作用力与反作用力D．地球上的任一物体都会受万有引力、重力和支持力三个力作用而处于平衡状态【答案】B

【解析】物体在赤道上时，重力方向与万有引力方向相同，万有引力等于重力与物体随地球自转所需要的向心力的合力，此时万有引力大于重力，故A错误；物体在两极时向心力为零，重力方向与万有引力方向相同，且万有引力等于重力，故B正确；重力是万有引力的一个分力，它们不是作用力与反作用力，C错误；地球上的任一物体都会受万有引力、重力和支持力三个力作用，由于物体随地球自转，处于非平衡状态，故D错误．天体质量的计算方法天体质量和密度的计算类型自力更生法借助外援法情境已知天体(如地球)的半径R和天体(如地球)表面的重力加速度g行星或卫星绕中心天体做匀速圆周运动【答案】ABD

变式2已知太阳系中某行星绕太阳的运动可以看成是匀速圆周运动，运行的周期为T，线速度为v，引力常量为G，则太阳的质量可表示为

(

)【答案】B

例3

(多选)如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运动的三颗卫星，a和b质量相等，且小于c的质量，则

(

)A．b所需向心力最小B．b、c的周期相同且大于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度天体运动的分析探究【答案】ABD

变式3

(2023年江西联考)2023年8月10日，我国首颗以人工智能载荷为核心、具备智能操作系统的智能应急卫星“地卫智能应急一号”在酒泉卫星发射中心成功发射并进入预定轨道，它标志着许多智能应用能够直接在卫星上实现．在火箭搭载该卫星加速升空的过程中，某时刻卫星上压力传感器显示卫星对支撑平台的压力示数为FN，高度传感器显示此时卫星离地面的高度为h．已知卫星质量为m，地球表面的重力加速度为g，地球的半径为R，忽略地球自转的影响，则此时火箭加速度的大小为

(

)【答案】A1．天体运动参量的对比都是根据万有引力提供向心力列出方程，进行判断．2．天体做圆周运动的各个参量，由轨道半径决定．核心素养应用科学思维——宇宙中的双星(或三星)模型1．两个星体做匀速圆周运动所需的向心力是由它们之间的万有引力提供的，故两星体做匀速圆周运动的向心力大小相等．2．两个星体均绕它们连线上的一点做匀速圆周运动，因此它们的运行周期和角速度是相等的．3．两个星体做匀速圆周运动的半径r1和r2与两星体间距L的大小关系为r1＋r2＝L．例4

我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星．某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动．由天文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1，S1和S2的距离为r，已知引力常量为G．因此可求出S2的质量为

(

)【答案】D

例5

(2023年南通统考)如图所示，A、B、C三颗星体分别位于等边三角形的三个顶点上，在相互之间的万有引力作用下，绕圆心O在三角形所在的平面内做匀速圆周运动，rBO＝rCO＝2rAO．忽略其他星体对它们的作用，则下列关系正确的是(

)A．星体的线速度vA＝2vB B．星体的加速度2aA＝aBC．星体所受合力FA＝FB D．星体的质量mA＝mB【答案】B

由解析题图可知，A、B间的万有引力大小等于A、C间的万有引力大小，可知mB＝mC，B、C间的万有引力大小小于A、C间的万有引力大小，可知mA>mC，则有mA>mB，D错误．小练·随堂巩固1．(多选)关于重力和万有引力的关系，下列说法正确的是(

)A．地面附近物体所受到的重力就是万有引力B．重力是由于地面附近的物体受到地球吸引而产生的C．在不太精确的计算中，可以近似认为重力等于万有引力D．严格来说，重力并不等于万有引力，除两极处物体的重力等于万有引力外，在地球其他各处的重力都略小于万有引力【答案】BCD

【解析】只有在两极地面附近物体所受到的重力才等于万有引力，A错误；重力是由于地面附近的物体受到地球吸引而产生的，B正确；忽略地球自转时，可以近似认为重力等于万有引力，C正确；严格来说重力并不等于万有引力，除两极处物体的重力等于万有引力外，在地球其他各处的重力都略小于万有引力，D正确．2．已知地球绕太阳公转周期为T，公转半径为r，万有引力常量为G，则由此可求出

(

)A．地球的质量

B．太阳的质量C．地球的密度

D．太阳的密度【答案】B

3．一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，假设航天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】