《新教材2023高中物理第七章万有引力与宇宙航行7.3万有引力理论的成就课件新人教版必修第二册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新教材2023高中物理第七章万有引力与宇宙航行7.3万有引力理论的成就课件新人教版必修第二册（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章第七章 万有引力万有引力与宇宙航行与宇宙航行学习目标学习目标1.通过通过“称量称量”地球质量和计算天体质量地球质量和计算天体质量,掌握利用万有引力定律计掌握利用万有引力定律计算天体质量和密度的基本方法算天体质量和密度的基本方法,认识发现万有引力定律的重要意义认识发现万有引力定律的重要意义.2.通过科学家发现未知天体和预言哈雷彗星回归通过科学家发现未知天体和预言哈雷彗星回归,了解万有引力定律了解万有引力定律在天文学上的重要应用在天文学上的重要应用,认识科学定律对人类探索未知世界的作用认识科学定律对人类探索未知世界的作用,体会科学的迷人魅力体会科学的迷人魅力,进一步认识运动与相互作用观念进一
2、步认识运动与相互作用观念.3.通过分析绕行天体的运动特点通过分析绕行天体的运动特点,掌握运用万有引力定律和圆周运动掌握运用万有引力定律和圆周运动知识分析天体运动问题的思路知识分析天体运动问题的思路,培养建模能力和应用所学知识分析培养建模能力和应用所学知识分析问题的能力问题的能力.3万有引力万有引力理论的成就理论的成就知识点一知识点一“称量称量”地球的质量地球的质量地球自转地球自转地面的重力加速度地面的重力加速度g地球的半径地球的半径R引力常量引力常量G2.如图所示如图所示,月球绕地球做匀速圆周运动月球绕地球做匀速圆周运动,月球球月球球心到地球球心的距离为心到地球球心的距离为r=4108 m,月
3、球绕地球月球绕地球运行的周期为运行的周期为T=30 d,根据这些条件能否求得地根据这些条件能否求得地球的质量球的质量?运用哪些物理规律运用哪些物理规律?选谁为研究对象选谁为研究对象?知识点二计算天体的质量知识点二计算天体的质量万有引力万有引力 被被人们称为人们称为“笔尖下发现的行星笔尖下发现的行星”,此行星的此行星的发现过程充分显示发现过程充分显示了了 对于对于 的的巨大指导作用巨大指导作用,所用的所用的“”的方法指导人们寻找的方法指导人们寻找新的天体新的天体.知识点三发现未知天体知识点三发现未知天体海王星海王星理论理论实践实践计算、预测和观察计算、预测和观察知识知识点点四预言哈雷彗星回归四预
4、言哈雷彗星回归1.哈雷大胆预言哈雷大胆预言,某颗彗星的周期约某颗彗星的周期约为为 年年.2.和和 确立确立了万有引了万有引力定律的地位力定律的地位.3.万有引力定律的其他应用万有引力定律的其他应用:牛顿还用月球和太阳的万有引力牛顿还用月球和太阳的万有引力解释解释了了 ,用用 和和其他力学定律其他力学定律,推测地球推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状呈赤道处略为隆起的扁平形状.万有引力定律可以用于分析万有引力定律可以用于分析地地球表球表面面 微微小小差异的原因差异的原因,以及指导重力探矿以及指导重力探矿.76海王星的发现海王星的发现哈雷彗星的哈雷彗星的“按时回归按时回归”潮汐现象潮汐现象万有引力定
5、律万有引力定律重力加速度重力加速度小小试试身手身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误的错误的打打“”).).1.地球表面的物体所受的重力就是物体所受的地球表面的物体所受的重力就是物体所受的万万有力有力.()2.绕行星匀速转动的卫星绕行星匀速转动的卫星,万有引力提供向心力万有引力提供向心力.()3.已知地球绕太阳运动的周期和地球到太阳的距离已知地球绕太阳运动的周期和地球到太阳的距离,可以计算可以计算地球的质量地球的质量.()4.利用月球绕地球转动利用月球绕地球转动,可求地球的质量可求地球的质量.()5.海王星、冥王星的发现表明了万有引力理论在
6、太阳系内海王星、冥王星的发现表明了万有引力理论在太阳系内的正确性的正确性.()6.天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的.()7.牛顿根据万有引力定律计算出了海王星的轨道牛顿根据万有引力定律计算出了海王星的轨道.()8.冥王星被称为冥王星被称为“笔尖下发现的行星笔尖下发现的行星”.()探究一探究一天体质量和密度的计算天体质量和密度的计算问题情境问题情境若已知引力常量若已知引力常量G,则利用下列哪组数据可以计算天体的质量则利用下列哪组数据可以计算天体的质量和密度和密度?若能计算若能计算,则列式计算则列式计算.若不能计算若不能计算,则说明理由则说明理由
7、.1.天体表面的重力加速度天体表面的重力加速度g和天体的半径和天体的半径R.结论结论:利用该组数据可以计算天体的质量和密度利用该组数据可以计算天体的质量和密度.2.天体卫星的轨道半径天体卫星的轨道半径r和卫星的运行周期和卫星的运行周期T及天体的半径及天体的半径R.结论结论:利用该组数据可以计算天体的质量和密度利用该组数据可以计算天体的质量和密度.3.天体卫星的轨道半径天体卫星的轨道半径r和线速度和线速度v及天体的半径及天体的半径R.结论结论:利用该组数据可以计算天体的质量和密度利用该组数据可以计算天体的质量和密度.过程建构过程建构(2)环绕法环绕法.借助环绕中心天体做圆周运动的行星借助环绕中心
8、天体做圆周运动的行星(或卫星或卫星)计算中心天体的质量计算中心天体的质量,俗称俗称“借助外援法借助外援法”,常见的情况如下表常见的情况如下表.万有引力万有引力提供向心力提供向心力中心天体中心天体的质量的质量说明说明r为行星为行星(或卫星或卫星)的轨道半的轨道半径径,v、T分别为行星分别为行星(或或卫星卫星)的线速度、角速度和的线速度、角速度和周期周期2.天体密度的计算天体密度的计算.【典例【典例1】利用引力常量】利用引力常量G和下列某一组数据和下列某一组数据,不能计算出地不能计算出地球质量的球质量的是是()A.地球的半径及表面重力加速度地球的半径及表面重力加速度(不考虑地球自转不考虑地球自转)
9、B.人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度及周期人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度及周期C.月球绕地球做圆周运动的周期及轨道半径月球绕地球做圆周运动的周期及轨道半径D.地球绕太阳做圆周运动的周期及轨道半径地球绕太阳做圆周运动的周期及轨道半径答案答案:D探究探究二天体运动的分析与计算二天体运动的分析与计算问题情境问题情境当火星、地球和太阳处于三点一线时当火星、地球和太阳处于三点一线时,会上演会上演“火星冲日火星冲日”的天象奇观的天象奇观.这时这时,火星和太阳分别位于地球的两边火星和太阳分别位于地球的两边,如图所示如图所示.1.发生发生“火星冲日火星冲日”时时,火星和地球谁的速度大
10、火星和地球谁的速度大?2.再经过一年时间再经过一年时间,火星是否又回到了原位置火星是否又回到了原位置?过程建构过程建构【典例【典例2】(2022广东卷广东卷)“祝融号祝融号”火星车需要火星车需要“休眠休眠”以度过以度过火星寒冷的冬季火星寒冷的冬季.假设火星和地球的冬季是各自公转周期的假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一四分之一,且火星的冬季时长约为地球的且火星的冬季时长约为地球的1.88倍倍.火星和地球火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动.下列关于火星、地球下列关于火星、地球公转的说法正确的公转的说法正确的是是()A.火星公转的线速度比地球的大火星
11、公转的线速度比地球的大B.火星公转的角速度比地球的大火星公转的角速度比地球的大C.火星公转的半径比地球的小火星公转的半径比地球的小D.火星公转的加速度比地球的小火星公转的加速度比地球的小答答案案:D探究探究三双星模型三双星模型问题情境问题情境宇宙中往往会有相距较近、质量相差不多的两颗星球宇宙中往往会有相距较近、质量相差不多的两颗星球,它们它们离其他星球都较远离其他星球都较远,因此其他星球对它们的万有引力可以忽因此其他星球对它们的万有引力可以忽略不计略不计.在这种情况下在这种情况下,两星球将围绕它们连线上的某一固定两星球将围绕它们连线上的某一固定点做同周期的匀速圆周运动点做同周期的匀速圆周运动,
12、这种结构叫作这种结构叫作“双星双星”,如图所如图所示示,A、B相距为相距为l.1.A做匀速圆周运动的向心力和做匀速圆周运动的向心力和B做匀速圆周运动的向心做匀速圆周运动的向心力是什么关系力是什么关系?答案答案:A做匀速圆周运动的向心力是由做匀速圆周运动的向心力是由B对它的万有引力提对它的万有引力提供的供的,B做匀速圆周运动的向心力是由做匀速圆周运动的向心力是由A对它的万有引力提对它的万有引力提供的供的.根据牛顿第三定律根据牛顿第三定律,A、B做匀速圆周运动的向心力大做匀速圆周运动的向心力大小相等小相等,方向相反方向相反,在同一条直线上在同一条直线上.2.A、B做匀速圆周运动的半径相等吗做匀速圆
13、周运动的半径相等吗?过程建构过程建构双星模型的特点双星模型的特点.【典例【典例3】宇宙中两颗相距较近的天体称为】宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星双星”,它们它们以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动以二者连线上的某一点为圆心做匀速圆周运动,而不至于因而不至于因为万有引力的作用吸引到一起为万有引力的作用吸引到一起.设二者的质量分别为设二者的质量分别为m1和和m2,二者相距为二者相距为l,求求:(1)双星的轨道半径之比双星的轨道半径之比;(2)双星的线速度之比双星的线速度之比;(3)双星的向心加速度之比双星的向心加速度之比.答案答案:(1)m2 m1(2)m2 m1(3)m2 m1课堂评价课堂
14、评价答案答案:B答案答案:A2.一艘宇宙飞船绕一个不知名的行星表面飞行一艘宇宙飞船绕一个不知名的行星表面飞行,要测定该行要测定该行星的密度星的密度,已知引力常量已知引力常量G,仅仅仅仅需要需要()A.测定飞船的运行周期测定飞船的运行周期 B.测定飞船的环绕半径测定飞船的环绕半径C.测定行星的体积测定行星的体积 D.测定飞船的运行测定飞船的运行速度速度3.美国国家航空航天局通过开普勒空间望远镜发现了美国国家航空航天局通过开普勒空间望远镜发现了“迄今迄今最接近地球最接近地球”的系外行星开普勒的系外行星开普勒-452b.开普勒开普勒-452b围绕一围绕一颗类似太阳的恒星做匀速圆周运动颗类似太阳的恒星
15、做匀速圆周运动,公转周期约为公转周期约为385天天(约约3.3107 s),轨道半径约为轨道半径约为1.51011 m,已知引力常已知引力常量量G=6.6710-11 Nm2/kg2,利用以上数据可以估算类似太阳的恒星的质利用以上数据可以估算类似太阳的恒星的质量约为量约为()A.1.81030 kg B.1.81027 kgC.1.81024 kg D.1.81021 kg答案答案:A4.人造地球卫星以地心为圆心做匀速圆周运动人造地球卫星以地心为圆心做匀速圆周运动,下列说法正下列说法正确的确的是是()A.轨道半径越大轨道半径越大,线速度越小线速度越小,周期越小周期越小B.轨道半径越大轨道半径越
16、大,线速度越小线速度越小,周期越大周期越大C.所有卫星的线速度均是相同的所有卫星的线速度均是相同的,与轨道半径无关与轨道半径无关D.所有卫星的角速度均是相同的所有卫星的角速度均是相同的,与轨道半径与轨道半径无关无关答案答案:B答答案案:C6.天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星恒星称为双星.如图所示如图所示,某双星系统中某双星系统中A、B两颗恒星围绕它两颗恒星围绕它们连线上的固定点们连线上的固定点O分别做匀速圆周运动分别做匀速圆周运动,在运动中恒星在运动中恒星A、B的中心和的中心和O三点始终共线三点始终共线,下列说法正确的下列说法正确的是是()A.恒星恒星A的角速度比恒星的角速度比恒星B的角速度小的角速度小B.恒星恒星A的线速度比恒星的线速度比恒星B的线速度小的线速度小C.恒星恒星A受到的向心力比恒星受到的向心力比恒星B受到的向心力小受到的向心力小D.恒星恒星A的质量比恒星的质量比恒星B的小的小答案答案:D
