2020年高中物理人教版必修2课件：6.4 万有引力理论的成就(共39张PPT)
文档属性
| 名称 | 2020年高中物理人教版必修2课件：6.4 万有引力理论的成就(共39张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 3.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-04-15 06:42:11 | ||
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文档简介
(共39张PPT)
4.万有引力理论的成就
填一填
练一练
一、计算中心天体的质量和密度
填一填
练一练
二、发现未知天体
1.已发现天体的轨道计算:
18世纪,人们观测到太阳系第七颗行星——天王星的轨道和用万有引力定律计算出来的轨道有一些偏差。
2.根据已发现的天体的运行轨道结合万有引力定律推算出还没有发现的未知天体的轨道,如海王星、冥王星就是这样发现的。
3.继续推算其他的未知天体:
海王星和冥王星的轨道与计算结果有偏差,因此人们猜测在冥王星外还有未发现的行星。
填一填
练一练
已知引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,重力加速度g取9.8 m/s2,地球半径R=6.4×106 m,则可知地球质量的数量级是( )
A.1018 kg B.1020 kg
C.1022 kg D.1024 kg
解析：在地球表面,物体所受的重力约等于地球对物体的吸引力,
即 ≈6.02×1024 kg,即地球质量的数量级是1024 kg,选项D正确。
答案：D
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
计算被环绕天体质量的几种方法?
观察下面两幅图片,请思考:(1)如果知道自己的重力,你能否求出地球的质量?(2)如何能测得太阳的质量呢?
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
应用万有引力定律,不仅可以计算太阳的质量,还可以计算其他天体的质量。下面以地球质量的计算为例,介绍几种关于天体质量的方法。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
【例题1】(多选)要计算地球的质量,除已知的一些常数外还需知道某些数据,现给出下列各组数据,可以计算出地球质量的有( )
A.已知地球半径R
B.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度v
C.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T
D.已知地球公转的周期T'及运转半径r'
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
答案：ABC
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
变式训练1 嫦娥一号是我国首次发射的探月卫星,它在距月球表面高度为200 km的圆形轨道上运行,运行周期为127 min。已知引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,月球半径约为1.74×103 km。利用以上数据估算月球的质量约为( )?
A.8.1×1010 kg B.7.4×1013 kg
C.5.4×1019 kg D.7.4×1022 kg
答案：D
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
天体运动的分析与计算 ?
2003年8月29日,火星、地球和太阳处于三点一线,上演“火星冲日”的天象奇观。这是6万年来火星距地球最近的一次,与地球之间的距离只有5 576万千米,为人类研究火星提供了最佳时机。如图为美国宇航局最新公布的“火星冲日”的虚拟图,请思考:
(1)该时刻火星和地球谁的速度大呢?
(2)再经过一年时间,火星是否又回到了原位置?
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.两条思路——两个重要的关系式
(1)质量为m的行星绕质量为M的星体在半径为r的轨道上做匀速圆周运动时,由牛顿第二定律及圆周运动知识得
(2)质量为m的物体在地球(星体)表面受到的万有引力等于其重力,即
2.几个重要的物理量
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。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
利用上述结论可以对行星运动的线速度v、角速度ω、周期T以及向心加速度an等进行定性分析,也可以进行定量计算。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】 如图所示,在火星与木星轨道之间有一小行星带。假设该带中的小行星只受到太阳的引力,并绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是( )
A.太阳对各小行星的引力相同
B.各小行星绕太阳运动的周期均小于一年
C.小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值
D.小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
答案：C
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练2 如图,甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A.甲的向心加速度的大小比乙的小
B.甲的运行周期比乙的小
C.甲的角速度比乙的大
D.甲的线速度比乙的大
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
答案：A
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
双星问题的分析思路?
宇宙中两颗靠得很近的天体构成一个“双星系统”,两颗天体以它们连线上的一点为圆心,做匀速圆周运动,两天体及圆心始终在同一条直线上。请思考:
(1)“双星系统”中的两颗天体做圆周运动的向心力由什么力提供?
(2)两颗天体做应注意的周期有什么关系?
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.双星中两颗子星做匀速圆周运动的向心力来源
双星中两颗子星相互绕着旋转可看作是匀速圆周运动,其向心力由两颗子星间的万有引力提供。由于力的作用是相互的,所以两颗子星做圆周运动的向心力大小是相等的,利用万有引力定律可以求得其大小。
2.双星中两颗子星匀速圆周运动的运动参量的关系
两子星绕着连线上的一点做圆周运动,所以它们的运动周期是相等的,角速度也是相等的,所以线速度与两子星的轨道半径成正比。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
3.两子星做圆周运动的动力学关系
设双星的两子星的质量分别为M1和M2,相距L,M1和M2的线速度分别为v1和v2,角速度为ω,由万有引力定律和牛顿第二定律得
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题3】 (多选)两颗靠得很近的天体称为双星,它们都绕两者连线上某点做匀速圆周运动,因而不至于由于万有引力而吸引到一起,以下说法正确的是( )
A.它们做圆周运动的角速度之比与其质量成正比
B.它们做圆周运动的线速度之比与其质量成反比
C.它们做圆周运动的半径之比与其质量成正比
D.它们做圆周运动的半径之比与其质量成反比
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
答案：BD
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练3 我们的银河系的恒星中大约有四分之一是双星,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的作用下绕两者连线上某一定点O做匀速圆周运动,如图所示。由天文观察测得其运动周期为T,S1到O点的距离为r1,S1和S2的距离为r,已知引力常量为G。由此可求出S1的质量为( )
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
解析：双星之间的万有引力提供各自做圆周运动的向心力,
答案：A
1 2 3 4 5
1.两个行星的质量分别为m1和m2,绕太阳运行的轨道半径分别为r1和r2,若它们只受太阳万有引力的作用,那么,这两个行星的向心加速度之比为( )
答案：D
1 2 3 4 5
2.小行星绕恒星运动,恒星均匀地向四周辐射能量,质量缓慢减小,可认为小行星在绕恒星运动一周的过程中近似做圆周运动。则经过足够长的时间后,小行星运动的( )
A.半径变大 B.速率变大
C.角速度变大 D.加速度变大
解析：恒星质量变小,对行星的引力变小,行星做离心运动,半径变大,由 知速率、角速度、加速度均变小,选项A正确。
答案：A
1 2 3 4 5
3.神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器成功实施了交会对接,任务完成后天宫一号经变轨升到更高的轨道,等待与神舟九号交会对接。变轨前和变轨完成后天宫一号的运行轨道均可视为圆轨道,对应的轨道半径分别为R1、R2,线速度大小分别为v1、v2。则 等于( )
答案：B
1 2 3 4 5
4.(多选)科学家在研究地月组成的系统时,从地球向月球发射激光,测得激光往返时间为t。若还已知引力常量G,月球绕地球旋转(可看成匀速圆周运动)的周期T,光速c(地球到月球的距离远大于它们的半径)。则由以上物理量可以求出( )
A.月球到地球的距离 B.地球的质量
C.月球受地球的引力 D.月球的质量
1 2 3 4 5
解析：根据激光往返时间为t和激光的速度可求出月球到地球的距离,选项A正确;又因知道月球绕地球旋转的周期T,根据
,选项B正确;我们只能计算中心天体的质量,选项D错误;因不知月球的质量,无法计算月球受地球的引力,选项C错误。
答案：AB
1 2 3 4 5
5.(选做题)冥王星与其附近的星体卡戎可视为双星系统,质量比约为7∶1,同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动。由此可知冥王星绕O点运动的( )
A.轨道半径约为卡戎的
B.角速度大小约为卡戎的
C.线度大小约为卡戎的7倍
D.向心力小约为卡戎的7倍
答案：A
4.万有引力理论的成就
填一填
练一练
一、计算中心天体的质量和密度
填一填
练一练
二、发现未知天体
1.已发现天体的轨道计算:
18世纪,人们观测到太阳系第七颗行星——天王星的轨道和用万有引力定律计算出来的轨道有一些偏差。
2.根据已发现的天体的运行轨道结合万有引力定律推算出还没有发现的未知天体的轨道,如海王星、冥王星就是这样发现的。
3.继续推算其他的未知天体:
海王星和冥王星的轨道与计算结果有偏差,因此人们猜测在冥王星外还有未发现的行星。
填一填
练一练
已知引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,重力加速度g取9.8 m/s2,地球半径R=6.4×106 m,则可知地球质量的数量级是( )
A.1018 kg B.1020 kg
C.1022 kg D.1024 kg
解析：在地球表面,物体所受的重力约等于地球对物体的吸引力,
即 ≈6.02×1024 kg,即地球质量的数量级是1024 kg,选项D正确。
答案：D
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
计算被环绕天体质量的几种方法?
观察下面两幅图片,请思考:(1)如果知道自己的重力,你能否求出地球的质量?(2)如何能测得太阳的质量呢?
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
应用万有引力定律,不仅可以计算太阳的质量,还可以计算其他天体的质量。下面以地球质量的计算为例,介绍几种关于天体质量的方法。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
【例题1】(多选)要计算地球的质量,除已知的一些常数外还需知道某些数据,现给出下列各组数据,可以计算出地球质量的有( )
A.已知地球半径R
B.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度v
C.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T
D.已知地球公转的周期T'及运转半径r'
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
答案：ABC
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
变式训练1 嫦娥一号是我国首次发射的探月卫星,它在距月球表面高度为200 km的圆形轨道上运行,运行周期为127 min。已知引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,月球半径约为1.74×103 km。利用以上数据估算月球的质量约为( )?
A.8.1×1010 kg B.7.4×1013 kg
C.5.4×1019 kg D.7.4×1022 kg
答案：D
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
天体运动的分析与计算 ?
2003年8月29日,火星、地球和太阳处于三点一线,上演“火星冲日”的天象奇观。这是6万年来火星距地球最近的一次,与地球之间的距离只有5 576万千米,为人类研究火星提供了最佳时机。如图为美国宇航局最新公布的“火星冲日”的虚拟图,请思考:
(1)该时刻火星和地球谁的速度大呢?
(2)再经过一年时间,火星是否又回到了原位置?
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.两条思路——两个重要的关系式
(1)质量为m的行星绕质量为M的星体在半径为r的轨道上做匀速圆周运动时,由牛顿第二定律及圆周运动知识得
(2)质量为m的物体在地球(星体)表面受到的万有引力等于其重力,即
2.几个重要的物理量
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。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
利用上述结论可以对行星运动的线速度v、角速度ω、周期T以及向心加速度an等进行定性分析,也可以进行定量计算。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】 如图所示,在火星与木星轨道之间有一小行星带。假设该带中的小行星只受到太阳的引力,并绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是( )
A.太阳对各小行星的引力相同
B.各小行星绕太阳运动的周期均小于一年
C.小行星带内侧小行星的向心加速度值大于外侧小行星的向心加速度值
D.小行星带内各小行星圆周运动的线速度值大于地球公转的线速度值
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
答案：C
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练2 如图,甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A.甲的向心加速度的大小比乙的小
B.甲的运行周期比乙的小
C.甲的角速度比乙的大
D.甲的线速度比乙的大
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
答案：A
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
双星问题的分析思路?
宇宙中两颗靠得很近的天体构成一个“双星系统”,两颗天体以它们连线上的一点为圆心,做匀速圆周运动,两天体及圆心始终在同一条直线上。请思考:
(1)“双星系统”中的两颗天体做圆周运动的向心力由什么力提供?
(2)两颗天体做应注意的周期有什么关系?
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
1.双星中两颗子星做匀速圆周运动的向心力来源
双星中两颗子星相互绕着旋转可看作是匀速圆周运动,其向心力由两颗子星间的万有引力提供。由于力的作用是相互的,所以两颗子星做圆周运动的向心力大小是相等的,利用万有引力定律可以求得其大小。
2.双星中两颗子星匀速圆周运动的运动参量的关系
两子星绕着连线上的一点做圆周运动,所以它们的运动周期是相等的,角速度也是相等的,所以线速度与两子星的轨道半径成正比。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
3.两子星做圆周运动的动力学关系
设双星的两子星的质量分别为M1和M2,相距L,M1和M2的线速度分别为v1和v2,角速度为ω,由万有引力定律和牛顿第二定律得
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题3】 (多选)两颗靠得很近的天体称为双星,它们都绕两者连线上某点做匀速圆周运动,因而不至于由于万有引力而吸引到一起,以下说法正确的是( )
A.它们做圆周运动的角速度之比与其质量成正比
B.它们做圆周运动的线速度之比与其质量成反比
C.它们做圆周运动的半径之比与其质量成正比
D.它们做圆周运动的半径之比与其质量成反比
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
答案：BD
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
变式训练3 我们的银河系的恒星中大约有四分之一是双星,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的作用下绕两者连线上某一定点O做匀速圆周运动,如图所示。由天文观察测得其运动周期为T,S1到O点的距离为r1,S1和S2的距离为r,已知引力常量为G。由此可求出S1的质量为( )
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
解析：双星之间的万有引力提供各自做圆周运动的向心力,
答案：A
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1.两个行星的质量分别为m1和m2,绕太阳运行的轨道半径分别为r1和r2,若它们只受太阳万有引力的作用,那么,这两个行星的向心加速度之比为( )
答案：D
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2.小行星绕恒星运动,恒星均匀地向四周辐射能量,质量缓慢减小,可认为小行星在绕恒星运动一周的过程中近似做圆周运动。则经过足够长的时间后,小行星运动的( )
A.半径变大 B.速率变大
C.角速度变大 D.加速度变大
解析：恒星质量变小,对行星的引力变小,行星做离心运动,半径变大,由 知速率、角速度、加速度均变小,选项A正确。
答案：A
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3.神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器成功实施了交会对接,任务完成后天宫一号经变轨升到更高的轨道,等待与神舟九号交会对接。变轨前和变轨完成后天宫一号的运行轨道均可视为圆轨道,对应的轨道半径分别为R1、R2,线速度大小分别为v1、v2。则 等于( )
答案：B
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4.(多选)科学家在研究地月组成的系统时,从地球向月球发射激光,测得激光往返时间为t。若还已知引力常量G,月球绕地球旋转(可看成匀速圆周运动)的周期T,光速c(地球到月球的距离远大于它们的半径)。则由以上物理量可以求出( )
A.月球到地球的距离 B.地球的质量
C.月球受地球的引力 D.月球的质量
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解析：根据激光往返时间为t和激光的速度可求出月球到地球的距离,选项A正确;又因知道月球绕地球旋转的周期T,根据
,选项B正确;我们只能计算中心天体的质量,选项D错误;因不知月球的质量,无法计算月球受地球的引力,选项C错误。
答案：AB
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5.(选做题)冥王星与其附近的星体卡戎可视为双星系统,质量比约为7∶1,同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动。由此可知冥王星绕O点运动的( )
A.轨道半径约为卡戎的
B.角速度大小约为卡戎的
C.线度大小约为卡戎的7倍
D.向心力小约为卡戎的7倍
答案：A