人教版高中物理必修二第六章第一节--行星的运动(47张PPT)

(共47张PPT)
第六章
万有引力定律
与航天
（一）知识回顾：
1．开普勒第一定律：所有的行星围绕太阳运动的轨道是______,太阳处在所有椭圆轨道的一个_________上
2．开普勒第二定律：对于每个行星而言，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积_________。所以，行星在绕太阳公转过程中离太阳越近速率就越_____，离太阳越远速率就越_____。则：行星在____日点的速率最大，在_____日点的速率最小
椭
圆
焦
点
相
等
大
小
近
远
3．开普勒第三定律：所有行星的轨道的半长轴的____次方跟它的公转周期的_____次方的比值都相等，比值是一个与_______无关的常量，仅与中心________的质量有关
（1）开普勒第三定律公式：
（2）注意：
①开普勒第三定律不仅适用于太阳系，也适用于其它星系；但其它星系的K值是_______
②开普勒第三定律不仅适用于椭圆运动，也适用于_______运动
三
二
行
星
天
体
a3/T2=K
不同的
圆
周
一、行星的运动
二、万有引力定律内容及应用
三、人造卫星及宇宙速度
本章知识回放
开普勒第一定律（轨道定律）
开普勒第二定律（面积定律）
开普勒第三定律（周期定律）
2.开普勒三定律
一、行星的运动
1.地心说和日心说
1.地心说和日心说
①
开普勒第一定律
（轨道定律）
所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。
2.开普勒三定律
一、行星的运动
1.地心说和日心说
①开普勒第一定律
（轨道定律）
②开普勒第二定律
（面积定律）
对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过相等的面积。
2.开普勒三定律
一、行星的运动
1.地心说和日心说
①开普勒第一定律
（轨道定律）
②开普勒第二定律
（面积定律）
2.开普勒三定律
③开普勒第三定律
（周期定律）
所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。
（二）课堂练习
练习1、填空题：
“地心说”的代表人物是____________；“日心说”的代表人物是___________
练习2、填空题：
所有行星绕太阳运动的轨道是________（填：圆或椭圆）；其中，太阳位于所有行星运动轨道的______________处（填：同一焦点或不同焦点）
托勒密
哥白尼
椭
圆
同一焦点
练习3、由开普勒第二定律可知：对任意行星来说，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。如图所示，为某一行星绕太阳运动轨迹，其中在远日点的速度为va，近日点的速度为vb，则有va＿＿＿vb（填：＞、＜或＝）
练习４、关于开普勒行星运动的公式a3/T2＝k，以下理解正确的是
(　　)
A．k是一个与行星有关的量
B．T表示行星运动的自转周期
C．T表示行星运动的公转周期
D．月球绕地球运动的Ｋ值与地球绕太阳运动的Ｋ值相同
＜
c
练习5、关于行星的运动，下列说法正确的是
(　　)
A．行星轨道的半长轴越长，自转周期就越大
B．行星公转周期就越小，轨道的半长轴越长，
C．已知水星轨道的半长轴最短，公转周期最小
D．已知海王星离太阳“最远”，绕太阳运行的公转周期最小
c
（三）过关检测
１、关于行星绕太阳运动，下列说法正确的是(　　)
A．行星在椭圆轨道上绕太阳运动的过程中，其速度与行星和太阳之间的距离有关，距离小时速度小，距离大时速度大
B．不同行星绕太阳运动，太阳处于不同椭圆轨道的焦点上
C．所有行星绕太阳运动的周期都是相等的
D．行星之所以在椭圆轨道上绕太阳运动，是由于太阳对行星的引力作用
２、关于开普勒对于行星运动规律的认识，下列说法正确的是
(　　)
A．所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆
B．所有行星绕太阳运动的轨道都是圆
C．所有行星的轨道半长轴的二次方跟公转周期的三次方的比值都相同
D．所有行星的公转周期与行星的轨道半径成正比
D
A
３、如图所示是行星m绕恒星M运动情况的示意图，下列说法正确的是（　
）
A．速度最大点是B点
B．速度最小点是C点
C．m从A到B做减速运动
D．m从B到A做减速运动
4．关于开普勒第二定律，正确的理解是
(　　
)
A．行星绕太阳运动时，一定是匀速曲线运动　
B．行星绕太阳运动时，一定是匀变速曲线运动
C．行星绕太阳运动时，在近日点处的线速度小于它在远日点处的线速度
D．行星绕太阳运动时，由于它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等，故它在近日点的线速度大于它在远日点的线速度
C
D
二、万有引力定律
1.内容：宇宙间的一切物体都是相互吸引的，两个物体间的引力大小与它们的质量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比；作用力的方向在它们的连线上
3.引力常量：G=6.67×10－11Nm2/kg2，数值上等于两个质量均为1kg的物体相距1米时它们之间的相互吸引力。
2.公式:
F=Gm1m2/r2
4、注意：
（１）引力常量Ｇ，是＿＿国的物理学家＿＿＿＿＿测出来的
（２）适用条件：可看着质点的两个物体间的相互作用；若是两个均匀的球体，ｒ应是两球心间的距离（物体间的距离比物体的尺寸要大得多时，物体才能看着质点）
英
卡
文
迪
许
（二）例题分析
例题：已知两个球的的质量分别为ｍ、Ｍ，它们球心间的距离为ｄ；若可以把两球看着质点，试求：
（１）
两球间的万有引力Ｆ＝？
（２）若两球的质量都变为原来的２倍，两球间的距离也变为原来的２倍，那么，两球间的万有引力变为原来的多少倍？
F=GMm/d2
∵F”=G(2M)(2m)/(2d)2=GMm/d2
∴F“=F
（三）课堂练习
练习１、下列关于万有引力定律的说法中正确的是
（
）
A．万有引力是普遍存在于宇宙中，所有具有质量的物体之间的一定有相互作用
B．重力就是万有引力
C．当两物体的质量和两物体间的距离都增大时，则两个物体间的万有引力一定增大
D．由万有引力定律公式可知，当两物体间的距离为零时，万有引力将为无穷大
练习２、关于万有引力常量G，下列说法中正确的是
（
）
A．在国际单位制中，G在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力的值
B．G是一个没有单位的比例常数，它的数值是人们规定的
C．在不同的星球上，G的数值不一样
D．G的数值是牛顿首先测出来的
A
A
练习３、一个物体在地球表面所受的引力为F，则该物体在距离地面高度为地球半径的2倍时，所受引力为
（　　　）
A、F/2
B、F/3
C、F/4
D、F/9
D
（四）过关检测
１、发现万有引力定律的科学家是（　　　）
A．牛顿　　　　
B．卡文迪许　　　　
C．爱因斯坦　　　　　
D．亚里斯多德
A
２、万有引力定律首次揭示了自然界中物体间一种基本相互作用的规律。
以下说法正确的是（　　）
A．物体所受重力不是地球对物体的万有引力引起的
B．人造地球卫星离地球越远，受到地球的万有引力越大
C．人造地球卫星绕地球运动的向心力由地球对它的万有引力提供
D．宇宙飞船内的宇航员处于失重状态是由于没有受到万有引力的作用
３、一个物体在地球表面所受的引力为F，则该物体在距离地面高度等于地球半径时，所受引力为
________F
C
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第六章：万有引力与航天
一、回顾
（一）知识回顾
１、万有引力定律Ｆ＝＿＿＿＿＿＿＿
２、向心力公式Ｆｎ＝＿＿＿＿＝＿＿＿＿＿
＝＿＿＿＿＝_________
３、物体做匀速圆周运动的条件：
＿＿＿＿＝＿＿＿＿＿
４、若卫星环绕地球做匀速圆周运动，则：地球对卫星的＿＿＿___，就是卫星
做圆周运动的＿＿＿力，即F万_____F向
Gm1m2/r2
mV2/r
mω2r
mr(2π/T)2
ma
F合外力
F向心力
万有引力
向心
=
结论：
（1）当卫星的轨道半径r相同时，所
有卫星的V、ω、T、a的大小都
______
（2）当卫星的轨道半径r增大时，只
有周期T是_______的，其余的物理
量都是_____的
相同
增大
减小
思考：以上公式中，谁是自变量？
例题分析
例题1、如图所示，为绕地球运动的三类卫星：第一类——运动轨道在地球赤道平面上空（例如：地球同步卫星）；第二类——绕地球南北两极运动的极地轨道卫星（例如：我国“风云”系列气象卫星）；第三类——一般轨道卫星。则：
（1）三类卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心：________________
(填：是地心或有的是地心、有的不是地心)
（2）为什么？
是地心
∵所有卫星绕地球做匀速圆周的向心力是万有引力提供的
而：地球对卫星的万有引力是指向地心
∴所有卫星必须以地心为圆心做圆周运动
课堂练习
1.
北斗导航系统又被称为“双星定位系统”，具有导航、定位等功能．“北斗”
系统中两颗工作卫星1和2均绕地心O做匀速圆周运动，轨道半径均为r，某时刻两颗工作卫星分别位于轨道上的A、B两位置，如图所示．以下判断错误的是(　
)
A．两颗卫星的线速度大小一定相等
B．两颗卫星做圆周运动的周期一定相等
C．两颗卫星的质量可能不相等
D．两颗卫星做圆周运动的向心力一定相等
D
2.
如图所示，a、b、c
是在地球大气层外圆形轨道上运动的
3
颗卫星，下列说法正确的是(
)
A．b、c
两颗卫星在同一轨道上，质量一定相等
B．b、c
两颗卫星的周期可能不相等
C．a卫星的线速度一定最大
D．a
卫星所受万有引力一定最大
C
小结：
卫星绕地球做圆周运动时，卫星的V、ω、
T、a都与卫星自身的______无关；
但卫星所受万有引力及做圆周运动的向心
力却与卫星的质量_______。
为什么？
质量
有关
提示：F万有引力=GMm/r2
F向心力=mV2/r
牛顿对人造地球卫星的设想
抛出速度越大，物体就就抛得越远。那么，抛出的物体是否可以不落回地面？
若可以，思考:
这个速度至少多大？
（二）历史回顾：
人造卫星
人造卫星
在地球上抛
出的物体，当
它的速度足够
大时，物体就
永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星。简称人造卫星。
第一宇宙速度：
V1=7.9km/s
这既是发射卫星的最小速度，又是绕地球做圆周运动的最大速度
V1=7.9km/s
思考：
1、第一宇宙速度是如何推导出来的？
2、卫星绕地球运动遵循怎样的规律？
3、如何理解第一宇宙速度，既是发射卫星的最小速度，又是环绕地球运动的最大速度？
二、宇宙速度
(1)第一宇宙速度：V=7.9km/s
(2)推导：（见例题2）
解：∵卫星绕地球做匀速圆周运动
由于卫星绕地球表面做匀速圆周运动，
所以卫星的轨道半径r____地球半径R
∴F万有引力=F向心力
=
由：GMm/R2=mV12/R
∴V1=
如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。
(3)第二宇宙速度：当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不在绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。
(4)第三宇宙速度：如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。
3.今年是我国航天事业创建60周年。经党中央和国务院批准，2016年4月24日定为我国首个“中国航天日”。在这一天，国家航天局长表示，我国将于2020年发射火星探测器。那么从地球上发射火星探测器的速度必须（
）
A、等于第一宇宙速度7.9Km/s
B、小于第二宇宙速度11.2Km/s
C、大于第二宇宙速度11.2Km/s
D、大于第三宇宙速度16.7Km/s
C
4.如图所示，卫星在近地轨道1（可以认为轨道半径=地球半径）的速度为V1；变轨至轨道2后速度变为V2。若卫星在两轨道上都做匀速圆周运动，不考虑质量变化，则（
）
A．卫星在轨道1的速度可能小于7.9Km/s
B．卫星在轨道2的速度可能大于7.9Km/s
C．卫星在轨道1的周期大于在轨道2的周期
D．卫星在轨道1所受向心力一定大于轨道2所受向心力
D
例题4、若某卫星绕一行星做匀速圆周运动，
已知卫星的轨道半径为r，运动周期为T，
万有引力常量G。试求该行星的质量M
解：∵卫星绕行星做匀速圆周运动
∴F万=F向
由：GMm/r2=m(2π/T)2r
得：M=4π2r3/GT2
结论：
这是测量天体质量的一般方法
（1）该方法只能测量________天体的质量，不能测量_________天体的质量
(2)测量时，必须已知___________
中心
环绕
r、T和G的值
思考：
1.用上述方法，如何测量地球的量？
2.测量地球质量还有什么方法？
——见例题3，作为家庭作业布置
三、同步卫星（通讯卫星）
1.特点：
地球同步卫星：是相对地面静止的跟地球自转同步的卫星。
卫星要与地球自转同步，必须满足下列条件：
(1)卫星绕地球的运行方向与地球自转方向相同，且卫星的运行周期与地球自转周期______
(2)卫星运行的圆形轨道必须与地球的赤道平面______。
(3)所有同步卫星的的轨道都是______(距地面高度为3.6万Km)。
相同
重合
相同
5.在地球上空有许多同步卫星，下列说法中正确的是（
）
A．它们的质量一定相同
B．它们的速率可能不同
C．它们的向心加速度大小可能不同
D．它们离地心的距离一定相同
D
6．火星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动，太阳的质量为M，火星的质量为m,火星运动轨道半径为r,引力常量为G。那么，火星绕太阳做圆周运动的的向心力F=
______________
已知火星运行的周期为T，试写出太阳质量M的
表达式M=
。
GMm/r2
4π2r3/GT2
六、课堂总结：
1.地球对卫星的万有引力是：卫星绕地球做圆周运动的向心力。所以:GMm/r2=mV2/r=mrω2
=mr(2π/T)2=ma
则：当r↑时，只有T↑
2.当不考虑地球自转时，在地球表面处：
F万有引力=G重力
∴GMm/R2=mg
3.第一宇宙速度V1=7.9Km/s
第二宇宙速度V2=11.2Km/s
第三宇宙速度V3=16.7Km/s