高中物理必修二 万有引力定律的应用课件22张PPT
文档属性
| 名称 | 高中物理必修二 万有引力定律的应用课件22张PPT |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 3.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-10-19 18:48:26 | ||
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文档简介
3. 万有引力定律的应用
一个成功的理论不仅要能解释已知的事实，更重要的是能预言未知的现象。
哈
雷
彗
星
牛顿断言，行星的运动规律同样适用于慧星，哈雷根据牛顿的引力理论，对1682年出现的大慧星的轨道运动进行了计算，指出了它就是1531年、1607年出现的同一颗慧星，并预言它将于1758年再次出现，后来克雷洛计算了遥远的行星对这颗卫星的影响，指出它将于1759年，1986年再次出现，这些预言都得到了证实，2062年再次光临地球，
一.预言彗星回归
思考：哈雷彗星预言成功证明了什么？
万有引力定律的正确性，万有引力定律同时适用于彗星。
１、海王星的发现
英国剑桥大学的学生，23岁的亚当斯，经过计算，提出了新行星存在的预言．他根据万有引力定律和天王星的真实轨道逆推，预言了新行星在不同时刻所在的位置．
同年，法国的勒维耶也算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家伽勒．
当晚（1846.9.23），加勒把望远镜对准勒维列预言的位置，果然发现有一颗新的行星——海王星.人们称其为“笔尖下发现的行星”。
——海王星、冥王星的发现
二.预言未知星体
理论轨道
实际轨道
海王星发现之后，人们发现它的轨道也与理论计算的不一致。于是几位学者用亚当斯和勒维耶列的方法预言另一颗行星的存在。
在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗行星——冥王星。冥王星的实际观测轨道与理论计算一致．
２、冥王星的发现
思考.
海王星和冥王星的预言成功对你有什么启示？
确定万有引力定律的地位，展示了科学理论超前的预见性
1.卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量（质量）”？请你解释一下原因。
不考虑地球自转的影响
M是地球质量，r是物体距地心的距离，
即地球半径R
重力加速度g和地球半径R在卡文迪许之前就知道了，一旦测得引力常量G，则可以算出地球质量M。
三.计算天体质量
如果把行星的运动看做是匀速圆周运动，太阳对行星的万有引力提供的向心力
设太阳的质量是ms，m是某个行星的质量，r是它们之间的距离，T是行星绕太阳公转的周期，那么行星做匀速圆周运动所需向心力为：
而行星运动的向心力是由万有引力提供的，所以
解得：
2.太阳质量的计算
可见，如果测出行星绕太阳公转周期T，它们之间的距离r，就可以算出太阳的质量．
同样，根据月球绕地球的运转周期和轨道半径，就可以算出地球的质量．
注意：
用测定环绕天体（如卫星）的轨道半径和周期的方法测量中心天体的质量，不能测定其自身的质量．
中心天体M
转动天体m
轨道半经r
明确各个物理量
天体半经R
方法一.（g、R法）
已知天体的球体半径R和球体表面重力加速度g.求天体的质量
基本思路
GM=gR2
黄金代换式
中心天体质量的计算基本方法
方法二.（T、R法）
要求一颗星体的质量，可以在它的周围找一颗行星（或卫星）,已知行星（或卫星）的周期公转周期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）
基本思路
当r≈R时（表面附近）
二、天体密度的计算
M
V
r
=
四.计算中心天体的密度
中心天体半径R，密度ρ，其卫星绕其运动周期为T
在天体运动中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星.它们靠相互吸引力提供向心力，绕两星球连线上的某一点做匀速圆周运动，两者有共同的圆心，且间距不变.
五：双星问题
m1
m2
r1
r2
L
角速度相同ω1 =ω2
向心力相同F1=F2
r1：r2
=m2：m1
V1:V2
=m2:m1
双星的特点
周期相同T1 =T2
小结：
（黄金代换式） GM=gR2
F引
F向
mg
Mm
r2
=G
v2
r
= m
=m?2r
=4?2mrf2
T2
r
=4?2m
=man
处理天体问题的基本思路
例1.一飞船在某行星表面附近沿圆形轨道绕该行星飞行，假设行星是质量分布均匀的球体.要确定该行星的密度，只需要测量( )
A.飞船的轨道半径 B.飞船的运行速度
C.飞船的运行周期 D.行星的质量
C
例题
例2. 2005年10月12日，我国利用“神舟六号”飞船将宇航员费俊龙、聂海胜送入太空，中国成为继俄、美之后第三个掌握载人航天技术的国家．设费俊龙测出自己绕地球球心做匀速圆周运动的周期为T．离地面的高度为H，地球半径为R．则根据T、H、R和万有引力恒量G，费俊龙不能计算出下面的哪一项（ ）?
A．地球的质量 B．地球的平均密度
C．飞船所需的向心力 D．飞船线速度的大小?
C
例3.已知下面的哪组数据，可以算出地球的质量M(引力常数G为已知)( )
A．月球绕地球运动的周期T1及月球到地球中心的距离R1
B．地球绕太阳运行的周期T2及地球到太阳中心的距离R2
C．人造卫星在地面附近的运行速度v3和运行周期T3
D．地球绕太阳运行的速度v4及地球到太阳中心的距离R4
AC
例4.目前我国正在进行嫦娥登月的计划，预计在2020年左右登上月球。假设宇航员在月球表面上将一物体以初速度v0水平抛出，同时测得竖直下落高度为h，水平方向运动距离为x.已知月球半径为r0,万有引力常量为G。请用上述物理量导出求月球质量的表达式.
解：对物体做平抛运动，
水平：
竖直：
再由
得
我国设计的登月车
例5.已知两双星的质量分别为M1和M2，相距L，求它们各自的环绕半径和角速度.
例6. 1969年7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗在月球上留下了人类第一只脚印，迈出了人类征服宇宙的一大步．在月球上，如果阿姆斯特朗和同伴奥尔德林用弹簧测力计测出质量为m的仪器的重力为F；而另一位宇航员科林斯驾驶指令舱，在月球表面附近飞行一周，记下时间为T.引力常数G已知，试根据以上数据求出月球的质量．
一个成功的理论不仅要能解释已知的事实，更重要的是能预言未知的现象。
哈
雷
彗
星
牛顿断言，行星的运动规律同样适用于慧星，哈雷根据牛顿的引力理论，对1682年出现的大慧星的轨道运动进行了计算，指出了它就是1531年、1607年出现的同一颗慧星，并预言它将于1758年再次出现，后来克雷洛计算了遥远的行星对这颗卫星的影响，指出它将于1759年，1986年再次出现，这些预言都得到了证实，2062年再次光临地球，
一.预言彗星回归
思考：哈雷彗星预言成功证明了什么？
万有引力定律的正确性，万有引力定律同时适用于彗星。
１、海王星的发现
英国剑桥大学的学生，23岁的亚当斯，经过计算，提出了新行星存在的预言．他根据万有引力定律和天王星的真实轨道逆推，预言了新行星在不同时刻所在的位置．
同年，法国的勒维耶也算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家伽勒．
当晚（1846.9.23），加勒把望远镜对准勒维列预言的位置，果然发现有一颗新的行星——海王星.人们称其为“笔尖下发现的行星”。
——海王星、冥王星的发现
二.预言未知星体
理论轨道
实际轨道
海王星发现之后，人们发现它的轨道也与理论计算的不一致。于是几位学者用亚当斯和勒维耶列的方法预言另一颗行星的存在。
在预言提出之后，1930年3月14日，汤博发现了这颗行星——冥王星。冥王星的实际观测轨道与理论计算一致．
２、冥王星的发现
思考.
海王星和冥王星的预言成功对你有什么启示？
确定万有引力定律的地位，展示了科学理论超前的预见性
1.卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量（质量）”？请你解释一下原因。
不考虑地球自转的影响
M是地球质量，r是物体距地心的距离，
即地球半径R
重力加速度g和地球半径R在卡文迪许之前就知道了，一旦测得引力常量G，则可以算出地球质量M。
三.计算天体质量
如果把行星的运动看做是匀速圆周运动，太阳对行星的万有引力提供的向心力
设太阳的质量是ms，m是某个行星的质量，r是它们之间的距离，T是行星绕太阳公转的周期，那么行星做匀速圆周运动所需向心力为：
而行星运动的向心力是由万有引力提供的，所以
解得：
2.太阳质量的计算
可见，如果测出行星绕太阳公转周期T，它们之间的距离r，就可以算出太阳的质量．
同样，根据月球绕地球的运转周期和轨道半径，就可以算出地球的质量．
注意：
用测定环绕天体（如卫星）的轨道半径和周期的方法测量中心天体的质量，不能测定其自身的质量．
中心天体M
转动天体m
轨道半经r
明确各个物理量
天体半经R
方法一.（g、R法）
已知天体的球体半径R和球体表面重力加速度g.求天体的质量
基本思路
GM=gR2
黄金代换式
中心天体质量的计算基本方法
方法二.（T、R法）
要求一颗星体的质量，可以在它的周围找一颗行星（或卫星）,已知行星（或卫星）的周期公转周期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）
基本思路
当r≈R时（表面附近）
二、天体密度的计算
M
V
r
=
四.计算中心天体的密度
中心天体半径R，密度ρ，其卫星绕其运动周期为T
在天体运动中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星.它们靠相互吸引力提供向心力，绕两星球连线上的某一点做匀速圆周运动，两者有共同的圆心，且间距不变.
五：双星问题
m1
m2
r1
r2
L
角速度相同ω1 =ω2
向心力相同F1=F2
r1：r2
=m2：m1
V1:V2
=m2:m1
双星的特点
周期相同T1 =T2
小结：
（黄金代换式） GM=gR2
F引
F向
mg
Mm
r2
=G
v2
r
= m
=m?2r
=4?2mrf2
T2
r
=4?2m
=man
处理天体问题的基本思路
例1.一飞船在某行星表面附近沿圆形轨道绕该行星飞行，假设行星是质量分布均匀的球体.要确定该行星的密度，只需要测量( )
A.飞船的轨道半径 B.飞船的运行速度
C.飞船的运行周期 D.行星的质量
C
例题
例2. 2005年10月12日，我国利用“神舟六号”飞船将宇航员费俊龙、聂海胜送入太空，中国成为继俄、美之后第三个掌握载人航天技术的国家．设费俊龙测出自己绕地球球心做匀速圆周运动的周期为T．离地面的高度为H，地球半径为R．则根据T、H、R和万有引力恒量G，费俊龙不能计算出下面的哪一项（ ）?
A．地球的质量 B．地球的平均密度
C．飞船所需的向心力 D．飞船线速度的大小?
C
例3.已知下面的哪组数据，可以算出地球的质量M(引力常数G为已知)( )
A．月球绕地球运动的周期T1及月球到地球中心的距离R1
B．地球绕太阳运行的周期T2及地球到太阳中心的距离R2
C．人造卫星在地面附近的运行速度v3和运行周期T3
D．地球绕太阳运行的速度v4及地球到太阳中心的距离R4
AC
例4.目前我国正在进行嫦娥登月的计划，预计在2020年左右登上月球。假设宇航员在月球表面上将一物体以初速度v0水平抛出，同时测得竖直下落高度为h，水平方向运动距离为x.已知月球半径为r0,万有引力常量为G。请用上述物理量导出求月球质量的表达式.
解：对物体做平抛运动，
水平：
竖直：
再由
得
我国设计的登月车
例5.已知两双星的质量分别为M1和M2，相距L，求它们各自的环绕半径和角速度.
例6. 1969年7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗在月球上留下了人类第一只脚印，迈出了人类征服宇宙的一大步．在月球上，如果阿姆斯特朗和同伴奥尔德林用弹簧测力计测出质量为m的仪器的重力为F；而另一位宇航员科林斯驾驶指令舱，在月球表面附近飞行一周，记下时间为T.引力常数G已知，试根据以上数据求出月球的质量．