2020版物理新教材新素養(yǎng)學案人教必修第二冊課件：第七章　3　萬有引力理論的成就

1、-1- 3萬有引力理論的成就 課前篇自主預習 必備知識自我檢測 一、“稱量”地球的質(zhì)量 2.結(jié)論:只要測出引力常量G的值,利用g、R的值就可以計算地球 的質(zhì)量,因此卡文迪什把自己的實驗說成是“稱量地球的重量”。 課前篇自主預習 必備知識自我檢測 二、計算天體的質(zhì)量 1.計算太陽質(zhì)量 設太陽的質(zhì)量為m太,某個行星的質(zhì)量是m,行星與太陽之間的距 離是r,行星的公轉(zhuǎn)周期是T,已知引力常量G。根據(jù)行星做圓周 2.計算行星質(zhì)量:若已知衛(wèi)星繞行星運動的周期T和衛(wèi)星與行星之 間的距離r,根據(jù)萬有引力提供向心力得行星的質(zhì)量m行 課前篇自主預習 必備知識自我檢測 三、發(fā)現(xiàn)未知天體 1.海王星的發(fā)現(xiàn):英國劍橋大學

2、的學生亞當斯和法國年輕的天文 學家勒維耶根據(jù)天王星的觀測資料,利用萬有引力定律計算出天王 星外“新”行星的軌道。1846年9月23日晚,德國的伽勒在勒維耶預 言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星海王星,人們稱其為“筆尖下發(fā) 現(xiàn)的行星”。 2.其他天體的發(fā)現(xiàn):發(fā)現(xiàn)海王星過程中所用的“計算、預測和觀察” 的方法指導人們尋找新的天體。近100年來,人們在海王星的軌道 之外又發(fā)現(xiàn)了冥王星、鬩神星等幾個較大的天體。 課前篇自主預習 必備知識自我檢測 四、預言哈雷彗星的回歸 1.英國天文學家哈雷從1337年到1698年的彗星記錄中挑選了24顆 彗星,依據(jù)萬有引力定律,用一年的時間計算了它們的軌道。發(fā)現(xiàn) 1531年、

3、1607年和1682年出現(xiàn)的這三顆彗星軌道看起來如出一轍。 他大膽預言,這三次出現(xiàn)的彗星是同一顆星,周期約為76年,并預言它 將于1758年底或1759年初再次回歸。1759年3月這顆彗星如期通過 了近日點。 2.海王星的發(fā)現(xiàn)和哈雷彗星的“按時回歸”確立了萬有引力定律的 地位,也成為科學史上的美談。 五、解釋自然現(xiàn)象 1.牛頓用月球和太陽的萬有引力解釋了潮汐現(xiàn)象。 2.用萬有引力定律等推測地球呈赤道處略為隆起的扁平形狀。 3.分析了地球表面重力加速度微小差異的原因,以及指導重力探礦。 課前篇自主預習 必備知識自我檢測 1.正誤辨析 (1)已知地球繞太陽運動的周期和地球到太陽的距離可以計算地 球

4、的質(zhì)量。 () 解析:已知地球繞太陽運動的周期和地球到太陽的距離可以計算 太陽的質(zhì)量。 答案: (2)天王星是依據(jù)萬有引力定律計算的軌道而發(fā)現(xiàn)的。 () 解析:人們依據(jù)萬有引力定律計算的軌道發(fā)現(xiàn)的是海王星而不是 天王星。 答案: (3)海王星的發(fā)現(xiàn)確立了萬有引力定律的地位。 () 答案: (4)牛頓根據(jù)萬有引力定律計算出了海王星的軌道。() 解析:計算出海王星軌道的是亞當斯和勒維耶。 答案: 課前篇自主預習 必備知識自我檢測 2.(多選)已知引力常量G,利用下列數(shù)據(jù),可以計算出地球質(zhì)量的 是() A.已知地球的半徑R和地面的重力加速度g B.已知地球繞太陽做勻速圓周運動的半徑r和周期T C.已

5、知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的半徑r和線速度v D.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的線速度v和周期T 課前篇自主預習 必備知識自我檢測 答案:ACD 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 天體的質(zhì)量和密度的計算天體的質(zhì)量和密度的計算 情景導引 觀察下面兩幅圖片,請思考:(1)如果知道自己的重力,你能否求出 地球的質(zhì)量?(2)如何能測得太陽的質(zhì)量呢? 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 知識歸納 1.天體質(zhì)量的計算 (1)“自力更生法”:若已知天體(如地球)的半徑R和表面的重力加 速度g,根據(jù)物體的重力近似等于天體對物體的引力,得 (2)“借助外援法”:借助繞中心天體(如地球)做圓周運動的行星或

6、衛(wèi)星的運動周期T和軌道半徑r計算中心天體的質(zhì)量,依據(jù)是萬有引 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 2.天體密度的計算 畫龍點睛 利用萬有引力提供向心力的方法只能求出中心天體的 質(zhì)量而不能求出做圓周運動的衛(wèi)星或行星的質(zhì)量。 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 實例引導 例1(多選)要計算地球的質(zhì)量,除已知的一些常數(shù)外還需知道某些 數(shù)據(jù),現(xiàn)給出下列各組數(shù)據(jù),可以計算出地球質(zhì)量的有() A.已知地球半徑R B.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的軌道半徑r和線速度v C.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的線速度v和周期T D.已知地球公轉(zhuǎn)的周期T及運轉(zhuǎn)半徑r 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 答案:A

7、BC 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 規(guī)律方法 求解天體質(zhì)量的注意事項 (2)注意R、r的區(qū)分。R指中心天體的球體半徑,r指行星或衛(wèi)星的 軌道半徑。若行星或衛(wèi)星繞近中心天體表面運行,則有R=r。 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 變式訓練1嫦娥一號是我國首次發(fā)射的探月衛(wèi)星,它在距月球表 面高度為200 km的圓形軌道上運行,運行周期為127 min。已知引 力常量G=6.6710-11 Nm2/kg2,月球半徑約為1.74103 km。利用 以上數(shù)據(jù)估算月球的質(zhì)量約為() A.8.11010 kgB.7.41013 kg C.5.41019 kgD.7.41022 kg 答案:D 課

8、堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 天體運動的分析與計算天體運動的分析與計算 情景導引 2018年7月27日,火星、地球和太陽處于三點一線,上演“火星沖日” 的天象奇觀?；鹦桥c地球之間的距離只有5 770萬千米,為人類研 究火星提供了很好時機。“火星沖日”的虛擬圖如圖所示,請思考: (1)該時刻火星和地球誰的速度大呢? (2)再經(jīng)過一年時間,火星是否又回到了原位置? 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 知識歸納 1.一個模型 一般行星或衛(wèi)星的運動可看作勻速圓周運動。 2.兩條思路 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 3.四個重要結(jié)論 設質(zhì)量為m的行星或

9、衛(wèi)星繞另一質(zhì)量為m天的中心天體做半徑為 r的勻速圓周運動。 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 實例引導 例2如圖所示,在火星與木星軌道之間有一小行星帶。假設該帶 中的小行星只受到太陽的引力,并繞太陽做勻速圓周運動。下列說 法正確的是() A.太陽對各小行星的引力相同 B.各小行星繞太陽運動的周期均小于一年 C.小行星帶內(nèi)側(cè)小行星的向心加速度值大于外側(cè)小行星的向心 加速度值 D.小行星帶內(nèi)各小行星圓周運動的線速度值大于地球公轉(zhuǎn)的線 速度值 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 答案:C 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 規(guī)律方法 天體運動問題解決技巧 (1)比較圍繞同一個中心天體做勻速圓

10、周運動的行星或衛(wèi)星的v、 、T、an等物理量的大小時,可考慮口訣“越遠越慢”(v、T)、 “越遠越小”(an)。 (2)若已知量或待求量中涉及重力加速度g,則應考慮黃金代換 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 變式訓練2如圖所示,甲、乙兩顆衛(wèi)星以相同的軌道半徑分別繞 質(zhì)量為m和2m的行星做勻速圓周運動,下列說法正確的是() A.甲的向心加速度的大小比乙的小 B.甲的運行周期比乙的小 C.甲的角速度比乙的大 D.甲的線速度比乙的大 答案:A 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 1.(2019全國卷,15)金星、地球和火星繞太陽的公轉(zhuǎn)均可視為勻 速圓周運動,它們的向心加速度大小分別為a金、a地、a火,它們沿軌 道運行的速率分別為v金、v地、v火。已知它們的軌道半徑R金R地 a地a火B(yǎng).a火a地a金 C.v地v火v金D.v火v地v金 答案:A 課堂篇探究學習 探究一探究二隨堂檢測 2.有一星球的密度與地球的密度相同,但它表面處的重力加速度是 地球表面處的重力加速度的4倍,則該星球的質(zhì)量是地球質(zhì)量的( ) 答案: