2020高中物理第六章万有引力与航天第4节万有引力理论的成就课件 人教版必修2 36页

第六章 万有引力与航天 第四节　万有引力理论的成就 素养目标定位 ※ 了解万有引力定律在天文学上的重要应用 ※ 会用万有引力定律计算天体的质量 ※ 掌握运用万有引力定律研究天体问题的思路、方法 素养思维脉络 课前预习反馈 1 ．原理 若不考虑地球自转的影响，地面上质量为 m 的物体所受的重力近似等于地球对物体的 ________ 。 2 ． 关系式 mg ＝ __ _ __ __ 3 ． 结果 地球的质量为： M ＝ __ __ __ ＝ 5.96×10 24 kg 知识点 1 计算地球的质量　 引力 　 知识点 2 计算天体的质量 万有引力　 2 ．其他行星的质量计算 利用绕行星运转的卫星，若测出该卫星与行星间的 ________ 和转动 ________ ，同样可得出行星的质量。 距离　 周期　 1 ．海王星的发现 英国剑桥大学的学生 __________ 和法国年轻的天文学家 __________ 根据天王星的观测资料，利用万有引力定律计算出天王星外 “ 新 ” 行星的轨道。 1846 年 9 月 23 日，德国的 ________ 在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星 —— 海王星。 2 ． 其他天体的发现 近 100 年来，人们在海王星的轨道之外又发现了 __________ 、阋神星等几个较大的天体。 知识点 3 发现未知天体 亚当斯　 勒维耶　 伽勒　 冥王星　 『 判一判 』 (1) 天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的。 ( 　　 ) (2) 海王星的发现确立了万有引力定律的地位。 ( 　　 ) (3) 牛顿根据万有引力定律计算出了海王星的轨道。 ( 　　 ) (4) 地球表面的物体的重力必然等于地球对它的万有引力。 ( 　　 ) (5) 若只知道某行星绕太阳做圆周运动的半径，则可以求出太阳的质量。 ( 　　 ) (6) 若知道某行星绕太阳做圆周运动的线速度和角速度，则可以求出太阳的质量。 ( 　　 ) 辨析思考 × 　 √　 × 　 × 　 × 　 √　 『 选一选 』 ( 多选 )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 万公里，为人类研究火星提供了最佳时机。如图所示为美国宇航局最新公布的 “ 火星冲日 ” 的虚拟图，则有 ( 　 　 ) A ． 2003 年 8 月 29 日，火星的线速度大于地球的线速度 B ． 2003 年 8 月 29 日，火星的线速度小于地球的线速度 C ． 2004 年 8 月 29 日，火星又回到了该位置 D ． 2004 年 8 月 29 日，火星还没有回到该位置 BD 　 课内互动探究 探究一　天体质量和密度的计算 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？ 1 求天体质量和密度的几种方法 特别提醒： (1) 利用万有引力提供向心力的方法只能求解中心天体的质量，而不能求出做圆周运动的行星或卫星的质量。 (2) 要注意 R 、 r 的区分。 R 指中心天体的半径， r 指行星或卫星的轨道半径。 　　　 　 为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量 M 。已知地球半径 R ＝ 6.4×10 6 m ，地球质量 m ＝ 6×10 24 kg ，日地中心的距离 r ＝ 1.5×10 11 m ，地球表面处的重力加速度 g ＝ 10 m/s 2, 1 年约为 3.2×10 7 s ，试估算目前太阳的质量 M ( 保留两位有效数字，引力常量未知 ) 解题指导： 求天体质量的方法主要有两大类，一类是利用此天体的一个卫星 ( 或行星 ) 绕它做匀速圆周运动的有关规律来求，另一类是利用天体表面处的重力加速度来求，这两类方法本质上都是对万有引力定律的应用。 典例 1 答案： 2.0×10 30 kg 〔 对点训练 1〕 　 (2019 · 山东省潍坊七中高一下学期段考 ) “ 嫦娥四号 ” 探测器由轨道器、返回器、着陆器等多个部分组成，在 2018 年 12 月由 “ 长征五号 ” 运载火箭在中国文昌卫星发射中心发射升空，自动完成月面样品采集，并从月球起飞，返回地球，带回约 2 kg 月球样品。某同学从网上得到一些信息，如表中数据所示，请根据题意，判断地球和月球的密度之比为 ( 　　 ) B 　 探究二　应用万有引力定律分析计算天体运动的问题　 已知地球、火星都绕太阳转动，火星的公转半径是地球的 1.5 倍。根据以上材料： 2 (1) 地球和火星，谁绕太阳转一圈时间长？公转周期之比是多少？ (2) 地球和火星，谁绕太阳运动的速度大？运动速度之比是多少？ 特别提醒： 应用万有引力定律求解时还要注意挖掘题目中的隐含条件，如地球公转一周时间是 365 天，自转一周是 24 小时，其表面的重力加速度约为 9.8 m/s 2 等。 　　　 　 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 解题指导： 根据太阳对行星的万有引力提供行星运动的向心力求解。 C 　 典例 2 〔 对点训练 2〕 　 (2019 · 山东潍坊市高一下学期期中 ) 如图为各行星绕太阳运动的轨道示意图，设图中各行星只受到太阳引力作用，绕太阳做匀速圆周运动。下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．水星公转的周期最小 B ．地球公转的线速度最大 C ．火星公转的向心加速度最小 D ．天王星公转的角速度最大 A 　 核心素养提升 1 ．建模背景 假设地球自转的角速度增大，当达到某一临界值时，赤道上的物体首先 “ 飘 ” 起来，地球将存在瓦解的危险。 地球不因自转而瓦解的最小密度 　　　　 假设地球可视为质量均匀分布的球体，已知地球表面重力加速度在两极的大小为 g 0 ，在赤道的大小为 g ；地球自转的周期为 T ，引力常量为 G 。求： (1) 地球的密度； (2) 地球自转的角速度增大到原来的多少倍，地球将会瓦解。 案 例