《萬(wàn)有引力理論的成就》萬(wàn)有引力與宇宙航行PPT優(yōu)秀課件
第一部分內(nèi)容：學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用.
2.了解“稱量”地球質(zhì)量、計(jì)算太陽(yáng)質(zhì)量的基本思路，會(huì)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量.
3.理解運(yùn)用萬(wàn)有引力定律處理天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的思路和方法.
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萬(wàn)有引力理論的成就PPT，第二部分內(nèi)容：01梳理教材 夯實(shí)基礎(chǔ)
一、“稱量”地球的質(zhì)量
1.思路：地球表面的物體，若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，物體的重力等于______________ .
2.關(guān)系式：mg＝_______.
3.結(jié)果：m地＝_______，只要知道g、R、G的值，就可計(jì)算出地球的質(zhì)量.
4.推廣：若知道其他某星球表面的重力加速度和星球半徑，可計(jì)算出該星球的質(zhì)量.
二、計(jì)算天體的質(zhì)量
1.思路：質(zhì)量為m的行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，________________________充當(dāng)向心力.
2.關(guān)系式：Gmm太r2＝m4π2T2r.
3.結(jié)論：m太＝______，只要再知道引力常量G，行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期T和軌道半徑r就可以計(jì)算出太陽(yáng)的質(zhì)量.
4.推廣：若已知引力常量G，衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的周期和衛(wèi)星與行星之間的距離，可計(jì)算出行星的質(zhì)量.
三、發(fā)現(xiàn)未知天體
1.海王星的發(fā)現(xiàn)：英國(guó)劍橋大學(xué)的學(xué)生_________和法國(guó)年輕的天文學(xué)家_________根據(jù)天王星的觀測(cè)資料，利用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出天王星外“新”行星的軌道.1846年9月23日，德國(guó)的_________在勒維耶預(yù)言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星——海王星.
2.其他天體的發(fā)現(xiàn)：海王星之外殘存著太陽(yáng)系形成初期遺留的物質(zhì).近100年來(lái)，人們?cè)诤Ｍ跣堑能壍乐庥职l(fā)現(xiàn)了_________、鬩神星等幾個(gè)較大的天體.
四、預(yù)言哈雷彗星回歸
英國(guó)天文學(xué)家哈雷計(jì)算了1531年、1607年和1682年出現(xiàn)的三顆彗星的軌道，他大膽預(yù)言這三顆彗星是同一顆星，周期約為_(kāi)___，并預(yù)言了這顆彗星再次回歸的時(shí)間.1759年3月這顆彗星如期通過(guò)了____點(diǎn)，它最近一次回歸是1986年，它的下次回歸將在____年左右.
即學(xué)即用
1.判斷下列說(shuō)法的正誤.
(1)地球表面的物體的重力必然等于地球?qū)λ娜f(wàn)有引力.( )
(2)若知道某行星的自轉(zhuǎn)周期和行星繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑，則可以求出太陽(yáng)的質(zhì)量.( )
(3)已知地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的周期和軌道半徑，可以求出地球的質(zhì)量.( )
(4)海王星的發(fā)現(xiàn)表明了萬(wàn)有引力理論在太陽(yáng)系內(nèi)的正確性.( )
(5)海王星的發(fā)現(xiàn)和彗星的“按時(shí)回歸”確立了萬(wàn)有引力定律的地位.( )
2.已知引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，地球表面的重力加速度g＝9.8 m/s2，地球半徑R＝6.4×106 m，則可知地球的質(zhì)量約為_(kāi)_________.(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)
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萬(wàn)有引力理論的成就PPT，第三部分內(nèi)容：02探究重點(diǎn) 提升素養(yǎng)
一、天體質(zhì)量和密度的計(jì)算
導(dǎo)學(xué)探究
1.卡文迪什在實(shí)驗(yàn)室測(cè)出了引力常量G的值，他稱自己是“可以稱量地球質(zhì)量的人”.
(1)他“稱量”的依據(jù)是什么？
答案 若忽略地球自轉(zhuǎn)的影響，在地球表面上物體受到的重力等于地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力；
(2)若已知地球表面重力加速度g，地球半徑R，引力常量G，求地球的質(zhì)量和密度.
2.如果知道地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)周期T和它與太陽(yáng)的距離r，能求出太陽(yáng)的質(zhì)量嗎？若要求太陽(yáng)的密度，還需要哪些量？
知識(shí)深化
天體質(zhì)量和密度的計(jì)算方法
例1 (2019·濰坊一中期末)假設(shè)在半徑為R的某天體上發(fā)射一顆該天體的衛(wèi)星，已知引力常量為G，忽略該天體自轉(zhuǎn).
(1)若衛(wèi)星距該天體表面的高度為h，測(cè)得衛(wèi)星在該處做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T1，則該天體的密度是多少？
(2)若衛(wèi)星貼近該天體的表面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T2，則該天體的密度是多少？
例2 (2019·臨夏中學(xué)期末)若有一星球密度與地球密度相同，它表面的重力加速度是地球表面重力加速度的3倍，則該星球質(zhì)量是地球質(zhì)量的
A.27倍 B.3倍 C.0.5倍 D.9倍
二、天體運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算
1.一般行星(或衛(wèi)星)的運(yùn)動(dòng)可看做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所需向心力由中心天體對(duì)它的萬(wàn)有引力提供.
2.忽略自轉(zhuǎn)時(shí)，mg＝GMmR2，整理可得：GM＝gR2.在引力常量G和中心天體質(zhì)量M未知時(shí)，可用gR2替換GM，GM＝gR2被稱為“黃金代換式”.
3.天體運(yùn)動(dòng)的物理量與軌道半徑的關(guān)系
(1)由GMmr2＝mv2r得v＝GMr.
(2)由GMmr2＝mω2r得ω＝GMr3.
(3)由GMmr2＝m2πT2r得T＝2πr3GM.
(4)由GMmr2＝man得an＝GMr2.
由以上關(guān)系式可知：①衛(wèi)星的軌道半徑r確定后，其相對(duì)應(yīng)的線速度大小、角速度、周期和向心加速度大小是唯一的，與衛(wèi)星的質(zhì)量無(wú)關(guān)，即同一軌道上的不同衛(wèi)星具有相同的周期、線速度大小、角速度和向心加速度大小.
②衛(wèi)星的軌道半徑r越大，v、ω、an越小，T越大，即越遠(yuǎn)越慢.
例３ 在軌衛(wèi)星碰撞產(chǎn)生的大量碎片會(huì)影響太空環(huán)境.假定有甲、乙兩塊碎片繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道都是圓，甲的運(yùn)行速率比乙的大，則下列說(shuō)法中正確的是
A.甲的運(yùn)行周期一定比乙的長(zhǎng)
B.甲距地面的高度一定比乙的高
C.甲的向心力一定比乙的小
D.甲的向心加速度一定比乙的大
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萬(wàn)有引力理論的成就PPT，第四部分內(nèi)容：03隨堂演練 逐點(diǎn)落實(shí)
1.(天體質(zhì)量的計(jì)算)(多選)(2019·西安高級(jí)中學(xué)期中)已知下列哪組數(shù)據(jù)，可以算出地球的質(zhì)量M(引力常量G已知)
A.月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期T1及月球到地球中心的距離R1
B.地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的周期T2及地球到太陽(yáng)中心的距離R2
C.人造地球衛(wèi)星在地面附近的運(yùn)行速度v3和運(yùn)行周期T3
D.地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的速度v4及地球到太陽(yáng)中心的距離R4
2.(衛(wèi)星各運(yùn)動(dòng)參量與軌道半徑的關(guān)系)(2019·安陽(yáng)市二十六中期末)我國(guó)高分系列衛(wèi)星的高分辨對(duì)地觀察能力不斷提高.2018年5月9日發(fā)射的“高分五號(hào)”軌道高度約為705 km，之前已運(yùn)行的“高分四號(hào)”軌道高度約為36 000 km，它們都繞地球做圓周運(yùn)動(dòng).與“高分四號(hào)”相比，下列物理量中“高分五號(hào)”較小的是
A.周期 B.角速度
C.線速度 D.向心加速度
3.(天體密度的計(jì)算)地球表面的重力加速度為g，地球半徑為R，引力常量為G，可估算地球的平均密度為
4.(天體質(zhì)量和密度的計(jì)算)一飛船在某行星表面附近沿圓軌道繞該行星運(yùn)行，若認(rèn)為行星是密度均勻的球體，引力常量已知，那么要確定該行星的密度，只需要測(cè)量
A.飛船的軌道半徑 B.飛船的運(yùn)行速度
C.飛船的運(yùn)行周期 D.行星的質(zhì)量
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