第7章 3 万有引力理论的成就-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习课件PPT（人教版）

3　万有引力理论的成就 物理 [定位·学习目标] 1.理解“称量地球质量”的基本思路,了解万有引力定律在天文学上的重要应用。 2.理解计算太阳质量的基本思路,能将天体问题中的对象和过程转换成相关模型后进行求解。 3.认识万有引力定律的科学成就,体会科学的迷人魅力,进一步认识运动与相互作用观念。 物理 探究·必备知识 突破·关键能力 检测·学习效果 物理 探究·必备知识 知识点一　“称量”地球的质量 探究新知 1.理论:地球表面的物体,若不考虑地球自转的影响,物体所受的重力等于 。 地球对物体的引力 3.推广:若知道某星球表面的 和星球 ,可计算出该星球的质量。 重力加速度 半径 物理 知识点二　计算天体的质量 探究新知 1.原理:质量为m的行星绕太阳做匀速圆周运动时, .充当向心力。 行星与太阳间的万有引力 3.推广:若已知引力常量G、卫星绕行星运动的周期和卫星与行星之间的距离,可计算出行星的质量。 物理 想想议议 月球是地球的唯一一颗天然卫星,月球已经伴随地球超过46亿年,根据月球的公转周期和轨道半径,我们能否推导出月球的质量,能否推导出地球的 质量? 物理 知识点三　发现未知天体及预言哈雷彗星回归 探究新知 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,各自独立地利用万有引力定律计算出这颗“新”行星的轨道。1846年 9月23日晚,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。 亚当斯 勒维耶 伽勒 冥王星 物理 3.预言哈雷彗星回归 英国天文学家哈雷依据 ,计算了三颗彗星的轨道,并大胆预言这三次出现的彗星是同一颗星,周期约为 年。 万有引力定律 76 物理 突破·关键能力 要点一　天体质量和密度的计算 情境探究 卡文迪什在实验室测出了引力常量G的值,他称自己是“可以称量地球质量的人”。 探究:(1)他“称量”的依据是什么? 答案:(1)若忽略地球自转的影响,在地球表面上物体受到的重力等于地球对物体的万有引力。 (2)若已知地球表面重力加速度g,地球半径R,引力常量G,求地球的质量和 密度。 物理 要点归纳 ②说明:g为天体表面重力加速度。 未知星球表面重力加速度通常这样给出:让小球做自由落体、平抛、上抛等运动,从而计算出该星球表面重力加速度。 物理 ②说明:这种方法只能求中心天体质量,不能求环绕星体质量,其中T为公转周期,r为轨道半径。 物理 物理 典例研习 [例1] 我国月球探测计划“嫦娥工程”将分三个阶段实施,大约用十年的时间完成,这极大地提高了同学们对月球的关注程度。以下是某同学就有关月球的知识设计的两个问题。 (1)若已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,月球绕地球运动的周期为T,且把月球绕地球的运动近似看作匀速圆周运动。试求出月球绕地球运动的轨道半径。 (2)若某位宇航员随登月飞船登陆月球后,在月球表面某处以速度v0竖直向上抛出一个小球,经过时间t,小球落回到抛出点。已知月球半径为R′,引力常量为G。试求出月球的质量M′。 物理 [解题素养] 月球绕地球运动时,万有引力提供向心力。求月球的质量时,应先根据竖直上抛运动的规律,求得月球表面的重力加速度,再根据物体在月球表面时受到的万有引力和受到的重力相等求出月球的质量。 物理 物理 规律方法 天体质量的两种常见求解方法 物理 [即时训练1] 假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星,已知引力常量为G,忽略该天体自转。 (1)若卫星距该天体表面的高度为h,测得卫星在该处做圆周运动的周期为T1,则该天体的密度是多少? 物理 [即时训练1] 假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星,已知引力常量为G,忽略该天体自转。 (2)若卫星贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T2,则该天体的密度是多少? 物理 要点二　应用万有引力定律分析计算天体运动的问题 情境探究 2018年7月27日,火星、地球和太阳处于一条直线,上演“火星冲日”的天象奇观。火星与地球之间的距离只有5 770万千米,为人类研究火星提供了很好时机。 探究:(1)该时刻火星和地球谁的速度大? (2)再经过一年时间,火星是否又回到了原位置? 答案:(2)再经过一年,地球回到原来位置,由于火星的周期大于地球的周期,则再经 过一年,火星还没有回到原位置。 物理 要点归纳 物理 物理 由以上关系式可知: ①卫星的轨道半径r确定后,其相对应的线速度大小、角速度、