第3章 第3节 预言未知星体 计算天体质量（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第二册（教科版2019）

第3节　预言未知星体　计算天体质量 核心素养导学 物理观念 (1)理解“称量”地球质量的基本思路。 (2)理解计算太阳质量的基本思路。 科学思维 (1)理解万有引力定律在天文学上的重要应用——发现未知天体、预言哈雷彗星的回归。 (2)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。 科学态度与责任 认识万有引力定律的科学成就，体会科学的迷人魅力，有探索太空、了解太空的兴趣。 一、预言彗星回归 1．牛顿断言，行星的运动规律同样适用于 。 2．哈雷根据牛顿的引力理论计算了哈雷彗星的轨道，预言了彗星的回归时间。 3．克雷洛证实了 的预言。 二、预言未知星体 英国剑桥大学的学生 和法国年轻的天文爱好者 ，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。 彗星 哈雷 亚当斯 勒维耶 伽勒 三、计算天体质量 1．测量地球的质量 (1)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mg等于地球对物体的 ，即mg＝ 。 (2)地球的质量：M＝ 。 卡文迪许测出引力常量G，也就意味着称出了地球的质量。　　 万有引力 向心力 1. 如图是我们测量物体质量的常用工具，地球这么大，我们如何“称量”地球的质量呢？卡文迪许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”。他“称量”的依据是什么？ 2. 2020年10月14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。火星与地球之间的距离只有 6 206万千米，为人类研究火星提供了很好的时机。“火 星冲日”的虚拟图如图所示，请思考： (1)该时刻火星和地球谁的速度大呢？ (2)再经过一年时间，火星是否又回到了原位置？ 提示：(1)地球的速度大。 (2)火星还没有回到原位置。 [典例体验] [典例]　半径为R的某天体的一颗卫星距该天体表面的高度为h，测得卫星在该高度做圆周运动的周期为T，已知引力常量为G，求该天体的质量和密度。 [拓展]　在[典例]中，假设在该天体上发射一颗贴近该天体的表面做匀速圆周运动的卫星，它的周期为T0 。求该天体的质量和密度。 /易错警示/ 计算天体质量和密度时应注意以下两点 (1)根据行星的轨道半径r和运行周期T，求出的是中心天体的质量，而不是行星(或卫星)的质量。 (2)混淆或乱用天体半径与轨道半径，为了正确并清楚地运用，应一开始就养成良好的习惯，比如通常情况下天体半径用R表示，轨道半径用r表示，这样就可以避免代错数据；只有卫星在天体表面做匀速圆周运动时，如近地卫星，轨道半径r才可以认为等于天体半径R。　　 [针对训练] 1．已知引力常量G、月球中心到地球中心的距离R和月球绕地球运行的周期T，仅利用这三个数据，可以估算出的物理量有 (　　) A．月球的质量　　　　　　 B．地球的质量 C．地球的半径 D．地球的密度 2．(2022·广东江门高一月考)取引力常量G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，重力加速度g取10 m/s2，地球半径R＝6.4×106 m，则可知地球质量的数量级是 (　　) A．1018 kg B．1020 kg C．1022 kg D．1024 kg 3．我国500 m口径射电望远镜(天眼)发现毫秒脉冲星“J0318＋0253”，其自转周期T＝5.19 ms。假设该星体为质量均匀分布的球体，已知引力常量为6.67×10－11 N·m2/kg2。以周期T稳定自转的该星体的密度最小值约为 (　　) A．5×109 kg/m3 B．5×1012 kg/m3 C．5×1015 kg/m3 D．5×1018 kg/m3 新知学习(二)|天体运动的分析与计算 [典例体验] [典例]　金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径R金<R地<R火，由此可以判定 (　　) A．a金>a地>a火　　　　 B．a火>a地>a金 C．v地>v火>v金 D．v火>v地>v金 [系统归纳] 1．解决天体运动问题的基本思路 一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动，所需要的向心力都由中心天体对它的万有引力提供。 2．四个重要结论 续表 [针对训练] 1．(2022·广东高考)“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季。假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为