高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就背景图课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 万有引力理论的成就背景图课件ppt，共57页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，模型方法·素养提升，素养•目标定位等内容，欢迎下载使用。
1.通过计算天体的质量和发现未知天体,体会万有引力定律在天文学上的重要性。2.掌握计算天体质量和密度的方法。3.通过计算天体的质量和密度,体会解决天体运动问题的基本思路,掌握解决问题的科学思维和方法。
一、“称量”地球的质量
微思考 正是由于卡文迪什测定了引力常量G,才使得万有引力定律在天文学的发展上起了重要的作用。此实验不仅证明了万有引力的存在,更使得万有引力定律有了真正的实用价值。例如,可以通过测定地球表面物体的重力加速度测定地球的质量,也正是由于这一应用,使卡文迪什被人们称为“能称出地球质量的人”。若重力加速度g取9.8 m/s2,则还需要知道哪些物理量就能运用所学知识得出地球的质量?
二、计算天体的质量1.太阳质量的计算。
2.其他行星质量的计算。
微判断1 1.地球表面的物体的重力一定等于地球对它的万有引力。(　　)2.若知道某行星的自转周期和行星绕太阳做圆周运动的轨道半径,则可以求出太阳的质量。(　　)3.已知地球绕太阳转动的周期和轨道半径,可以求出地球的质量。(　　)4.牛顿发现万有引力定律,同时测出地球的质量。(　　)
三、发现未知天体1.海王星的发现英国剑桥大学的学生　亚当斯　和法国年轻的天文学家　勒维耶　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天王星外“新”行星的轨道。 1846年9月23日,德国的　伽勒　在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星,人们称其为“笔尖下发现的行星”。 
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　冥王星　、阋神星等几个较大的天体。 
四、预言哈雷彗星的回归英国天文学家　哈雷　从1337年到1698年的彗星记录中挑选了24颗彗星,依据　万有引力定律　,用一年的时间计算了它们的轨道。发现1531年、1607年和1682年出现的这三颗彗星轨道看起来如出一辙,他大胆预言,这三次出现的彗星是同一颗星,周期约为76年,并预言它将于1758年底或1759年初再次回归。1759年3月这颗彗星如期通过了近日点。 　海王星　的发现和　哈雷彗星　的“按时回归”确立了万有引力定律的地位,也成为科学史上的美谈。 
微判断2 2.“笔尖下发现的行星”是冥王星。(　　)2.海王星、冥王星的发现表明了万有引力理论在太阳系内的正确性。(　　)3.英国天文学家哈雷成功预言了哈雷彗星的回归时间。(　　)
一 计算天体的质量和密度
重难归纳1.天体质量的计算。(1)重力加速度法。
(2)环绕法。借助环绕中心天体做圆周运动的行星(或卫星)计算中心天体的质量,俗称“借助外援法”。常见的情况如下:
2.计算天体的密度。
航天员驾驶飞船绕月球表面飞行一周的时间为T,怎样利用这个条件估测月球质量?提示:设月球质量为m月,半径为R,
典例剖析【例1】 右图是“卡西尼”号探测器经过长达7年的“艰苦”旅行,进入绕土星飞行的轨道,若“卡西尼”号探测器在半径为R的土星上空距土星表面高度为h的圆形轨道上绕土星飞行,环绕n周飞行时间为t,已知引力常量为G,则下列关于土星质量m土和平均密度ρ的表达式正确的是(　　)
规律总结 1.计算天体质量的方法不仅适用于地球,也适用于其他任何星体。根据轨道半径r和运行周期T,求得的是中心天体的质量,而不是行星(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。以地球为例,若卫星绕近地轨道运行,则有r=R。
学以致用1.(多选)一卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为r,卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T,已知地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g,引力常量为G,则地球的质量可表示为(　　)
二 天体运动的分析和计算
我国自主研制的首艘货运飞船天舟一号发射升空后,与已经在轨运行的天宫二号成功对接形成组合体。假设组合体在距地面高为h的圆形轨道上绕地球做匀速圆周运动,已知地球的半径为R,地球表面处重力加速度为g,不考虑地球自转的影响。试求组合体运动的线速度大小和向心加速度大小。
典例剖析【例2】 (多选)假设嫦娥五号月球探测器以速度v在月球表面附近做匀速圆周运动,测出运动的周期为T,已知引力常量为G,不计周围其他天体的影响,下列说法正确的是(　 　)
规律总结 天体运动的解题技巧(1)建立模型。不论是自然天体(如地球、月球等)还是人造天体(如卫星、飞船等),只要它们是在绕某一中心天体做圆周运动,就可以将其简化为质点的匀速圆周运动模型来处理问题。(2)列方程求解。根据中心天体对环绕星体的万有引力提供向心力,列出合适的向心力表达式进行求解。
学以致用3.(多选)三颗人造地球卫星A、B、C在地球的大气层外沿如图所示的轨道做匀速圆周运动,已知mA=mB>mC,则三颗卫星(　　)A.线速度大小的关系是vA>vB=vCB.向心力大小的关系是FnA>FnB=FnCC.周期关系是TAanB>anC答案:AC
重难归纳1.模型建立。宇宙中两个靠得比较近的天体称为双星,它们绕其连线上的某固定点做匀速圆周运动。如图所示。
2.模型特点。(1)两星的运行轨道为同心圆,圆心是它们之间连线上的某一点。(2)两星的向心力大小相等,由它们间的万有引力提供。(3)两星的运动周期、角速度相同。(4)两星的运动半径之和等于它们间的距离,即r1+r2=l。
宇宙中两颗相距较近的天体称为“双星”,它们之间存在强大的引力作用,为什么没有因为万有引力的作用吸引到一起?提示:双星之间的万有引力提供向心力,方向与速度方向垂直,其作用效果是改变速度方向,使其绕连线上的某点做匀速圆周运动。
典例剖析【例3】 (多选)2017年,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家们复原的过程,在两颗中子星合并前约100 s时,它们相距约400 km,绕二者连线上的某点每秒转动12圈。将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体,由这些数据、引力常量并利用牛顿力学知识,可以估算出这一时刻两颗中子星(　　)A.质量之积B.质量之和C.速率之和D.各自的自转角速度答案:BC
规律总结 1.挖掘一个隐含条件:在圆周上运动的天体的角速度(或周期)相等。2.重视向心力来源分析:双星做匀速圆周运动的向心力由它们之间的万有引力提供。3.区别两个长度关系:圆周运动的轨道半径和万有引力公式中两天体的距离是不同的,不能误认为一样。
学以致用4.(多选)宇宙中两颗相距很近的恒星常常组成一个双星系统。它们以相互间的万有引力彼此提供向心力,从而使它们绕着某一共同的圆心做匀速圆周运动。若已知它们的运转周期为T,两星到某一共同圆心的距离分别为R1和R2,那么,下列关于双星系统中两颗恒星的质量关系描述正确的是(　　 )A.这两颗恒星的质量必定相等
1.关于万有引力定律应用于天文学研究的历史事实,下列说法正确的是(　　)A.天王星、海王星和冥王星,都是运用万有引力定律,经过大量计算后发现的B.在18世纪已经发现的7颗行星中,人们发现第七颗行星——天王星的运动轨道总是同根据万有引力定律计算出来的结果有比较大的偏差,于是有人推测,在天王星轨道外还有一颗行星,是它的存在引起了上述偏差C.第八颗行星,是牛顿运用自己发现的万有引力定律,经大量计算而发现的D.冥王星是英国剑桥大学的学生亚当斯和勒维耶合作研究后共同发现的答案:B
解析:由行星的发现历史可知,天王星并不是根据万有引力定律计算出轨道而发现的;海王星不是通过观测发现,也不是直接由万有引力定律计算出轨道而发现的,而是人们发现天王星的实际轨道与理论轨道存在偏差,然后运用万有引力定律计算出“新”星的轨道,从而发现了海王星。冥王星是克莱德·汤博发现的。由此可知,选项A、C、D错误,B正确。
2.据报道,最近在太阳系外发现了首颗“宜居”行星,其质量约为地球质量的6.4倍,一个在地球表面重为600 N的人在这个行星表面的重力将变为960 N。由此可推知,该行星的半径与地球半径之比约为(　　)A.0.5B.2C.3.2D.4答案:B
3.设土星绕太阳的运动为匀速圆周运动,若测得土星到太阳的距离为R,土星绕太阳运动的周期为T,引力常量G已知,根据这些数据,不能求出的量有(　　)A.土星线速度的大小B.土星向心加速度的大小C.土星的质量D.太阳的质量答案:C
4.土星最大的卫星叫“泰坦”,每16天绕土星一周,其公转轨道半径约为1.2×106 km。已知引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,则土星的质量约为(　　)A.5×1017 kgB.5×1026 kgC.7×1033 kgD.4×1036 kg答案:B
5.(多选)宇宙观测发现,在宇宙中甲、乙两个星体组成的双星系统,它们同时绕其连线上的某点O做匀速圆周运动,已知甲、乙的质量之比为7∶1,由此可知(　　)A.甲、乙的线速度大小之比为7∶1B.甲、乙的向心力大小之比为1∶1C.甲、乙的运行轨道半径之比为1∶7D.甲、乙的周期之比为1∶7答案:BC
解析:作为双星系统,甲、乙两星体周期是相等的,角速度也是相等的,选项D错误。它们之间的万有引力提供各自的向心力,得m1ω2r=m2ω2R,甲、乙质量比约为7∶1,所以甲、乙运行轨道半径之比为1∶7,根据v=ωr可知,线速度之比为1∶7,选项A错误,C正确。它们之间的万有引力提供各自的向心力,则甲、乙向心力大小相等,选项B正确。
6.我国发射的嫦娥五号月球探测器经变轨成功落月。若该月球探测器在某次变轨前,在距月球表面高度为h的轨道上绕月球做匀速圆周运动,其运行的周期为T。若以R表示月球的半径,忽略月球自转及地球对月球的影响,求:(1)嫦娥五号月球探测器绕月球做匀速圆周运动时的线速度大小。(2)月球的平均密度。