2020版物理新教材新素养学案人教必修第二册课件：第七章　3　万有引力理论的成就

1、-1- 3万有引力理论的成就 课前篇自主预习 必备知识自我检测 一、“称量”地球的质量 2.结论:只要测出引力常量G的值,利用g、R的值就可以计算地球 的质量,因此卡文迪什把自己的实验说成是“称量地球的重量”。 课前篇自主预习 必备知识自我检测 二、计算天体的质量 1.计算太阳质量 设太阳的质量为m太,某个行星的质量是m,行星与太阳之间的距 离是r,行星的公转周期是T,已知引力常量G。根据行星做圆周 2.计算行星质量:若已知卫星绕行星运动的周期T和卫星与行星之 间的距离r,根据万有引力提供向心力得行星的质量m行 课前篇自主预习 必备知识自我检测 三、发现未知天体 1.海王星的发现:英国剑桥大学

2、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,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:发现海王星过程中所用的“计算、预测和观察” 的方法指导人们寻找新的天体。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。 课前篇自主预习 必备知识自我检测 四、预言哈雷彗星的回归 1.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、

3、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。 2.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。 五、解释自然现象 1.牛顿用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象。 2.用万有引力定律等推测地球呈赤道处略为隆起的扁平形状。 3.分析了地球表面重力加速度微小差异的原因,以及指导重力探矿。 课前篇自主预习 必备知识自我检测 1.正误辨析 (1)已知地球绕太阳运动的周期和地球到太阳的距离可以计算地 球

4、的质量。 () 解析:已知地球绕太阳运动的周期和地球到太阳的距离可以计算 太阳的质量。 答案: (2)天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的。 () 解析:人们依据万有引力定律计算的轨道发现的是海王星而不是 天王星。 答案: (3)海王星的发现确立了万有引力定律的地位。 () 答案: (4)牛顿根据万有引力定律计算出了海王星的轨道。() 解析:计算出海王星轨道的是亚当斯和勒维耶。 答案: 课前篇自主预习 必备知识自我检测 2.(多选)已知引力常量G,利用下列数据,可以计算出地球质量的 是() A.已知地球的半径R和地面的重力加速度g B.已知地球绕太阳做匀速圆周运动的半径r和周期T C.已

5、知卫星绕地球做匀速圆周运动的半径r和线速度v D.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T 课前篇自主预习 必备知识自我检测 答案:ACD 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 天体的质量和密度的计算天体的质量和密度的计算 情景导引 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? 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 知识归纳 1.天体质量的计算 (1)“自力更生法”:若已知天体(如地球)的半径R和表面的重力加 速度g,根据物体的重力近似等于天体对物体的引力,得 (2)“借助外援法”:借助绕中心天体(如地球)做圆周运动的行星或

6、卫星的运动周期T和轨道半径r计算中心天体的质量,依据是万有引 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 2.天体密度的计算 画龙点睛 利用万有引力提供向心力的方法只能求出中心天体的 质量而不能求出做圆周运动的卫星或行星的质量。 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 实例引导 例1(多选)要计算地球的质量,除已知的一些常数外还需知道某些 数据,现给出下列各组数据,可以计算出地球质量的有() A.已知地球半径R B.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度v C.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T D.已知地球公转的周期T及运转半径r 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 答案:A

7、BC 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 规律方法 求解天体质量的注意事项 (2)注意R、r的区分。R指中心天体的球体半径,r指行星或卫星的 轨道半径。若行星或卫星绕近中心天体表面运行,则有R=r。 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 变式训练1嫦娥一号是我国首次发射的探月卫星,它在距月球表 面高度为200 km的圆形轨道上运行,运行周期为127 min。已知引 力常量G=6.6710-11 Nm2/kg2,月球半径约为1.74103 km。利用 以上数据估算月球的质量约为() A.8.11010 kgB.7.41013 kg C.5.41019 kgD.7.41022 kg 答案:D 课

8、堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 天体运动的分析与计算天体运动的分析与计算 情景导引 2018年7月27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5 770万千米,为人类研 究火星提供了很好时机。“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? 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 知识归纳 1.一个模型 一般行星或卫星的运动可看作匀速圆周运动。 2.两条思路 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 3.四个重要结论 设质量为m的行星或

9、卫星绕另一质量为m天的中心天体做半径为 r的匀速圆周运动。 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 实例引导 例2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 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 答案:C 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 规律方法 天体运动问题解决技巧 (1)比较围绕同一个中心天体做匀速圆

10、周运动的行星或卫星的v、 、T、an等物理量的大小时,可考虑口诀“越远越慢”(v、T)、 “越远越小”(an)。 (2)若已知量或待求量中涉及重力加速度g,则应考虑黄金代换 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 变式训练2如图所示,甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕 质量为m和2m的行星做匀速圆周运动,下列说法正确的是() A.甲的向心加速度的大小比乙的小 B.甲的运行周期比乙的小 C.甲的角速度比乙的大 D.甲的线速度比乙的大 答案:A 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 1.(2019全国卷,15)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 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 答案:A 课堂篇探究学习 探究一探究二随堂检测 2.有一星球的密度与地球的密度相同,但它表面处的重力加速度是 地球表面处的重力加速度的4倍,则该星球的质量是地球质量的( ) 答案: