《万有引力与航天》第4节万有引力理论的成就
高中物理-必修2-第六章万有引力与航天 第4节万有引力理论的成就公开课精品课件

在地球附近有mg=
Mm G R2
,化
简得gR2=GM。此式通常叫做
黄金代换式,适用于任何天体,
主要用于天体的质量M未知的
情况下,用该天体的半径R和
表面的“重力加速度”g代换
M。
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高中物理 必修2 第六章 万有引力与航天
第五章 曲线运动 第1节 曲线运动
题3 [2019•广东仲元中学高一检测]人造卫星绕地球做匀速圆周 运动的线速度大小为v,轨道半径为r,已知引力常量为G,根据万 有引力定律,可算出地球的质量为( A )
位有效数字)
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高中物理 必修2 第六章 万有引力与航天
第五章 曲线运动 第1节
【解】(1)根据牛顿第二定律:G
M太 a2
m
又根据开普勒第三定律:k= a3 ,
=ma
4 2 T2
,
由上两式得:k=
GM 太 4 2
T2
(2)对地月系统
:G
M
地m月 r2
=
m月
4 T
2
2
r
,
得:M地= 4 2r3 ≈6×1024 kg。
黄金替换
质量为m的物体在地球(星体)表面受到的万有引力等于
其重力,即G=mg。可以得到:GM=gR2
由于G和M(地球质量)这两个参数往往不易记住,而g和 R容易记住。所以粗略计算时,一般都采用上述代换, 这就避开了万有引力常量G值和地球的质量M值
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高中物理 必修2 第六章 万有引力与航天
GT 2
地球的密度ρ= M地 = M地 ≈5×103 kg/m3。
V 4 R3 3
【点评】
2019_2020学年高中物理第6章万有引力与航天第4节万有引力理论的成就课件新人教版必修2

3.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=6.67×10-11 N·m2/kg2,月球半径约为 1.74×103 km.
利用以上数据估算月球的质量约为( )
A.8.1×1010 kg
B.7.4×1013 kg
第六章 万有引力与航天
第4节 万有引力理论的成就
1 细梳理、基础巩固 2 提升练、课时跟踪
1 细梳理、基础巩固
要点一 天体质量和密度的估算
1.地球质量的计算
(1)依据:地球表面的物体,若不考虑地球自转,物体的重
力等于地球对物体的万有引力,即 gR2
mg=GMRm2 .
(2)结论:M= 1 ____G________,只要知道 g、R 的值,就可
4.天体密度的计算
(1)若天体的半径为 R,则天体的密度 ρ=43πMR3,将 M=4GπT2r23 3πr3
代入上式可得 ρ= 6 __G_T_2_R_3______.
(2)特殊情况,当卫星环绕天体表面运动时,卫星的轨道半 3π
径 r 可认为等于天体半径 R,则 ρ= 7 _G__T_2________.
3.其他行星质量的计算
(1)依据:绕行星做匀速圆周运动的卫星,同样满足 4π2mr
GMr2m=
4 ____T_2_______ (M 为行星质量,m 为卫星质量).
4π2r3
(2)结论:M= 5 ______G_T_2____,只要知道卫星绕行星运动
的周期 T 和半径 r,就可以计算出行星的质量.
4.应用万有引力定律解题的两条思路 (1)万有引力提供天体运动的向心力:GMr2m=ma=mvr2= mω2r=m4Tπ22r=mωv. (2)黄金代换:在天体表面上,天体对物体的万有引力近似 等于物体的重力,即 GMRm2 =mg,从而得出 GM=gR2. 注意:上式中 R 为天体的半径,g 为天体表面的重力加速 度.
高中物理第六章万有引力与航天第4节万有引力理论的成就课件新人教版必修2

①
对 m2 有 GmL1m2 2=m2ω2r2
②
由①②得rr12=mm21; 由线速度与角速度的关系 v=ωr,得vv12=rr12=mm21。
(2)由①得 r1=LG2mω22,由②得 r2=LG2mω12,
又 L=r1+r2,联立以上三式得 ω=
GmL1+3 m2。
[答案] (1)见解析 (2)ω=
越高 越慢
mr4Tπ22→T=
4GπM2r3→T∝
r3
[即时应用]
1.(2019·全国卷Ⅲ)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
GMr2m=mr4Tπ22
称量地球的质量
计算太阳的质量
结果
gR2 M=__G____
4π2r3 M=__G__T_2_
说明
(1)r为行星绕太阳做匀速圆 (1)R为地球半径
周运动的半径 (2)g为地球表面的重
(2)T为行星绕太阳做匀速圆 力加速度
周运动的周期
(3)这两种方法同样适用于计算其他天体的质量
3.某行星有甲、乙两颗卫星,它们的轨道均为圆形,甲的轨道半径 为 R1,乙的轨道半径为 R2,R2>R1。根据以上信息可知 ( ) A.甲的质量大于乙的质量 B.甲的周期大于乙的周期 C.甲的速率大于乙的速率 D.甲所受行星的引力大于乙所受行星的引力 解析:选 C 由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,有 F=GRM2m=mRv2=4πT2m2 R,可知无法比较卫星质量的大小及 卫星所受引力的大小,A、D 错误;轨道半径越大,速率越 小、周期越大,B 错误,C 正确。
高中物理第六章万有引力与航天万有引力理论的成就导

第4节 万有引力理论的成就【学习目标】1. 了解万有引力定律在天文学上的应用2. 会用万有引力定律计算天体的质量和密度3. 掌握综合运用万有引力定律和圆周运动学知识分析具体问题的方法【重点难点】1、行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
2、会用已知条件求中心天体的质量。
【导学提示】1先看目标再通读教材,掌握实验方法。
2通读教材,进行知识梳理,勾划重难点将疑问记录下来,并写下提示语,熟记基础知识完成预习案。
3进一步思考完成探究案问题及练习。
注:带★C 层选做,带★★B 、C 层选做。
【预习案】1、卡文迪许为什么说自己的实验是“称量地球的重量(质量)”?请你解释一下原因。
2、除了地球质量外,你能用万有引力定律求解出其它天体的质量吗?以太阳为例,如果你能求解出太阳的质量,那么如何求解?需要哪些已知量?3、公式2224r Mm G r T m =π 2324GT r M π=中各个物理量分别代表什么?【我的疑惑】【探究案】一、对议一、设地面附近的重力加速度g=9.8m/s 2,地球半径R =6.4×106m ,引力常量G=6.67×10-11 Nm 2/kg 2,试估算地球的质量。
二、①如果以水星绕太阳做匀速圆周运动为研究对象,需要知道哪些量才能求得太阳的质量?②水星和地球绕太阳做圆周运动的公转周期T 是不一样的,公转半径也是不一样的,那用公式2324GT r M π=求解出来的太阳的质量会是一样的吗?③你现在能证明开普勒第三定律k T r =23中的k 与中心天体有关吗?三、把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动,平均半径为1.5×1011 m ,已知引力常量为:G=6.67×10-11N ·m 2/kg 2,则可估算出太阳的质量大约是多少千克?(结果取一位有效数字)例4、宇航员站在一个星球表面上的某高处h 自由释放一小球,经过时间t 落地,该星球的半径为R ,你能求解出该星球的质量吗?例7、两个星球组成双星,它们在相互之间的万有引力作用下,绕连线上某点做周期相同的匀速圆周运动,现测得两星中心距离为R,其运动周期为T,求两星的总质量。
《万有引力理论的成就》万有引力与宇宙航行PPT优秀课件【品质课件PPT】

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地理课件:/keji an/dili/
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语文课件:/keji an/yuwen/ 数学课件:www.1ppt.c om/keji an/shuxue/
英语课件:/keji an/ying yu/ 美术课件:www.1ppt.c om/keji an/mei shu/
间.1759年3月这颗彗星如期通过了 地理课件:/kejian/dili/
历史课件:www.1ppt.c om/keji an/lishi /
近日点,它最近一次回归是1986年,它的下次回
归将在 2061年左右.
即学即用
1.判断下列说法的正误.
(1)地球表面的物体的重力必然等于地球对它的万有引力.( × )
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20
[解析] (1)设地球质量为 M,月球质量为 M′,根据万有引力定律 和向心力公式:GMrM2 ′=M′(2Tπ)2r
在地球表面有 GMRm2 =mg 解得:r= 3 gR4π2T2 2。
21
(2)设月球表面处的重力加速度为 g′,
根据题意:t=2gv′0
又 GMR′m2 =mg′ 解之得:M=2vG0Rt ′2。
[答案]
(1)
3 gR2T2 4π2
(2)已知卫星绕地球做匀速圆周运动的半径 r 和运行的线速
度 v,则由 GMr2m=mvr2得 M=vG2r。
16
(3)已知卫星的线速度 v 和运行周期 T,则由 GMr2m=mv2Tπ和 GMr2m=mvr2得 M=2vπ3TG。 (4)若已知地球的半径 R 和地球表面的重力加速度 g,根据物体 的重力近似等于地球对物体的引力得 mg=GMRm2 解得地球质量为 M=gGR2。
由万有引力定律 GMRm2 =mRv2
解得太阳的质量 M=4Gπ2TR23。
答案:2πTR
4π2R3 GT2
14
15
1.基本思路
绕中心天体运动的其他天体或卫星做匀速圆周运动,做圆
周运动的天体(或卫星)的向心力等于它与中心天体的万有引力,
利用此关系建立方程求中心天体的质量。
2.计算方法
(1)已知卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为 T,半径为 r, 则由 GMr2m=m4Tπ22r 得 M=4GπT2r23。
(1)地球质量的计算:
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
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其中心恒星做匀速圆周运动,周期约为4天,轨道半径约为地球绕太阳运
动半径的
1 20
.该中心恒星与太阳的质量的比值约为
A.
1 10
√B.1
C.5
D.10
解析 由 GMr2m=m4Tπ22r 得 M∝Tr32
已知rr5地1=210,TT5地1=3465,则MM5地1=(210)3×(3645)2≈1,B 项正确.
答案
(2)若还已知地球表面重力加速度g,地球半径R,求地球的质量和密度. 答案 由 mg=GMRm2 ,得:M=gGR2ρ=MV =43πMR3=4π3GgR.
答案
2.如果知道地球绕太阳的公转周期T和它与太阳的距离r,能求出太阳的 质量吗?若要求太阳的密度,还需要哪些量? 答案 由Gmr地2M太=4Tπ22m 地 r 知 M 太=4GπT2r23. 由密度公式 ρ=43MπR太太3可知,若要求太阳的密度还需要知道太阳的半径.
解析 答案
(2)该星球的平均密度.
答案 解析
3hv2 2πGRL2
在星球表面满足 GMRm2 =mg 又 M=ρ·43πR3,解得 ρ=2π3GhvR2L2.
解析 答案
Ⅲ
当堂达标检测
1.(天体质量的计算)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
2.重力与高度的关系 若距离地面的高度为h,则 mg′=GRM+mh2 (R为地球半径,g′为离地面 h高度处的重力加速度).所以在同一纬度距地面越高,物体的重力加速度
越小,则物体所受的重力也越小.
例3 我国航天技术飞速发展,设想数年后宇航员登上了某星球表面.宇 航员从距该星球表面高度为h处,沿水平方向以初速度v抛出一小球,测 得小球做平抛运动的水平距离为L,已知该星球的半径为R,引力常量为 G.求: (答1)案该星2球Lhv2表2 面的重力加速度; 解析 小球在星球表面做平抛运动,有 L=vt,h=12gt2,解得 g=2Lhv2 2.
高中物理第六章万有引力与航天第四节万有引力理论的成就课件新人教版必修

表面的重力加速度g
物体的重力近 似等于天体(如 思路 地球)与物体间 的万有引力:
mg=GMRm2
行星或卫星受到的万有 引力充当向心力: GMr2m=mvr2 或 GMr2m=mω2r 或 GMr2m=m2Tπ2r
中心天体质量:
天体(如地球)质量: M=rGv2
答案:D
1.计算地球的质量时可以有两种不同的思路,这两 种思路是什么?
提示:(思路 1)忽略地球自转的影响,地面附近的物 体所受的重力等于地球对物体的万有引力.
(思路 2)卫星绕地球转动时万有引力提供向心力.
2.若已知月球绕地球转动的周期 T 和半径 r,由此 可以求出地球的质量吗?能否求出月球的质量呢?
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.由此可知,A、B、C 错误,D 正确.
2.太阳质量的计算. (1)依据:质量为 m 的行星绕太阳做匀速圆周运动时, 行星与太阳间的万有引力充当向心力,即 GMr2m=4πT2m2 r. (2)结论:M=4GπT2r23,只要知道行星绕太阳运动的周 期 T 和半径 r,就可以计算出太阳的质量.
3.其他行星质量的计算. (1)依据:绕行星做匀速圆周运动的卫星,同样满足 GMr2m=4πT2m2 r(M 为行星质量,m 为卫星质量). (2)结论:M=4GπT2r23,只要知道卫星绕行星运动的周 期 T 和半径 r,就可以计算出行星的质量.
l3 A.Gθt2
l C.Gθt2
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典型 例3 若已知某行星绕太阳公转的半径为r,公转周期为
例题
T,引力常量为G,太阳的半径为R,由此可求( )
A.某行星质量
B.太阳的质量
C.某行星的密度
D.太阳的密度
三、发现未知天体
提出问题
1.海王星为什么被称为“笔尖上发现的行星”?
二、计算天体的质量
提出问题
5.若已知某行星的质量为m,轨道半径为r,公转周 期为T,引力常量为G,请用以上物理量表示太阳的 质量。
二、计算天体的质量
提出问题
6.由行星的运动情况求解太阳质量的方法能否推广为 求解天体质量的一般方法? 结论:可以。可根据绕中心天体运行的天体的运动情 况求解中心天体的质量,如:根据行星的运动求恒星 的质量;或根据卫星的运动求解行星的质量等。 。
一、“科学真是迷人”
提出问题
1. 为什么把卡文迪许称为“能够称出地球重量的人”?
一、“科学真是迷人”
提出问题
二、计算天体的质量
提出问题
1. 行星绕太阳做什么运动?而通常可以认为行星做 什么运动?
结论:沿椭圆轨道运动,在通常情况下可以近似为圆形 轨道,即认为行星在做匀速圆周运动。。
二、计算天体的质量
第4节
万有引力理论的成就
学习目标:
1.了解重力等于万有引力的条件。 2.会用万有引力定律求中心天体的质量。 3.会求解天体的密度。 4.了解万有引力定律在天文学上的重要应用。
重点难点
重点 1.掌握求解天体质量的一般方法。 2.掌握求解天体密度的方法。。 难点 1.求解天体质量和密度的方法。 2.应用万有引力定律求解天体问题的一般方法。
结论:勒维耶和亚当斯根据天王星的运行轨迹,预言在天王星的附近, 还有一颗新的行星。1846年9月23日晚,德国的天文学家伽勒在勒维耶 预言的位置附近发现了这颗行星。
典型 例题
巩固练习
1.已知引力常量G和下列各组数据,能计算出地球质量的 是( BCD ) A.地球绕太阳运行的周期及地球离太阳的距离 B.月球绕地球运行的周期及月球离地球的距离 C.人造地球卫星在地面附近绕行的速度及运行的周期 D.若不考虑地球自转,已知地球的半径及重力加速度
二、计算天体的质量
提出问题
二、计算天体的质量
提出问题
二、计算天体的质量
提出问题
典型 例题
典型 例2 1969年7月21日,美国宇航员阿姆斯特朗在月球上烙下了人类 例题 第一只脚印,迈出了人类征服宇宙的一大步。在月球上,如果阿
姆斯特朗和同伴奥尔德林用弹簧秤测出质量为m的仪器的重力为F; 而另一位宇航员科林斯驾驶指令舱,在月球表面附近飞行一周,
巩固练习
巩固练习
3.一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行,若
认为行星是密度均匀的球体,那么要确定该行星的密度,
只需要测量( C )
A.飞船的轨道半径
B.飞船的运行速度
C.飞船的运行周期
D.行星的质量
布置作业
1、教材 “问题与练习”第2、3题 2、完成[课时学案]中交流讨论的内容
提出问题
2.行星绕太阳做圆周运动的向心力是由什么力提供的? 结论:太阳对行星的万有引力提供向心力。 3.描述匀速圆周运动的物理量有哪些? 结论:线速度v、角速度ω、周期T三个物理量。 4.应用万有引力定律求解太阳质量的基本思路是什么? 结论:根据行星与太阳间的万有引力提供行星做圆周 运动的向心力,进而根据牛顿第二定律及圆周运动的 规律列方程求解。