高中物理 3.2 萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用課件 粵教版必修2.ppt

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第二節(jié) 萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,二,一,三,預(yù)習(xí)交流1 既然能夠“稱量”出地球的質(zhì)量,能否計(jì)算出地球的平均密度?如果能計(jì)算出,需要測(cè)出哪些物理量?,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,二、預(yù)測(cè)未知天體 18世紀(jì),人們觀測(cè)到太陽(yáng)系第七個(gè)行星——天王星的實(shí)際軌道和用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的軌道有一些偏差,根據(jù)觀察到的偏差數(shù)據(jù)和萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星.,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,二,三,三、人造衛(wèi)星與宇宙速度 三個(gè)宇宙速度:,,目標(biāo)導(dǎo)航,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,二,三,預(yù)習(xí)交流,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,一、計(jì)算天體的質(zhì)量和密度 1.天體質(zhì)量的計(jì)算方法. (1)基本方法:把天體的運(yùn)動(dòng)看成勻速圓周運(yùn)動(dòng),其所需的向心力由萬(wàn)有引力提供.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,【例1】 (2015江蘇單科)過(guò)去幾千年來(lái),人類對(duì)行星的認(rèn)識(shí)與研究?jī)H限于太陽(yáng)系內(nèi),行星“51 peg b”的發(fā)現(xiàn)拉開(kāi)了研究太陽(yáng)系外行星的序幕.“51 peg b”繞其中心恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng),周期約為4天,軌道半徑約為地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)半徑的 .該中心恒星與太陽(yáng)的質(zhì)量比約為( ),一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,解析:地球繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng),滿足,答案:B,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,1.假設(shè)地球可視為質(zhì)量均勻分布的球體,已知地球表面重力加速度在兩極的大小為g0,在赤道的大小為g;地球自轉(zhuǎn)的周期為T,引力常數(shù)為G.地球的密度為( ),答案:B 解析:,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,2.(多選)要計(jì)算地球的質(zhì)量,除已知的一些常數(shù)外還需知道某些數(shù)據(jù),下列給出的各組數(shù)據(jù)中,可以計(jì)算出地球質(zhì)量的是( ) A.已知地球半徑R B.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和線速度v C.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度v和周期T D.已知地球公轉(zhuǎn)的周期T及運(yùn)轉(zhuǎn)半徑r 答案:ABC,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,2.(多選)要計(jì)算地球的質(zhì)量,除已知的一些常數(shù)外還需知道某些數(shù)據(jù),下列給出的各組數(shù)據(jù)中,可以計(jì)算出地球質(zhì)量的是( ) A.已知地球半徑R B.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r和線速度v C.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度v和周期T D.已知地球公轉(zhuǎn)的周期T及運(yùn)轉(zhuǎn)半徑r 答案:ABC,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,解析:設(shè)相對(duì)于地面靜止的某一物體質(zhì)量為m,地球的質(zhì)量為M,,若已知地球公轉(zhuǎn)的周期T及運(yùn)轉(zhuǎn)半徑r,只能求出地球所圍繞的中心天體——太陽(yáng)的質(zhì)量,不能求出地球的質(zhì)量,所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,思考探究,知識(shí)精要,二、人造衛(wèi)星 1.人造衛(wèi)星的軌道 衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)由地球?qū)λ娜f(wàn)有引力提供向心力,地球?qū)πl(wèi)星的萬(wàn)有引力指向地心,而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力時(shí)刻指向它做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心.因此衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心必與地心重合,而這樣的軌道有多種,其中比較特殊的有與赤道共面的赤道軌道和通過(guò)兩極點(diǎn)上空的極地軌道.當(dāng)然也應(yīng)存在著與赤道平面成某一角度的圓軌道,只要圓心在地心,就可能是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的圓軌道.如圖所示.,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,思考探究,知識(shí)精要,2.人造衛(wèi)星的v、ω、T與r的關(guān)系 衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時(shí),衛(wèi)星的軌道可視為圓形,這樣衛(wèi)星受到的萬(wàn)有引力提供了衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力. 設(shè)衛(wèi)星的軌道半徑為r,線速度大小為v,角速度大小為ω,周期為T. 根據(jù)萬(wàn)有引力定律與牛頓第二定律得,定性結(jié)論:r越大,衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)越慢(v越小),轉(zhuǎn)動(dòng)也越慢.,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,思考探究,知識(shí)精要,3.幾種衛(wèi)星的對(duì)比理解 (1)近地衛(wèi)星:所謂近地衛(wèi)星指的是衛(wèi)星的軌道半徑等于地球的半徑,衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是萬(wàn)有引力. 它的運(yùn)動(dòng)速度為第一宇宙速度,它是衛(wèi)星的最大繞行速度,同時(shí)具有最短的公轉(zhuǎn)周期. (2)極地衛(wèi)星:通過(guò)兩極上空的衛(wèi)星,軌道平面與赤道平面垂直,一般用于偵察和勘測(cè). (3)同步衛(wèi)星:同步衛(wèi)星指在赤道平面內(nèi),以和地球自轉(zhuǎn)角速度相同的角速度繞地球運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星.同步衛(wèi)星又叫通信衛(wèi)星,同步衛(wèi)星有以下幾個(gè)特點(diǎn):,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,思考探究,知識(shí)精要,①同步衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致. ②同步衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同,T=24 h. ③同步衛(wèi)星的運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度. ④同步衛(wèi)星的軌道平面均在赤道平面上,即所有的同步衛(wèi)星都在赤道的正上方. ⑤同步衛(wèi)星高度固定不變. ⑥同步衛(wèi)星的環(huán)繞速度一定,v=3.1 km/s.,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,三,知識(shí)精要,衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時(shí),衛(wèi)星和衛(wèi)星上的物體為什么都處于完全失重狀態(tài)? 答案:由于衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時(shí),衛(wèi)星和衛(wèi)星上的物體受到的萬(wàn)有引力全部提供了向心力,產(chǎn)生了向心加速度,它們不再給支持物壓力或給懸線拉力,所以它們處于完全失重狀態(tài).此時(shí),衛(wèi)星上的儀器,凡是使用原理與重力有關(guān)的均不能使用.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,【例2】 (2015北京理綜)假設(shè)地球和火星都繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),已知地球到太陽(yáng)的距離小于火星到太陽(yáng)的距離,那么( ) A.地球公轉(zhuǎn)周期大于火星的公轉(zhuǎn)周期 B.地球公轉(zhuǎn)的線速度小于火星公轉(zhuǎn)的線速度 C.地球公轉(zhuǎn)的加速度小于火星公轉(zhuǎn)的加速度 D.地球公轉(zhuǎn)的角速度大于火星公轉(zhuǎn)的角速度,解析:由太陽(yáng)對(duì)行星的引力是行星圍繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力: 火星到太陽(yáng)的距離大(r大),故火星公轉(zhuǎn)的線速度小,角速度小,加速度小,周期大.也可簡(jiǎn)記口訣“高軌低速大周期”,D選項(xiàng)正確. 答案:D,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,【例3】 已知某行星的半徑為R,以第一宇宙速度運(yùn)行的衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的周期為T,該行星上發(fā)射的同步衛(wèi)星的運(yùn)行速度為v,求同步衛(wèi)星距行星表面高度為多少?,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,1. (2015福建理綜)如圖,若兩顆人造衛(wèi)星a和b均繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),a、b到地心O的距離分別為r1、r2,線速度大小分別為v1、v2,則( ),答案:A 解析:人造衛(wèi)星圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,2.(多選)在圓軌道上質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星,它到地面的距離等于地球的半徑R,地球表面的重力加速度為g,則( ),答案:BD,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,解析:萬(wàn)有引力提供向心力,,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,三、宇宙速度 1.第一宇宙速度(環(huán)繞速度) 指人造衛(wèi)星近地環(huán)繞速度,它是人造衛(wèi)星在地面附近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所必須具有的速度,是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度,v=7.9 km/s. 2.第一宇宙速度的計(jì)算方法,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,3.第二宇宙速度(脫離速度) 在地面上發(fā)射物體,使之能夠脫離地球的引力作用,成為繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的人造行星或繞其他行星運(yùn)動(dòng)的人造衛(wèi)星所必需的最小發(fā)射速度,其大小為v=11.2 km/s. 4.第三宇宙速度(逃逸速度) 在地面上發(fā)射物體,使之最后能脫離太陽(yáng)的引力范圍,飛到太陽(yáng)系以外的宇宙空間所必需的最小速度,其大小為v=16.7 km/s.,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,5.人造衛(wèi)星發(fā)射速度與運(yùn)行速度的區(qū)別 (1)發(fā)射速度是指被發(fā)射物在地面附近離開(kāi)發(fā)射裝置時(shí)的速度,并且一旦發(fā)射后就再也沒(méi)有補(bǔ)充能量,被發(fā)射物僅依靠自身的初速度克服地球引力上升一定高度,進(jìn)入運(yùn)行軌道.要發(fā)射一顆人造衛(wèi)星,發(fā)射速度不能小于第一宇宙速度.因此,第一宇宙速度又是最小的發(fā)射速度.衛(wèi)星離地面越高,衛(wèi)星的發(fā)射速度越大.貼近地球表面的衛(wèi)星(近地衛(wèi)星)的發(fā)射速度最小,其運(yùn)行速度即第一宇宙速度. (2)運(yùn)行速度是指衛(wèi)星在進(jìn)入軌道后繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度.根據(jù) 可知,衛(wèi)星越高,半徑越大,衛(wèi)星的運(yùn)行速度就越小,近地衛(wèi)星可認(rèn)為v發(fā)=v運(yùn),其他較高衛(wèi)星的v發(fā)v運(yùn). (3)人造衛(wèi)星的發(fā)射速度與運(yùn)行速度之間的大小關(guān)系: 11.2 km/sv發(fā)射≥7.9 km/s≥v運(yùn)行.,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,(4)距地面越高的衛(wèi)星繞行速度越小,但是向距地面越高的軌道發(fā)射衛(wèi)星卻越困難.因?yàn)橄蚋哕壍腊l(fā)射衛(wèi)星,火箭克服地球?qū)λ囊ο牡哪芰慷?所以發(fā)射衛(wèi)星需要的速度較大.,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,【例4】 (2015天津理綜)(多選)P1、P2為相距遙遠(yuǎn)的兩顆行星,距各自表面相同高度處各有一顆衛(wèi)星s1、s2做勻速圓周運(yùn)動(dòng).圖中縱坐標(biāo)表示行星對(duì)周圍空間各處物體的引力產(chǎn)生的加速度a,橫坐標(biāo)表示物體到行星中心的距離r的二次方,兩條曲線分別表示P1、P2周圍的a與r2的反比關(guān)系,它們左端點(diǎn)橫坐標(biāo)相同.則( ) A.P1的平均密度比P2的大 B.P1的“第一宇宙速度”比P2的小 C.s1的向心加速度比s2的大 D.s1的公轉(zhuǎn)周期比s2的大,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,解析:,答案:AC,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,1.(2015四川理綜)登上火星是人類的夢(mèng)想,“嫦娥之父”歐陽(yáng)自遠(yuǎn)透露:中國(guó)計(jì)劃于2020年登陸火星.地球和火星公轉(zhuǎn)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng),忽略行星自轉(zhuǎn)影響.根據(jù)下表,火星和地球相比( ),A.火星的公轉(zhuǎn)周期較小 B.火星做圓周運(yùn)動(dòng)的加速度較小 C.火星表面的重力加速度較大 D.火星的第一宇宙速度較大 答案:B,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,解析:設(shè)太陽(yáng)質(zhì)量為M太,行星軌道半徑為r,行星自身質(zhì)量為m,,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,三,2.某人在一星球上以速率v豎直上拋一物體,經(jīng)時(shí)間t物體以速率v落回手中,已知該星球的半徑為R,求該星球上的第一宇宙速度.,