《2018-2019學(xué)年高中物理 第六章 萬有引力與航天 4 萬有引力理論的成就課件 新人教版必修2.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第六章 萬有引力與航天 4 萬有引力理論的成就課件 新人教版必修2.ppt（50頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

4萬有引力理論的成就,,1．了解萬有引力定律在天文學(xué)上的重要應(yīng)用．2．會(huì)用萬有引力定律計(jì)算天體質(zhì)量，了解“稱量地球質(zhì)量”“計(jì)算太陽質(zhì)量”的基本思路．3．認(rèn)識(shí)萬有引力定律的科學(xué)成就，體會(huì)科學(xué)思想方法．,教學(xué)目標(biāo),,,【重點(diǎn)】運(yùn)用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量．【難點(diǎn)】在具體的天體運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用萬有引力定律解決問題．,重點(diǎn)難點(diǎn),,,這節(jié)課通過對(duì)一些天體運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析，使學(xué)生了解：通常物體之間的萬有引力很小，常常覺察不出來，但在天體運(yùn)動(dòng)中，由于天體的質(zhì)量很大，萬有引力將起決定性作用，對(duì)天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用，其中一個(gè)重要的應(yīng)用就是計(jì)算天體的質(zhì)量．在講課時(shí)，應(yīng)用萬有引力定律有兩條思路要交待清楚．1．把天體(或衛(wèi)星)的運(yùn)動(dòng)看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即F引＝F向，用于計(jì)算天體(中心體)的質(zhì)量，討論衛(wèi)星的速度、角速度、周期及半徑等問題．2．在地面附近把萬有引力看成物體的重力，即F引＝mg.主要用于計(jì)算涉及重力加速度的問題.,教學(xué)建議,,,【導(dǎo)入一】1．卡文迪許實(shí)驗(yàn)測引力常量的原理是什么？答：利用引力矩與金屬絲的扭轉(zhuǎn)力矩的平衡來求得．2．引力常量的測出的物理意義．答：使萬有引力定律有了其實(shí)際意義，可以求得地球的質(zhì)量等．對(duì)了，引力常量一經(jīng)測出，萬有引力定律對(duì)天文學(xué)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用，這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)萬有引力定律在天文學(xué)上的應(yīng)用．,新課導(dǎo)入,,,【導(dǎo)入二】提問：伽利略在研究杠桿原理后，曾經(jīng)說過一句什么名言？(給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬動(dòng)地球．)提問：天平是根據(jù)杠桿原理測量物體質(zhì)量的儀器，那么根據(jù)伽利略的名言，我們是否可以用天平測量地球的質(zhì)量？那我們?nèi)绾螠y量巨大的天體質(zhì)量？萬有引力給我們提供了幫助.,新課導(dǎo)入,,1．若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，地面上質(zhì)量為m的物體所受的重力近似等于地球?qū)ξ矬w的________．2．公式：mg＝________．由此式可得出地球的質(zhì)量M＝________．,地球質(zhì)量的計(jì)算,,知識(shí)必備,知識(shí)點(diǎn)一,引力,,計(jì)算天體的質(zhì)量,,知識(shí)必備,知識(shí)點(diǎn)二,,勻速圓周,萬有引力,1．18世紀(jì)，人們觀測到太陽系第七顆行星——天王星的軌道和用萬有引力定律計(jì)算出來的軌道有一些偏差．2．根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的天體的運(yùn)行軌道結(jié)合萬有引力定律推算出還沒發(fā)現(xiàn)的未知天體的軌道，如__________就是這樣發(fā)現(xiàn)的．注意：海王星的發(fā)現(xiàn)和哈雷彗星的“按時(shí)回歸”最終確立了萬有引力定律的地位．,發(fā)現(xiàn)未知天體,,知識(shí)必備,知識(shí)點(diǎn)三,海王星,,[想一想]如何應(yīng)用萬有引力定律求出天體的質(zhì)量？能求出衛(wèi)星的質(zhì)量嗎？[要點(diǎn)總結(jié)]1．求天體質(zhì)量的思路繞中心天體運(yùn)動(dòng)的其他天體或衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，做圓周運(yùn)動(dòng)的天體(或衛(wèi)星)的向心力等于它與中心天體的__________，利用此關(guān)系建立方程求中心天體的質(zhì)量．2．計(jì)算天體的質(zhì)量下面以地球質(zhì)量的計(jì)算為例，介紹幾種計(jì)算天體質(zhì)量的方法：,,學(xué)習(xí)互動(dòng),計(jì)算天體的質(zhì)量,考點(diǎn)一,萬有引力,,學(xué)習(xí)互動(dòng),,學(xué)習(xí)互動(dòng),例1某天體的一顆衛(wèi)星沿圓軌道運(yùn)行，軌道半徑是6.8103km，周期是5.6103s，引力常量G＝6.6710－11Nm2/kg2，則此天體的質(zhì)量大約是()A．6.01023kgB．4.01024kgC．6.01024kgD．4.01023kg,,[答案]C,,學(xué)習(xí)互動(dòng),,[點(diǎn)評(píng)]本題為應(yīng)用萬有引力定律計(jì)算中心天體質(zhì)量的基本計(jì)算題，解題時(shí)主要注意數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性，尤其是代入數(shù)據(jù)時(shí)要統(tǒng)一成國際單位．,,學(xué)習(xí)互動(dòng),計(jì)算計(jì)算天體的密度,考點(diǎn)二,,學(xué)習(xí)互動(dòng),2．當(dāng)衛(wèi)星環(huán)繞天體表面運(yùn)動(dòng)時(shí)，其軌道半徑r等于天體的半徑R，則ρ＝__________．注意：(1)計(jì)算天體的質(zhì)量的方法不僅適用于地球，也適用于其他任何星體．注意這一方法的拓展應(yīng)用，并且要明確計(jì)算出的是中心天體的質(zhì)量．(2)要注意R、r的區(qū)分．R指中心天體的半徑，r指行星或衛(wèi)星的軌道半徑．若行星或衛(wèi)星環(huán)繞中心天體表面運(yùn)動(dòng)，則有__________．,R＝r,,學(xué)習(xí)互動(dòng),例2天文學(xué)家新發(fā)現(xiàn)了太陽系外的一顆行星，這顆行星的體積是地球的4.7倍，質(zhì)量是地球的25倍．已知某一近地衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的周期約為1.4小時(shí)，引力常量G＝6.6710－11Nm2/kg2，由此估算該行星的平均密度約為()A．1.8103kg/m3B．5.6103kg/m3C．1.1104kg/m3D．3.0104kg/m3,,[答案]D,,學(xué)習(xí)互動(dòng),例3有一星球的密度與地球的密度相同，但它表面處的重力加速度是地面上重力加速度的4倍，則該星球的質(zhì)量是地球質(zhì)量的()A.1/4B．4倍C．16倍D．64倍,,[答案]D,,學(xué)習(xí)互動(dòng),發(fā)現(xiàn)未知天體,考點(diǎn)三,[想一想]海王星被稱為“筆尖下發(fā)現(xiàn)的行星”，原因就是計(jì)算出來的軌道和預(yù)測的位置跟實(shí)際觀測的結(jié)果非常接近．科學(xué)家在推測海王星的軌道時(shí)，應(yīng)用的物理規(guī)律有哪些？[要點(diǎn)總結(jié)]除了可以應(yīng)用萬有引力定律計(jì)算天體的質(zhì)量外，還可以應(yīng)用萬有引力定律發(fā)現(xiàn)未知天體，____________的發(fā)現(xiàn)和________________的“按時(shí)回歸”確立了萬有引力定律的地位．,海王星,哈雷彗星,,學(xué)習(xí)互動(dòng),例4下列說法正確的是()A．海王星是人們直接應(yīng)用萬有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的B．天王星是人們依據(jù)萬有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的C．海王星是人們經(jīng)過長期的太空觀測而發(fā)現(xiàn)的D．天王星的運(yùn)行軌道與由萬有引力定律計(jì)算的軌道存在偏差，其原因是天王星受到軌道外的行星的引力作用，由此，人們發(fā)現(xiàn)了海王星,,[答案]D,[解析]由行星的發(fā)現(xiàn)歷史可知，天王星并不是根據(jù)萬有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的；海王星不是通過觀測發(fā)現(xiàn)，也不是直接由萬有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的，而是人們發(fā)現(xiàn)天王星的實(shí)際軌道與理論軌道存在偏差，然后運(yùn)用萬有引力定律計(jì)算出“新”星的軌道，從而發(fā)現(xiàn)了海王星，只有選項(xiàng)D正確．,備用習(xí)題,,備用習(xí)題,,,[答案]A,,自我檢測,,[答案]A,,,自我檢測,,[答案]A,,,,自我檢測,,[答案]B,,,3．(發(fā)現(xiàn)未知天體)關(guān)于萬有引力定律應(yīng)用于天文學(xué)研究的歷史事實(shí)，下列說法正確的是()A．天王星、海王星都是運(yùn)用萬有引力定律經(jīng)過大量計(jì)算以后發(fā)現(xiàn)的B．18世紀(jì)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)太陽系的第七顆行星的運(yùn)動(dòng)軌道總是同根據(jù)萬有引力定律計(jì)算出來的結(jié)果有比較大的偏差，于是人們推測出在這顆行星的軌道外還有一顆行星C．太陽系的第八顆行星是牛頓運(yùn)用自己發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律經(jīng)過大量計(jì)算而發(fā)現(xiàn)的D．以上說法都不正確,[解析]天王星是在1781年被發(fā)現(xiàn)的，而當(dāng)時(shí)卡文迪許還未測出引力常量的值，人們還不能用萬有引力定律做具有實(shí)際意義的計(jì)算，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；太陽系的第八顆行星是在1846年被發(fā)現(xiàn)的，而牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律于1687年發(fā)表在牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．,專題課：人造衛(wèi)星問題,,1．清楚人造地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力來源——地球?qū)π行堑娜f有引力．2．會(huì)計(jì)算各種衛(wèi)星的運(yùn)行參量，能比較不同軌道(高度不同)上的衛(wèi)星運(yùn)行參量的大?。?．清楚地球同步衛(wèi)星，能將地球衛(wèi)星的研究方法遷移應(yīng)用到繞月飛行的嫦娥探測器的運(yùn)行規(guī)律的研究中．,教學(xué)目標(biāo),,,【重點(diǎn)】(1)人造衛(wèi)星運(yùn)行參量比較．(2)地球同步衛(wèi)星．【難點(diǎn)】衛(wèi)星(飛船、探測器、空間站)變軌問題．,重點(diǎn)難點(diǎn),,,本節(jié)研究人造衛(wèi)星問題，包括飛船、探測器、空間站問題，本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)應(yīng)首先從人造衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)分析入手，定量探討出人造衛(wèi)星各個(gè)運(yùn)行參量的決定關(guān)系式，據(jù)此可進(jìn)一步研究人造衛(wèi)星的變軌問題和同步衛(wèi)星問題．,教學(xué)建議,,,【導(dǎo)入一】同學(xué)們經(jīng)常收看衛(wèi)星電視節(jié)目，衛(wèi)星電視信號(hào)就是通過通信衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)播的，衛(wèi)星為什么能高高懸掛在天上呢？這節(jié)課我們重點(diǎn)研究人造衛(wèi)星問題．【導(dǎo)入二】同學(xué)們都知道月球是地球的衛(wèi)星，而且地球只有一個(gè)天然衛(wèi)星，但是月球并不孤單，人類迄今為止已經(jīng)給月球發(fā)射了很多小伙伴——人造地球衛(wèi)星．這節(jié)課我們重點(diǎn)研究人造衛(wèi)星問題.,新課導(dǎo)入,,,運(yùn)動(dòng)，它比直線運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，為研究復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，就需要把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分為簡單的運(yùn)動(dòng)，本節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)一種常用的一種方法——運(yùn)動(dòng)的合成與分解．【導(dǎo)入二】播放課件：蠟塊在豎直方向做速度為v1的勻速直線運(yùn)動(dòng)，水平方向做速度為v2的勻速直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡為斜向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)．思考：軌跡真的是直線嗎？用什么方法可以搞清楚這個(gè)問題？嘗試：建立直角坐標(biāo)系；求出蠟塊在坐標(biāo)系中的軌跡方程，就可以知道該運(yùn)動(dòng)的性質(zhì).,新課導(dǎo)入,,例1(多選)如圖Z2－1所示，a、b、c是在地球大氣層外同一平面內(nèi)沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)的三顆衛(wèi)星，則()A．b、c的角速度相等，且大于a的角速度B．b、c的周期相等，且大于a的周期C．b、c的向心加速度大小相等，且大于a的向心加速度D．b、c的線速度大小相等，且小于a的線速度,,學(xué)習(xí)互動(dòng),人造衛(wèi)星運(yùn)行參量的比較,考點(diǎn)一,,圖Z2－1,,,學(xué)習(xí)互動(dòng),[答案]BD,,,學(xué)習(xí)互動(dòng),,學(xué)習(xí)互動(dòng),,例2[2016四川卷]國務(wù)院批復(fù)，自2016年起將4月24日設(shè)立為“中國航天日”.1970年4月24日我國首次成功發(fā)射的人造衛(wèi)星東方紅一號(hào)，目前仍然在橢圓軌道上運(yùn)行，其軌道近地點(diǎn)高度約為440km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約為2060km；1984年4月8日成功發(fā)射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星運(yùn)行在赤道上空35786km的地球同步軌道上．設(shè)東方紅一號(hào)在遠(yuǎn)地點(diǎn)的加速度為a1，東方紅二號(hào)的加速度為a2，固定在地球赤道上的物體隨地球自轉(zhuǎn)的加速度為a3，則a1、a2、a3的大小關(guān)系為()A．a(chǎn)2＞a1＞a3B．a(chǎn)3＞a2＞a1C．a(chǎn)3＞a1＞a2D．a(chǎn)1＞a2＞a3,,,圖Z2－2,,,學(xué)習(xí)互動(dòng),[答案]D,,,學(xué)習(xí)互動(dòng),[答題要點(diǎn)]解決本題的關(guān)鍵是認(rèn)清三個(gè)物體(赤道上的物體、近地衛(wèi)星、同步衛(wèi)星)之間的關(guān)系．,,,學(xué)習(xí)互動(dòng),例3(多選)關(guān)于地球同步衛(wèi)星，下列說法正確的是()A．它們的質(zhì)量一定是相同的B．它們的周期、高度、速度大小一定是相同的C．我國發(fā)射的地球同步衛(wèi)星可以定點(diǎn)在北京上空D．我國發(fā)射的地球同步衛(wèi)星必須定點(diǎn)在赤道上空,,學(xué)習(xí)互動(dòng),地球同步衛(wèi)星,考點(diǎn)二,,,[答案]CD,,,學(xué)習(xí)互動(dòng),例4(多選)我國已于2011年9月末發(fā)射“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器，11月初發(fā)射“神舟八號(hào)”飛船并與“天宮一號(hào)”成功實(shí)現(xiàn)對(duì)接．圖Z2－3為“天宮一號(hào)”和“神舟八號(hào)”繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的示意圖，A代表“天宮一號(hào)”，B代表“神舟八號(hào)”，虛線為各自的軌道．由此可以判定()A．“天宮一號(hào)”的運(yùn)行速率大于“神舟八號(hào)”的運(yùn)行速率B．“天宮一號(hào)”的周期等于“神舟八號(hào)”的周期C．“天宮一號(hào)”的向心加速度小于“神舟八號(hào)”的向心加速度D．“神舟八號(hào)”適度加速有可能與“天宮一號(hào)”實(shí)現(xiàn)對(duì)接,,學(xué)習(xí)互動(dòng),衛(wèi)星(飛船、探測器、空間站)變軌問題,考點(diǎn)三,,,圖Z2－3,,,學(xué)習(xí)互動(dòng),[答案]BD,,,學(xué)習(xí)互動(dòng),,,學(xué)習(xí)互動(dòng),備用習(xí)題,,,如圖所示，一個(gè)飛行器圍繞地球沿半徑為r的圓軌道1運(yùn)動(dòng)．經(jīng)P點(diǎn)時(shí)，啟動(dòng)推進(jìn)器短時(shí)間向前噴氣使其變軌，2、3是與軌道1相切于P點(diǎn)的可能軌道．則飛行器()A．變軌后將沿軌道2運(yùn)動(dòng)B．相對(duì)于變軌前運(yùn)行周期變長C．變軌前、后在兩軌道上經(jīng)P點(diǎn)的速度大小相等D．變軌前、后在兩軌道上經(jīng)P點(diǎn)的加速度大小相等,[答案]D,備用習(xí)題,,,[解析]由于在P點(diǎn)推進(jìn)器向前噴氣，故飛行器將做減速運(yùn)動(dòng)，飛行器所需向心力減小，而在P點(diǎn)萬有引力保持不變，故飛行器將開始做近心運(yùn)動(dòng)，軌道半徑減小，故將沿軌道3運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律知，衛(wèi)星軌道半徑減小，則周期減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因?yàn)樽冘夁^程是飛行器向前噴氣過程，故是減速過程，所以變軌前、后經(jīng)過P點(diǎn)的速度大小不相等，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；飛行器在不同軌道經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)都是由萬有引力產(chǎn)生加速度，因此在同一點(diǎn)P，萬有引力產(chǎn)生的加速度大小相等，選項(xiàng)D正確．,,自我檢測,,1．(衛(wèi)星軌道)(多選)如圖Z2－4所示，O是地球球心，下列說法正確的是()A．同步衛(wèi)星軌道只能與軌道a共面B．同步衛(wèi)星軌道只能與軌道d共面C．衛(wèi)星可能的軌道為c、dD．衛(wèi)星可能的軌道為a、b,[答案]AC,,,圖Z2－4,[解析][解析]同步衛(wèi)星軌道只能與赤道共面，即只能與軌道a共面，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．衛(wèi)星的軌道必須過地心，衛(wèi)星可能的軌道為a、c、d，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．,,自我檢測,,2．(人造衛(wèi)星運(yùn)行參量的比較)(多選)有兩顆人造地球衛(wèi)星a、b在如圖Z2－5所示的軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是()A．a(chǎn)的周期比b的大B．a(chǎn)的向心加速度比b的小C．a(chǎn)的向心力比b的小D．a(chǎn)的角速度比b的大,[答案]AB,,,,圖Z2－5,,,自我檢測,,,自我檢測,,3．(變軌問題)2012年6月18日早上5點(diǎn)43分，“神舟九號(hào)”飛船完成了最后一次變軌，在與“天宮一號(hào)”對(duì)接之前“神舟九號(hào)”共完成了4次變軌，“神舟九號(hào)”某次變軌的示意圖如圖Z2－6所示，在A點(diǎn)從橢圓軌道Ⅱ進(jìn)入圓形軌道Ⅰ，B為軌道Ⅱ上的一點(diǎn)．關(guān)于飛船的運(yùn)動(dòng)，下列說法中錯(cuò)誤的是()A．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于經(jīng)過B的速度B．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的速度C．在軌道Ⅱ上運(yùn)動(dòng)的周期小于在軌道Ⅰ上運(yùn)動(dòng)的周期D．在軌道Ⅱ上經(jīng)過A的加速度小于在軌道Ⅰ上經(jīng)過A的加速度,[答案]D,,,,,圖Z2－6,,自我檢測,,,