粤教版高中物理必修二第三章 3.2万有引力定律的应用 学案.doc
《粤教版高中物理必修二第三章 3.2万有引力定律的应用 学案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《粤教版高中物理必修二第三章 3.2万有引力定律的应用 学案.doc(13页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 课前自主预习1万有引力定律的表达式,其适用条件2引力常量:表达式中的为引力常量,其大小在数值上等于质量各为1kg的物体相距1m时的万有引力。是卡文迪许首先利用扭秤实验装置测出的。3分析天体运动的基本思路:把天体的运动看做是 ,所需的向心力由 提供,即=。4万有引力定律具有普遍性、。5(单选)对于万有引力定律的表达式,下列说法中正确的是()A公式中G为引力常量,它是由实验测得的,而不是人为规定的B当r趋于零时,万有引力趋于无限大Cm1、m2相等时,两物体受到的引力大小才相等D两物体受到的引力总是大小相等、方向相反,是一对平衡力课前自主预习答案:1.,两个质点间2.mkg 3.匀速圆周运动,万有
2、引力,4.相互性,宏观性,特殊性5.A 课堂互动探究知识点1:天体质量和密度的计算新知探究卡文迪许把他自己的实验说成是“称地球的质量”,他是根据 “称”地球的质量的。天体质量不可能直接称量,但可以间接测量天体卫星做圆周运动所需的向心力由万有引力提供,即mmr,因此可得M ,测出天体卫星的环绕周期和环绕半径即可计算天体质量图321答案:万有引力定律,重点归纳1基本方法:把天体(或人造卫星)的运动看成匀速圆周运动,其所需向心力由万有引力提供2解决天体圆周运动问题的两条思路(1)在地面附近万有引力近似等于物体的重力,F引mg,即Gmg,整理得GMgR2.(2)天体运动都可以近似地看成匀速圆周运动,其
3、向心力由万有引力提供,即F引F向一般有以下几种表达形式:GmGm2rGmr3 天体质量和密度的计算(1)“g、R”计算法:利用天体表面的物体所受重力约等于万有引力得:M;.(2)“T、r”计算法:利用绕天体运动的卫星所需向心力由万有引力提供,再结合匀速圆周运动知识得:M;(R表示天体半径).【例1】为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量M.已知地球半径R6.4106 m,地球质量m61024 kg,日地中心的距离r1.51011 m,地球表面的重力加速度g10 m/s2,1年约为3.2107 s,试估算目前太阳的质量M.(保留一位有效数字,引力常数未知)解:设T为地球绕太阳运动的周期,则由
4、万有引力定律和动力学知识得Gm(2/T)2r对地球表面物体m,有mgG两式联立,得M,代入数据得M21030 kg.来源:学&科&网Z&X&X&K触类旁通1已知太阳光射到地面约需时间497S,试估算太阳的质量。解析:应用万有引力定律可以“称重”天体的质量,本题要求我们“称量”太阳的质量,注意由光的传播速度得出日地间距。地球绕太阳运行的轨道半径就是太阳和地球之间的距离,这个距离是m地球绕太阳运行的周期为1年,即SS设太阳和地球的质量分别为M和m,由于故kg点评:求解天体质量的两个主要数据,一是绕天体运行的行星或卫星的轨道半径(r),二是运行周期(T)。注意本题中运行周期为隐含条件(地球公转周期为
5、1年)。【例2】假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星,若它贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T1,已知引力常数为G,则该天体的密度为多少?若这颗卫星距该天体表面的高度为h,测得在该处做匀速圆周运动的周期为T2,则该天体的密度又可表示为什么?故该天体的密度当卫星距天体表面距离为h时有Gm(Rh),M.触类旁通2“神舟六号”飞船在预定圆轨道上飞行,每绕地球一圈需要时间为90 min,每圈飞行路程为L4.2104 km.试根据以上数据估算地球的质量和密度(地球半径R约为6.37103 km,引力常量G取6.671011 Nm2/kg2,结果保留两位有效数字)解:由L2r得r6.69103
6、 km由Gmr,得M6.21024 kg又由,VR3得5.6103 kg/m3.知识点2:人造地球卫星和宇宙速度新知探究美国有部电影叫光速侠,是说一个叫Daniel Light的家伙在一次事故后,发现自己拥有了能以光速奔跑的能力图322根据所学物理知识分析,如果光速侠要以光速从纽约跑到洛杉矶救人, 能实现吗?答案:不可能实现因为当人或物体以大于第一宇宙速度的速度在地表运动时,会脱离地表,到达外太空,即在地表运动的速度不能超过7.9 km/s.重点归纳1人造地球卫星的轨道卫星绕地球做匀速圆周运动时,由地球对它的万有引力充当向心力,地球对卫星的万有引力指向地心而做匀速圆周运动的物体的向心力时刻指向
7、它所做圆周运动的圆心因此卫星绕地球做匀速圆周运动的圆心必与地心重合这样就存在三类人造地球卫星轨道(如图323所示):(1)赤道轨道,卫星轨道在赤道平面,卫星始终处于赤道上方;(2)极地轨道,卫星轨道平面与赤道平面垂直,卫星通过两极上空;(3)一般轨道,卫星轨道和赤道成一定角度图3232人造卫星的线速度、角速度、周期、加速度与半径的关系(1)由Gm得v.即v,说明卫星的运动轨道半径越大,其运行线速度就越小(2)由Gm2r得,即,说明卫星的运动轨道半径越大,其角速度越小(3)由Gmr得T2,即T,说明卫星的运动轨道半径越大,其运行周期越长(4)由Gma得a,即a,说明卫星的运动轨道半径越大,其加速
8、度越小3地球同步卫星(1)周期、角速度与地球自转周期、角速度相同,T24 h.(2)轨道是确定的,地球同步卫星的运行轨道在赤道平面内(3)在赤道上空距地面高度有确定的值由万有引力提供向心力得Gm(2/T)2(Rh),解得hR3.6107 m.4三种宇宙速度(1)第一宇宙速度(环绕速度):v17.9 km/s,是人造地球卫星的最小发射速度,也是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大速度(2)第二宇宙速度(脱离速度):v211.2 km/s,是使物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度(3)第三宇宙速度(逃逸速度):v316.7km/s,是使物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度(4)特别提醒:来源:Zxxk.
9、Com三种宇宙速度均指发射速度,不要误认为是环绕速度任何星体都有对应的宇宙速度以上三种宇宙速度是对地球而言的【例3】地球的半径为R0,地球表面的重力加速度为g,一个质量为m的人造卫星,在离地面高度为hR0的圆形轨道上绕地球运行,则()A人造卫星的角速度B人造卫星的周期T2C人造卫星受到地球的引力FmgD人造卫星的线速度v解析:离地面的高度为R0时,离地心的高度为r2R0,由和代换公式GMgR知,选项A正确;同理,由T2可得T24,B错误;由万有引力公式FG得Fmg,C错误;由v得v,D错误答案:A触类旁通3(双选,汕头质检)如图324所示,T代表“天宫一号”飞行器,S代表“神舟八号”飞船,它们
10、都绕地球做匀速圆周运动,其轨道如图中所示,则( AD )图324A.T的周期大于S的周期B.T的线速度大于S的线速度C.T的向心加速度大于S的向心加速度D.S和T的速度都小于环绕速度7.9 km/s解析:由Gmr得T2,即T,说明卫星的运动轨道半径越大,其运行周期越长,故T的周期大于S的周期,A对。由Gm得v.即v,说明卫星的运动轨道半径越大,其运行线速度就越小,故B错,D对。由Gma得a,即a,说明卫星的运动轨道半径越大,其加速度越小,故C错。答案:AD方法技巧易错易混实验透视方法技巧双星问题:天文学家将相距较近、仅在彼此的引力作用下运行的两颗恒星称为双星,双星系统在银河系中很普遍利用双星系
11、统中两颗恒星的运动特征可推算出它们的总质量双星运动有以下几个特点:(1)角速度相同;(2)圆心相同,轨道半径之和等于两者间距r;(3)彼此之间的万有引力提供向心力【例4】已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一固定点分别做匀速圆周运动,周期均为T,两颗恒星之间的距离为r,试计算这个双星系统的总质量(引力常量为G)解:设两颗恒星的质量分别为m1、m2,做圆周运动的半径分别为r1、r2,角速度分别是1、2.根据题意有12r1r2r根据万有引力定律和牛顿运动定律,有Gm1r1Gm2r2联立以上各式解得r1根据角速度与周期的关系知12联立式解得m1m2.触类旁通4土星周围有许多大小不等的岩石颗粒,
12、其绕土星的运动可视为圆周运动其中有两个岩石颗粒A和B与土星中心的距离分别为rA8.0104 km和rB1.2105 km.忽略所有岩石颗粒间的相互作用求:(结果可用根式表示)来源:学科网ZXXK(1)岩石颗粒A和B的线速度之比;(2)岩石颗粒A和B的周期之比解:(1)设土星质量为M0,岩石颗粒质量为m,岩石颗粒距土星中心距离为r,线速度为v,根据牛顿第二定律和万有引力定律有解得v对于A、B两岩石颗粒分别有vA,vB得(2)设岩石颗粒绕土星做圆周运动的周期为T则T对于A、B两岩石颗粒分别有TA,TB则.随堂练习一、单项选择题1假设地球的质量不变,而地球的半径增大到原来的2倍,则地球表面的重力加速
13、度为原来的( D )A2倍 B4倍 C.倍 D.倍解析:由Gmg,.2下列说法正确的是( D )A在某行星表面上的物体质量越大,加速度越大B对于同一行星来说,不计行星的自转,在行星某一高度处的重力加速度与距行星表面高度成正比C对于同一行星来说,不考虑自转影响,在行星某一高度处的重力加速度与距行星表面高度的平方成反比D以上说法均不对解析:由Gmg,g,可知选项A、B、C均错3某宇宙飞船绕一个不知名的行星表面飞行,要测定该行星的平均密度,只需测定( A )A运动周期 B环绕半径C行星的体积 D运行速度解析:由,可知选项A对4关于地球的第一宇宙速度,下列表述正确的是()A第一宇宙速度又叫环绕速度B第
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 粤教版高中物理必修二第三章 3.2万有引力定律的应用 学案 粤教版 高中物理 必修 第三 3.2 万有引力定律 应用
链接地址:https://www.31doc.com/p-4664197.html