高一物理万有引力的应用1剖析.pptx

万有引力定律的应用万有引力定律的应用一一.基本思路基本思路1.将行星（或卫星）的运动看成 是匀速圆周运动.2.万有引力充当向心力F引=F向.或在球体表面附近F引=G重一一.基本思路基本思路中心天体中心天体M转动天体转动天体m轨道半经轨道半经r二二.明确各个物理量明确各个物理量天体半经天体半经R三、实验室称量地球的质量、实验室称量地球的质量地球的质量怎样称量？地球的质量怎样称量？不可能用天平不可能用天平，但是通过万有引力定律但是通过万有引力定律可以可以“称量称量”！万有引力定律怎样称量万有引力定律怎样称量地球的质量呢？地球的质量呢？若不考虑地球自转的影响，地面上的物体的重力若不考虑地球自转的影响，地面上的物体的重力等于地球对它的引力等于地球对它的引力。mgGM其中其中g、R在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出G后，就意味着我们也测出了地球的质量。卡文迪许把他后，就意味着我们也测出了地球的质量。卡文迪许把他自己的实验说成是自己的实验说成是“称量地球的重量称量地球的重量”是不无道理的。是不无道理的。问题：我们为什么不考虑地球自传的影响呢？问题：我们为什么不考虑地球自传的影响呢？卡文迪许被称为卡文迪许被称为“第一个称量地球质量的人第一个称量地球质量的人”！三、实验室称量地球的质量、实验室称量地球的质量FnRMGmwrF引引地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系。地球表面物体的重力与地球对物体的万有引力的关系。物体物体m在纬度为在纬度为的位置，的位置，万有引力指向地心，分解为万有引力指向地心，分解为两个分力：两个分力：m随地球自转围随地球自转围绕地轴运动的向心力和重力。绕地轴运动的向心力和重力。向心力远小于重力，向心力远小于重力，万有引力大小近似等于重力。万有引力大小近似等于重力。因此通常可以不考虑（忽略）地球自转的影响。因此通常可以不考虑（忽略）地球自转的影响。三、实验室称量地球的质量、实验室称量地球的质量四四.应用一应用一天体质量的计算方法一.已知天体的球体半径R和球体表面重力加速度g.求天体的质量基本思路四四.应用一应用一天体质量的计算方法二.已知行星（或卫星）的公转周期T、轨道半径r，可求出中心天体的质量M（但不能求出行星或但不能求出行星或卫星的质量卫星的质量m m）四四.应用一应用一天体质量的计算基本思路四四.应用一应用一天体质量的计算方法三.已知行星（或卫星）运行的线速度v、轨道半径r，可求出中心天体的质量M（但不能求出行星但不能求出行星或卫星的质量或卫星的质量m m）四四.应用一应用一天体质量的计算基本思路四四.应用一应用一天体质量的计算方法四.已知行星（或卫星）的公转周期T、运行线速度v，可求出中心天体的质量M（但不能求出行星但不能求出行星或卫星的质量或卫星的质量m m）四四.应用一应用一天体质量的计算基本思路四四.应用二应用二天体密度的计算基本思路：根据上面四种方式算出中心天体的质量M，结合球体体积计算公式 物体的密度计算公式求出中心天体的密度四四.应用二应用二天体密度的计算以前两种计算天体质量的方法为例计算天体的密度以前两种计算天体质量的方法为例计算天体的密度四四.应用二应用二天体密度的计算当rR时四四.应用三应用三比较卫星的各个量基本思路：万有引力充当向心力F引=F向.四四.应用四应用四发现未知天体基本思路.当一个已知行星的实际轨道和理论计算的轨道之间有较大的误差时，说明还有未知的天体给这个行星施加引力.万有引力对研究天体运动有着重要的意义万有引力对研究天体运动有着重要的意义.海王星、海王星、冥王星就是这样发现的冥王星就是这样发现的在在18世纪发现的第七个行星世纪发现的第七个行星天王星的运动轨天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离离.当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星现的新星.后来，亚当斯和勒维列在预言位置的附后来，亚当斯和勒维列在预言位置的附近找到了这颗新星近找到了这颗新星.后来，科学家利用这一原理还后来，科学家利用这一原理还发现了许多行星的卫星，由此可见，万有引力定律发现了许多行星的卫星，由此可见，万有引力定律在天文学上的应用，有极为重要的意义在天文学上的应用，有极为重要的意义.四四.应用四应用四发现未知天体1846年年9月月23日由德国的伽勒发现了海王星。用同样的日由德国的伽勒发现了海王星。用同样的方法发现了冥王星。方法发现了冥王星。美国宇航局（美国宇航局（NASA）提供的冥王星（上者）与它的卫星的画面）提供的冥王星（上者）与它的卫星的画面冥王星为什么会被冥王星为什么会被“降级降级”？国际天文学联合会大会国际天文学联合会大会24日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，日投票决定，不再将传统九大行星之一的冥王星视为行星，而将其列入而将其列入“矮行星矮行星”。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系。许多人感到不解，为什么从儿时起就一直熟知的太阳系“九大行九大行星星”概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被概念如今要被重新定义，而冥王星又因何被“降级降级”？“行星行星”这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的这个说法起源于希腊语，原意指太阳系中的“漫游者漫游者”。近千年来，人们一直。近千年来，人们一直认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。认为水星、金星、地球、火星、木星和土星是太阳系中的标准行星。19世纪后，天文学家世纪后，天文学家陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的陆续发现了天王星、海王星和冥王星，使太阳系的“行星行星”变成了变成了9颗。此后，颗。此后，“九大行九大行星星”成为家喻户晓的说法。成为家喻户晓的说法。不过，新的天文发现不断使不过，新的天文发现不断使“九大行星九大行星”的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王的传统观念受到质疑。天文学家先后发现冥王星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围星与太阳系其他行星的一些不同之处。冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪世纪90年代以来，天年代以来，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战。国际天文学联合会大会通过的新行星定布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大挑战。国际天文学联合会大会通过的新行星定义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。义，意在弥合传统的行星概念与新发现的差距。大会通过的决议规定，大会通过的决议规定，“行星行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。在太阳系传统的天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。在太阳系传统的“九大行星九大行星”中，中，只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星由于只有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星符合这些要求。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被自动降级为“矮行星矮行星”。冥王星为什么会被冥王星为什么会被“降级降级”？小结：小结：1.了解应用万有引力定律解决问 题的基本思路.3.会根据条件计算天体的密度.2.掌握计算天体质量的方法4.会比较两个行星物理量的大小5.了解发现未知天体的基本思路 练习练习1.1.若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则若人造卫星绕地球作匀速圆周运动，则下列说法正确的是下列说法正确的是 （）A.A.卫星的轨道半径越大，它的卫星的轨道半径越大，它的 运行速度越大运行速度越大B.B.卫星的轨道半径越大，它的卫星的轨道半径越大，它的 运行速度越小运行速度越小C.C.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的 向心力越大向心力越大 D.D.卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的卫星的质量一定时，轨道半径越大，它需要的 向心力越小向心力越小B D练习练习2.2.三颗人造地球卫星三颗人造地球卫星A A、B B、C C 绕地球作匀速圆周绕地球作匀速圆周运动，如图所示，已知运动，如图所示，已知MMA A=M=MB B M v vB B =v=vCC B B周期关系为周期关系为 T TA A T TB B=T=TCC CC向心力大小关系为向心力大小关系为F FA A=F=FB B F FCC D D半径与周期关系为半径与周期关系为CAB地球地球A B D 练习练习3.3.如图所示，有如图所示，有A A、B B两颗行星绕同一颗恒星两颗行星绕同一颗恒星MM做圆周运做圆周运动，旋转方向相同，动，旋转方向相同，A A行星的周期为行星的周期为T T1 1，B B行星的周期为行星的周期为T T2 2，在，在某一时刻两行星相距最近，则某一时刻两行星相距最近，则 （）A A经过时间经过时间 t=Tt=T1 1+T+T2 2两行星再次相距最近两行星再次相距最近 B B 经过时间经过时间 t=Tt=T1 1T T2 2/(T/(T2 2-T-T1 1)，两行星再次相距最近，两行星再次相距最近 CC经过时间经过时间 t=(Tt=(T1 1+T+T2 2)/2)/2，两行星相距最远，两行星相距最远 D D经过时间经过时间 t=Tt=T1 1T T2 2/2(T/2(T2 2-T-T1 1)，两行星相距最远，两行星相距最远MAB解：经过时间解：经过时间 t t1 1，B B 转转n n 转，两行星再次相距最近，转，两行星再次相距最近，则则A A比比B B多转多转1 1 转转t1=nT2=（n+1）T1n=T1/(T2-T1)，t1=T1T2/(T2-T1)，经过时间经过时间 t t2 2，B B 转转m m 转，两行星再次相距转，两行星再次相距 最远，最远，则则A A比比B B多转多转1/2 1/2 转转 t2=mT2=（m+1/2）T1m=T1/2(T2-T1)t2=T1T2/2(T2-T1)B D