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《万有引力理论的成就》万有引力与宇宙航行PPT优秀课件

发布于:2020-05-03 14:24:20

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《万有引力理论的成就》万有引力与宇宙航行PPT优秀课件

第一部分内容:学习目标

1.了解万有引力定律在天文学上的重要应用.

2.了解“称量”地球质量、计算太阳质量的基本思路,会用万有引力定律计算天体的质量.

3.理解运用万有引力定律处理天体运动问题的思路和方法.

... ... ...

万有引力理论的成就PPT,第二部分内容:01梳理教材 夯实基础

一、“称量”地球的质量

1.思路:地球表面的物体,若不考虑地球自转的影响,物体的重力等于______________ .

2.关系式:mg=_______.

3.结果:m地=_______,只要知道g、R、G的值,就可计算出地球的质量.

4.推广:若知道其他某星球表面的重力加速度和星球半径,可计算出该星球的质量.

二、计算天体的质量

1.思路:质量为m的行星绕太阳做匀速圆周运动时,________________________充当向心力.

2.关系式:Gmm太r2=m4π2T2r.

3.结论:m太=______,只要再知道引力常量G,行星绕太阳运动的周期T和轨道半径r就可以计算出太阳的质量.

4.推广:若已知引力常量G,卫星绕行星运动的周期和卫星与行星之间的距离,可计算出行星的质量.

三、发现未知天体

1.海王星的发现:英国剑桥大学的学生_________和法国年轻的天文学家_________根据天王星的观测资料,利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道.1846年9月23日,德国的_________在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星.

2.其他天体的发现:海王星之外残存着太阳系形成初期遗留的物质.近100年来,人们在海王星的轨道之外又发现了_________、阋神星等几个较大的天体.

四、预言哈雷彗星回归

英国天文学家哈雷计算了1531年、1607年和1682年出现的三颗彗星的轨道,他大胆预言这三颗彗星是同一颗星,周期约为____,并预言了这颗彗星再次回归的时间.1759年3月这颗彗星如期通过了____点,它最近一次回归是1986年,它的下次回归将在____年左右.

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.(  )

(2)若知道某行星的自转周期和行星绕太阳做圆周运动的轨道半径,则可以求出太阳的质量.(  )

(3)已知地球绕太阳转动的周期和轨道半径,可以求出地球的质量.(  )

(4)海王星的发现表明了万有引力理论在太阳系内的正确性.(  )

(5)海王星的发现和彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位.(  )

2.已知引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2,地球表面的重力加速度g=9.8 m/s2,地球半径R=6.4×106 m,则可知地球的质量约为__________.(结果保留一位有效数字)

... ... ...

万有引力理论的成就PPT,第三部分内容:02探究重点 提升素养

一、天体质量和密度的计算

1.卡文迪什在实验室测出了引力常量G的值,他称自己是“可以称量地球质量的人”.

(1)他“称量”的依据是什么?

答案 若忽略地球自转的影响,在地球表面上物体受到的重力等于地球对物体的万有引力;

(2)若已知地球表面重力加速度g,地球半径R,引力常量G,求地球的质量和密度.

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?

天体质量和密度的计算方法

例1 (2019·潍坊一中期末)假设在半径为R的某天体上发射一颗该天体的卫星,已知引力常量为G,忽略该天体自转.

(1)若卫星距该天体表面的高度为h,测得卫星在该处做圆周运动的周期为T1,则该天体的密度是多少?

(2)若卫星贴近该天体的表面做匀速圆周运动的周期为T2,则该天体的密度是多少?

例2 (2019·临夏中学期末)若有一星球密度与地球密度相同,它表面的重力加速度是地球表面重力加速度的3倍,则该星球质量是地球质量的

A.27倍  B.3倍  C.0.5倍  D.9倍

二、天体运动的分析与计算

1.一般行星(或卫星)的运动可看做匀速圆周运动,所需向心力由中心天体对它的万有引力提供.

2.忽略自转时,mg=GMmR2,整理可得:GM=gR2.在引力常量G和中心天体质量M未知时,可用gR2替换GM,GM=gR2被称为“黄金代换式”.

3.天体运动的物理量与轨道半径的关系

(1)由GMmr2=mv2r得v=GMr.

(2)由GMmr2=mω2r得ω=GMr3.

(3)由GMmr2=m2πT2r得T=2πr3GM.

(4)由GMmr2=man得an=GMr2.

由以上关系式可知:①卫星的轨道半径r确定后,其相对应的线速度大小、角速度、周期和向心加速度大小是唯一的,与卫星的质量无关,即同一轨道上的不同卫星具有相同的周期、线速度大小、角速度和向心加速度大小.

②卫星的轨道半径r越大,v、ω、an越小,T越大,即越远越慢.

例3 在轨卫星碰撞产生的大量碎片会影响太空环境.假定有甲、乙两块碎片绕地球运动的轨道都是圆,甲的运行速率比乙的大,则下列说法中正确的是

A.甲的运行周期一定比乙的长

B.甲距地面的高度一定比乙的高

C.甲的向心力一定比乙的小

D.甲的向心加速度一定比乙的大

... ... ...

万有引力理论的成就PPT,第四部分内容:03随堂演练 逐点落实

1.(天体质量的计算)(多选)(2019·西安高级中学期中)已知下列哪组数据,可以算出地球的质量M(引力常量G已知)

A.月球绕地球运动的周期T1及月球到地球中心的距离R1

B.地球绕太阳运行的周期T2及地球到太阳中心的距离R2

C.人造地球卫星在地面附近的运行速度v3和运行周期T3

D.地球绕太阳运行的速度v4及地球到太阳中心的距离R4

2.(卫星各运动参量与轨道半径的关系)(2019·安阳市二十六中期末)我国高分系列卫星的高分辨对地观察能力不断提高.2018年5月9日发射的“高分五号”轨道高度约为705 km,之前已运行的“高分四号”轨道高度约为36 000 km,它们都绕地球做圆周运动.与“高分四号”相比,下列物理量中“高分五号”较小的是

A.周期  B.角速度

C.线速度  D.向心加速度

3.(天体密度的计算)地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,引力常量为G,可估算地球的平均密度为

4.(天体质量和密度的计算)一飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星运行,若认为行星是密度均匀的球体,引力常量已知,那么要确定该行星的密度,只需要测量

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

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