【物理】万有引力定律的应用、人类对太空的不懈探索课件-2023-2024学年高一下鲁科版(2019)必修第二册
33页1、第节2、3万有引力定律万有引力定律的的应用应用人类对太空的不懈探索人类对太空的不懈探索高中物理 必修第二册第4章高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节1.理解万有引力与重力的关系。2.掌握天体质量求解的基本思路。3.了解卫星的发射、运行等情况。知道三个宇宙速度的含义,会计算第一宇宙速度。4.了解海王星的发现过程,掌握研究天体(或卫星)运动的基本方法,并能用万有引力定律解决相关问题。学习目标高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节思考:万有引力定律如何帮助人们实现“飞天”的梦想?嫦娥三号奔月嫦娥三号奔月古代古代“飞天飞天”传说传说梦想实现引入高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节思考:能通过杠杆原理(天平)直接称量地球的质量吗?阿基米德:“给我一个支点,我可以撬动地球”卡文迪许被称为能“称出地球质量”的人。一、天体质量的计算高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节1.重力、万有引力和向心力之间的关系重力和向心力是万有引力的两个分力(1)静止在地面上的物体,若考虑地球自转的影响F引GF向F引F引GF向r思考:可以不考虑地球
2、自转的影响么?高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节结论:向心力远小于重力,万有引力大小近似等于重力。因此一般粗略计算中不考虑(或忽略)地球自转的影响。RMrmgmgF向向F引引m高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节(2)静止在地面上的物体,若不考虑地球自转的影响万有引力全部用来提供向心力RMrmgF引引思考:你还有其他办法测量出地球的质量吗?需要测量那些物理量呢?根据卫星绕地球做匀速圆周运动m高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节 方法方法1 1、选定一颗绕地球转动的卫星(例如月球),测定卫星的轨道半径和周期轨道半径和周期。方法方法2 2、若已知卫星绕地球做匀速圆周运动的的轨道半径轨道半径r r和运行的线速度和运行的线速度v v。高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节中心天体中心天体MM转动天体转动天体m m轨道半经轨道半经r r天体半经天体半经R R将行星(或卫星)的运动看成是匀速圆周运动。万有引力充当向心力F引=Fn或在球体表面附近F引=G重高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节在1687
3、年出版的自然哲学的数学原理中,牛顿设想抛出速度很大时,物体就不会落回地面。牛顿的设想思考:当物体速度非常大时,物体会怎样运动?人造卫星二、人造卫星上天高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节【方法一】万有引力提供物体作圆周运动的向心力【方法二】在地面附近,重力提供物体作圆周运动的向心力 那么,抛出速度为多大时,物体将不会落回地面而绕着地球表面运动呢?(已知已知已知已知=6.6710=6.6710=6.6710=6.6710-11-11-11-11NmNmNmNm2 2 2 2/kg/kg/kg/kg2 2 2 2,地球质量地球质量地球质量地球质量M=5.9810M=5.9810M=5.9810M=5.981024242424kg,kg,kg,kg,地球半径地球半径地球半径地球半径R=6400km,R=6400km,R=6400km,R=6400km,地球表面地球表面地球表面地球表面重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度g=9.8m/sg=9.8m/sg=9.8m/sg=9.8m/s2 2 2 2)高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节说明:()如果卫
4、星的速度小于第一宇宙速度,卫星将落到地面而不能绕地球运转;()等于这个速度,卫星刚好能在地球表面附近作匀速圆周运动;(环绕速度)物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,叫做第一宇宙速度。v v1 1=7.9km/s=7.9km/s1、第一宇宙速度高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节环绕速度:指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度。发射速度:指卫星进入轨道时的初速度。注意:7.9km/s是最小的发射速度,最大的环绕速度。高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节探究:若卫星的发射速度大于7.9km/s,会怎样呢?v=7.9km/s11.2v7.9v11.2km/s高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节地球地球思考:对于绕地球运动的人造卫星:(1)离地面越高,向心力越_.(2)离地面越高,线速度越_.(3)离地面越高,周期越_.(4)离地面越高,角速度越_.小大小小根据人造卫星运行的动力学方程高中物理必修第二册第4章 万有引力定律及航天 第2、3节赤道轨道其它轨道极地轨道所有卫星都在以地心为圆心的圆或椭圆轨道上。赤道轨道,卫星轨道在赤道
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