2021_2022年新教材高中物理第4章万有引力定律及航天1天地力的综合：万有引力定律ppt课件鲁科必修

,第,4,章万有引力定律及航天,第,1,节天地力的综合：万有引力定律,第4章万有引力定律及航天,2021_2022年新教材高中物理第4章万有引力定律及航天1天地力的综合：万有引力定律ppt课件鲁科必修,必备知识,自主学习,一、行星的运动规律,【,情境思考,】,在浩瀚的星空中，存在无数的星体，这些星体都在运动，但是却没有碰撞，彼此都在按着自己的运行规律在运动。请思考，这些星体运行过程中存在什么规律？,提示：,每个星体都在绕着自己的中心天体在特定的轨道上运动。,必备知识自主学习一、行星的运动规律,开普勒三定律：,(1),轨道定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是,_,，太阳位于椭圆的一个,_,上。,(2),面积定律：任何一个行星与太阳的连线在相等的,_,内扫过的,_,相等。,椭圆,焦点,时间,面积,开普勒三定律：椭圆焦点时间面积,(3),周期定律：行星绕太阳运行轨道,_,与其,_,成正比，公式：,_=k,。,半长轴,a,的立方,公转周期,T,的平方,(3)周期定律：行星绕太阳运行轨道_,二、万有引力定律,【,情境思考,】,地球是有质量的，人是有质量的，地球上的其他物体也是有质量的。请思考：人和地球之间是有吸引力的，那么任意两个物体之间是否都存在引力呢？,提示：,任何两个物体间都存在引力。,二、万有引力定律,1.,内容：,自然界中任何两个物体都是相互,_,的，引力的方向沿,_,，,引力的大小,F,与这两个物体质量的,_,成正比，与这两个物体间的,_,成反比。,2.,表达式：,F=_,。,(1)r,是,_,的距离,(,若为匀质球体，则是,_,的距离,),。,(2)G,为万有引力常量，,G=_ Nm,2,/kg,2,。,吸引,两物体的连线,乘积,m,1,m,2,距离,r,的平方,两质点间,两球心,6.6710,-11,1.内容：吸引两物体的连线乘积m1m2距离r的平方两质点间两,【,易错辨析,】,(1),行星绕太阳运动的轨道是椭圆形的，太阳位于椭圆的中心。,(),(2),相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的,面积。,(),(3),开普勒定律不仅适用于行星绕太阳的运动，也适用于卫星绕行星的,运动。,(),(4),据公式,F=,得：,r0,时，,F,。,(),(5),引力常量,G,只是一个比例系数，没有单位。,(),【易错辨析】,关键能力,合作学习,知识点一开普勒三定律的认识和应用,(1),开普勒行星运动定律是根据行星运动的观察结果归纳总结出来的，它们都是经验定律，且开普勒行星运动定律只涉及运动学等方面的内容。,(2),圆周运动可看成椭圆运动的特例，所以在一般情况下，可把行星的运动当作圆周运动来处理，此时，,r,为圆周运动的轨道半径，,T,为圆周运动的周期。,(3),表达式,=k,中的,k,仅由中心天体决定，与周围绕行的星体无关。,关键能力合作学习知识点一开普勒三定律的认识和应用,【,问题探究,】,地球是绕太阳运行的一颗行星，如图所示为地球绕太阳运动的示意图。其中,A,、,B,、,C,、,D,分别表示春分、夏至、秋分、冬至时地球所在的位置，根据开普勒关于行星的运动规律，请回答：,1,年之内秋冬两季比春夏两季为什么要少几天？,提示：,根据开普勒第二定律，地球在秋冬两季比在春夏两季离太阳距离近，线速度大，所以秋冬两季比春夏两季要少几天。,【问题探究】,【,典例示范,】,【,典例,】,开普勒分别于,1609,年和,1619,年发表了他发现的行星运动规律，后人称之为开普勒行星运动定律。火星和地球沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，且火星的半长轴大于地球的半长轴。根据开普勒行星运动定律可知,(,),A.,太阳位于火星和地球运行轨道的中心,B.,火星绕太阳运动的周期大于地球绕太阳运动的周期,C.,对于火星或地球，离太阳越远，运动速率就越大,D.,相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于地球与太阳连线扫过的面积,【典例示范】,【,解析,】,选,B,。开普勒第一定律指出，行星绕太阳运动的轨道都是椭圆形，太,阳位于椭圆的一个焦点上，故,A,错误；根据开普勒第三定律,=k,可知，半长,轴,a,越大，周期,T,越大，火星的半长轴大于地球的半长轴，因此火星绕太阳运动,的周期大于地球绕太阳运动的周期，所以,B,正确；由开普第二定律可知，行星,在近日点速度最大，远日点速度最小，故,C,错误；开普勒第二定律是对同一行,星而言，故,D,错误。,【解析】选B。开普勒第一定律指出，行星绕太阳运动的轨道都是椭,【,规律方法,】,开普勒定律的应用技巧,(1),适用对象：开普勒定律不仅适用于行星，也适用于卫星，只不过此时,=k,，比值,k,是由中心天体所决定的另一恒量，与环绕天体无关。,(2),定律的性质：开普勒定律是总结行星运动的观察结果而总结出来的规律。它们每一条都是经验定律，都是从观察行星运动所取得的资料中总结出来的。,(3),对速度的认识：当行星在近日点时，速度最大。由近日点向远日点运动的过程中，速度逐渐减小，在远日点时速度最小。,【规律方法】开普勒定律的应用技巧,【,素养训练,】,1.(,母题追问,),在,【,典例,】,所处物理情境中，火星绕太阳运行的半长轴大约是地球绕太阳运行半长轴的,1.5,倍，那么火星的公转周期是,(,),A.1.5,年,B.,年,C.,年,D.,年,【,解析,】,选,D,。开普勒第三定律中,=k(k,只与太阳质量有关,),，,所以 ，得,T,火,=T,地,，故,D,正确，,A,、,B,、,C,错误。,【素养训练】,2.,在天文学上，春分、夏至、秋分、冬至将一年分为春、夏、秋、冬四季。如图所示，从地球绕太阳的运动规律入手，下列判断正确的是,(,),A.,在冬至日前后，地球绕太阳的运行速率较小,B.,在夏至日前后，地球绕太阳的运行速率较大,C.,春夏两季与秋冬两季时间相等,D.,春夏两季比秋冬两季时间长,2.在天文学上，春分、夏至、秋分、冬至将一年分为春、夏、秋、,【,解析,】,选,D,。由开普勒第二定律可知，冬至日地球在轨道的近日点，运行速率最大，夏至日地球在轨道的远日点，运行速率最小，故,A,、,B,错误；春夏两季的运行速度比秋冬两季的运行速度小，所以春夏两季比秋冬两季时间长，故,C,错误，,D,正确。,【解析】选D。由开普勒第二定律可知，冬至日地球在轨道的近日点,【,加固训练,】,某人造地球卫星运行时，其轨道半径为月球轨道半径的 ，则此卫星运行周期大约是,(,),A.3,5,天,B.5,7,天,C.7,9,天,D.,大于,9,天,【,解析,】,选,B,。月球绕地球运行的周期约为,27,天，根据开普勒第三定律,=k,，得 ，则,T=27 (,天,)5.2(,天,),。,【加固训练】,知识点二万有引力定律及其应用,1.,万有引力定律公式的适用条件：严格地说，万有引力定律公式,F=G,只适用于计算两个质点间的相互作用，但对于下述两类情况，也可用该公式计算：,(1),两个质量分布均匀的球体间的相互作用，可用该公式计算，其中,r,是两个球体球心间的距离。,(2),一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力，可用公式计算，其中,r,为球心到质点间的距离。,知识点二万有引力定律及其应用,2.,万有引力的“四性”：,2.万有引力的“四性”：,【,问题探究,】,李华认为两个人距离非常近时，根据公式,F=,，可得：,r0,时，,F,。李华同学的想法正确吗？为什么？,提示：,不正确，因为两个人距离非常近时，不能视为质点，此公式不成立。,【问题探究】,【,典例示范,】,【,典例,】,如图所示，,2019,年,1,月,3,日，“嫦娥四号”飞船完成人类航天史上的,一项壮举,成功软着陆在月球背面。已知“嫦娥四号”飞船的质量是,m=1 000 kg,月球的质量是,M=710,22,kg,月球半径,R=1 700 km,引力常量为,G=6.6710,-11,Nm,2,/kg,2,求,:,月球对在,月球表面“嫦娥四号”飞船,的引力,大小,(,计算结果保留两位有效数字,),。,【典例示范】,【,审题关键,】,【审题关键】,【,解析,】,根据万有引力定律可得，月球对飞船的引力为：,F,万,=,1.610,3,N,答案：,1.610,3,N,【解析】根据万有引力定律可得，月球对飞船的引力为：,【,规律方法,】,万有引力定律的解题步骤,(1),分析能否满足用,F=G,公式求解万有引力的条件。,(2),明确公式中各物理量的大小。,(3),利用万有引力公式求解引力的大小及方向。,【规律方法】万有引力定律的解题步骤,【,素养训练,】,1.(,母题追问,),在,【,典例,】,所处物理情境中，如果地球质量,M,地,=6.010,24,kg,，,月地平均距离为,r=3.810,8,m,，试求：,(1),地球对在月球表面“嫦娥四号”飞船的引力大小。,(2),地球对月球的万有引力大小。,(,计算结果保留两位有效数字,),【素养训练】,【,解析,】,(1),根据万有引力定律可得，地球对月球表面,“,嫦娥四号,”,飞船的引力为：,F,万,=2.8 N,(2),根据万有引力定律可得，地球对月球的引力为：,F,万,=,1.910,20,N,答案：,(1)2.8 N,(2)1.910,20,N,【解析】(1)根据万有引力定律可得，地球对月球表面“嫦娥四号,2.,我国“嫦娥四号”探测器成功在月球背面软着陆。在探测器“奔向”月球的,过程中，用,h,表示探测器与地球表面的距离，,F,表示它所受的地球引力，能够描,述,F,随,h,变化关系的图像是,(,),【,解析,】,选,D,。设地球的质量为,M,，半径为,R,。探测器的质量为,m,。根据万有引,力定律得：,F=,可知，,F,与,h,是非线性关系，,F-h,图像是曲线，且随着,h,的增大，,F,减小，故,A,、,B,、,C,错误，,D,正确。,2.我国“嫦娥四号”探测器成功在月球背面软着陆。在探测器“奔,【,加固训练,】,1.(,多选,),如图所示，三颗质量均为,m,的地球同步卫星等间隔分布在半径为,r,的圆轨道上，设地球质量为,M,，半径为,R,。下列说法正确的是,(,),A.,地球对一颗卫星的引力大小为,B.,一颗卫星对地球的引力大小为,C.,两颗卫星之间的引力大小为,D.,三颗卫星对地球引力的合力大小为,【加固训练】,【,解析,】,选,B,、,C,。地球对一颗卫星的引力，利用万有引力公式计算，卫星与地,球间的距离为,r,，地球与一颗卫星间的引力大小为 ，,A,项错误，,B,项正,确；由几何知识可得，两颗卫星之间的距离为,r,，两颗卫星之间利用万有,引力定律可得引力大小为 ，,C,项正确；三颗卫星对地球的引力大小相等，,方向在同一平面内，相邻两个力夹角为,120,，所以三颗卫星对地球引力的合,力等于零，,D,项错误。,【解析】选B、C。地球对一颗卫星的引力，利用万有引力公式计算,2.,某物体在地面上受到地球对它的万有引力为,F,，为使此物体受到的引力,减少到 ，此物体置于距地心的距离为,(R,指地球半径,)(,),A.R,B.R,C.4RD.8R,【,解析,】,选,B,。根据万有引力定律表达式得：,F=G,，其中,r,为物体到地球中,心的距离。某物体在地球表面，受到地球的万有引力为,F,，此时,r=R,，若此,物体受到的引力减小为 ，根据万有引力公式得出此时物体到地球中心的,距离为：,r=R,，故,B,正确，,A,、,C,、,D,错误。,2.某物体在地面上受到地球对它的万有引力为F，为使此物体受到,【,拓展例题,】,考查内容：割补法求解万有引力,【,典例,】,如图所示，在距一质量为,m,0,、半径为,R,、密度均匀的大球体,R,处有一质,量为,m,的质点，此时大球体对质点的万有引力为,F,1,，当从大球体中挖去一半径,为 的小球体后,(,空腔的表面与大球体表面相切,),，剩下部分对质点的万有引,力为,F,2,，求,F,1,F,2,的值。,【拓展例题】考查内容：割补法求解万有引力,【,解析,】,由于大球体被挖去一小球体后，不能看作质点，不能直接