6.4 萬有引力理論的成就 學(xué)案(人教版必修2)

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高一 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


1.若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響,地面上質(zhì)量為m的物體所受的重力mg等于______對物
體的________,即mg=________,式中M是地球的質(zhì)量,R是地球的半徑,也就是物
體到地心的距離.由此可得出地球的質(zhì)量M=________.
2.將行星繞太陽的運(yùn)動近似看成____________運(yùn)動,行星做圓周運(yùn)動的向心力由
__________________________提供,則有________________,式中M是______的質(zhì)量,
m是________的質(zhì)量,r是________________________________,也就是行星和太陽中
心的距離,T是________________________.由此可得出太陽的質(zhì)量為:
________________________.
3.同樣的道理,如果已知衛(wèi)星繞行星運(yùn)動的________和衛(wèi)星與行星之間的________,也
可以計(jì)算出行星的質(zhì)量.
4.太陽系中,觀測行星的運(yùn)動,可以計(jì)算________的質(zhì)量;觀測衛(wèi)星的運(yùn)動,可以計(jì)算
________的質(zhì)量.
5.18世紀(jì),人們發(fā)現(xiàn)太陽系的第七個(gè)行星——天王星的運(yùn)動軌道有些古怪:根據(jù)
________________計(jì)算出的軌道與實(shí)際觀測的結(jié)果總有一些偏差.據(jù)此,人們推測,在
天王星軌道的外面還有一顆未發(fā)現(xiàn)的行星,它對天王星的________使其軌道產(chǎn)生了偏離.
________________和________________________確立了萬有引力定律的地位.
6.應(yīng)用萬有引力定律解決天體運(yùn)動問題的兩條思路是:(1)把天體(行星或衛(wèi)星)的運(yùn)動近
似看成是____________運(yùn)動,向心力由它們之間的____________提供,即F萬=F向,可
以用來計(jì)算天體的質(zhì)量,討論行星(或衛(wèi)星)的線速度、角速度、周期等問題.基本公式:
________=mv2r=mrω2=mr4π2T2.
(2)地面及其附近物體的重力近似等于物體與地球間的____________,即F萬=G=mg,
主要用于計(jì)算涉及重力加速度的問題.基本公式:mg=________(m在M的表面上),即
GM=gR2.
7.利用下列數(shù)據(jù),可以計(jì)算出地球質(zhì)量的是(  )
A.已知地球的半徑R和地面的重力加速度g
B.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的半徑r和周期T
C.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的半徑r和線速度v
D.已知衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運(yùn)動的線速度v和周期T
8.下列說法正確的是(  )
A.海王星是人們直接應(yīng)用萬有引力定律計(jì)算的軌道而發(fā)現(xiàn)的
B.天王星是人們依據(jù)萬有引力定律計(jì)算的軌道而發(fā)現(xiàn)的
C.海王星是人們經(jīng)過長期的太空觀測而發(fā)現(xiàn)的
D.天王星的運(yùn)行軌道與由萬有引力定律計(jì)算的軌道存在偏差,其原因是天王星受到軌
道外的行星的引力作用,由此,人們發(fā)現(xiàn)了海王星

【概念規(guī)律練】
知識點(diǎn)一 計(jì)算天體的質(zhì)量
1.已知引力常量G和下列各組數(shù)據(jù),能計(jì)算出地球質(zhì)量的是(  )
A.地球繞太陽運(yùn)行的周期及地球離太陽的距離
B.月球繞地球運(yùn)行的周期及月球離地球的距離
C.人造地球衛(wèi)星在地面附近繞行的速度及運(yùn)行周期
D.若不考慮地球自轉(zhuǎn),已知地球的半徑及重力加速度
2.已知引力常量G=6.67×10-11 N?m2/kg2,重力加速度g=9.8 m/s2,地球半徑R=6.4×106
m,則可知地球質(zhì)量的數(shù)量級是(  )
A.1018 kg B.1020 kg
C.1022 kg D.1024 kg
知識點(diǎn)二 天體密度的計(jì)算
3.一飛船在某行星表面附近沿圓軌道繞該行星飛行,若認(rèn)為行星是密度均勻的球體,那
么要確定該行星的密度,只需要測量(  )
A.飛船的軌道半徑 B.飛船的運(yùn)行速度
C.飛船的運(yùn)行周期 D.行星的質(zhì)量
4.假設(shè)在半徑為R的某天體上發(fā)射一顆該天體的衛(wèi)星,若衛(wèi)星貼近該天體的表面做勻
速圓周運(yùn)動的周期為T1,已知萬有引力常量為G,則該天體的密度是多少?若這顆衛(wèi)星
距該天體表面的高度為h,測得在該處做圓周運(yùn)動的周期為T2,則該天體的密度又是多
少?
知識點(diǎn)三 發(fā)現(xiàn)未知天體
5.科學(xué)家們推測,太陽系的第九大行星就在地球的軌道上,從地球上看,它永遠(yuǎn)在太陽
的背面,人類一直未能發(fā)現(xiàn)它,可以說是“隱居”著的地球的“孿生兄弟”.由以上信
息我們可以推知(  )
A.這顆行星的公轉(zhuǎn)周期與地球相等
B.這顆行星的自轉(zhuǎn)周期與地球相等
C.這顆行星的質(zhì)量與地球相等
D.這顆行星的密度與地球相等
【方法技巧練】
應(yīng)用萬有引力定律分析天體運(yùn)動問題的方法
6.近地人造衛(wèi)星1和2繞地球做勻速圓周運(yùn)動的周期分別為T1和T2,設(shè)在衛(wèi)星1、衛(wèi)
星2各自所在的高度上的重力加速度大小分別為g1、g2,則(  )
A.g1g2=(T1T2)4/3 B.g1g2=(T2T1)4/3
C.g1g2=(T1T2)2 D.g1g2=(T2T1)2
7.已知地球半徑R=6.4×106 m,地面附近重力加速度g=9.8 m/s2.計(jì)算在距離地面高為
h=2×106 m的圓形軌道上的衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動的線速度v和周期T.

參考答案
課前預(yù)習(xí)練
1.地球 引力 GMmR2 gR2G
2.勻速圓周 太陽對行星的萬有引力 GMmr2=mr(2πT)2 太陽 行星 行星繞太陽運(yùn)動的軌道半徑 行星繞太陽運(yùn)動的公轉(zhuǎn)周期 M=4π2r3GT2
3.周期 距離
4.太陽 行星
5.萬有引力定律 吸引 海王星的發(fā)現(xiàn) 哈雷彗星的“按時(shí)回歸”
6.(1)勻速圓周 萬有引力 GMmr2 (2)萬有引力 GMmR2
7.ABCD [設(shè)相對地面靜止的某一物體的質(zhì)量為m,則有GMmR2=mg得M=gR2G,所以A選項(xiàng)正確.設(shè)衛(wèi)星質(zhì)量為m,則萬有引力提供向心力,GMmr2=m4π2rT2得M=4π2r3GT2,所以B選項(xiàng)正確.設(shè)衛(wèi)星質(zhì)量為m,由萬有引力提供向心力,GMmr2=mv2r,得M=v2rG,所以C選項(xiàng)正確.設(shè)衛(wèi)星質(zhì)量為m,由萬有引力提供向心力,GMmr2=mω2r=mvω=mv2πT,由v=rω=r2πT,消去r得M=v3T2πG,所以D選項(xiàng)正確.]
8.D
課堂探究練
1.BCD
2.D
點(diǎn)評 天體質(zhì)量的計(jì)算僅適用于計(jì)算被環(huán)繞的中心天體的質(zhì)量,無法計(jì)算圍繞中心天體做圓周運(yùn)動的天體的質(zhì)量,常見的天體質(zhì)量的計(jì)算有如下兩種:
(1)已知行星的運(yùn)動情況,計(jì)算太陽質(zhì)量.
(2)已知衛(wèi)星的運(yùn)動情況,計(jì)算行星質(zhì)量.
3.C [因?yàn)镚MmR2=m4π2T2R,所以M=4π2R3GT2,又因?yàn)閂=43πR3,ρ=MV,所以ρ=3πGT2,選項(xiàng)C正確.]
點(diǎn)評 利用飛船受到行星的萬有引力提供飛船做圓周運(yùn)動的向心力進(jìn)行分析.
4.3πGT21 3π(R+h)3GT22R3
解析 設(shè)衛(wèi)星的質(zhì)量為m,天體的質(zhì)量為M.衛(wèi)星貼近天體表面做勻速圓周運(yùn)動時(shí)有
GMmR2=m4π2T21R,則M=4π2R3GT21
根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知星球的體積V=43πR3
故該星球密度ρ1=MV=4π2R3GT21?43πR3=3πGT21
衛(wèi)星距天體表面距離為h時(shí)有
GMm(R+h)2=m4π2T22(R+h)
M=4π2(R+h)3GT22
ρ2=MV=4π2(R+h)3GT22?43πR3=3π(R+h)3GT22R3
點(diǎn)評 利用公式M=4π2r3GT2計(jì)算出天體的質(zhì)量,再利用ρ=M43πR3計(jì)算天體的密度,注意r指繞天體運(yùn)動的軌道半徑,而R指中心天體的半徑,只有貼近中心天體運(yùn)動時(shí)才有r=R.
5.A
6.B [衛(wèi)星繞天體做勻速圓周運(yùn)動,由萬有引力提供向心力有GMmR2=m(2πT)2R,可得T2R3=K為常數(shù),由重力等于萬有引力有GMmR2=mg,聯(lián)立解得g=GM3T4K2=GMK23T43,則g與T43成反比.]
7.6.9×103 m/s 7.6×103 s
解析 根據(jù)萬有引力提供衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動的向心力,有
GMm(R+h)2=mv2R+h
知v= GMR+h①
由地球表面附近萬有引力近似等于重力,即GMmR2=mg得GM=gR2②
由①②兩式可得
v= gR2R+h=6.4×106× 9.86.4×106+2×106 m/s
=6.9×103 m/s
運(yùn)動周期T=2π(R+h)v
=2×3.14×(6.4×106+2×106)6.9×103 s=7.6×103 s
方法總結(jié) 解決天體問題的兩條思路

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