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物理课时达标练必修二同步:第六章万有引力与航天第5课时万有引力理论的成就
名师微课堂:/soft/3788125.html,/soft/3808068.html,本节课视频观看链接
计算天体的质量
地球质量的计算
,由此可以得到,地球的质量M= ,由于g、R的值已经测出
太阳质量的计算
利用某一行星:行星的运动看成是匀速圆周运动向心力由万有引力提供,
已知r、T可求
已知r、v可求
已知r、; 另一种方法是根据天体的圆周运动,即万有引力提供天体做圆周运动的向心力,即、。
其行星质量行星运动的卫星:测出该卫星与行星间的距离和的周期,同样可求出行星的质量。
若天体的半径为R,则天体的密度 ,将。若环绕天体表面运动=r),则只需测得其环绕周期就可以计算出天体密度。
未知天体
发现未知天体的轨道推算
,人们观测到太阳系第七行星——天王星的和利用计算出来的轨道有一些偏差。
未知天体的发现
已发现的天体的运行轨道结合万有引力定律推算出未知天体的,如和冥王星就是这样发现的。
要计算地球的质量,除已知的一些常数外还需知道某些数据,现给出下列各组数据,可以计算出地球质量的有( )
A.已知地球半径R
B.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和线速度v
C.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T
D.已知地球公转的周期T及运转半径r
要计算地球质量,就是把看做是中心天体,再根据条件列出相关方程,判断能否求出地球。
::相对于地面静止的某一物体质量为m,地球质量为根据地面上的物体所受的重力等于万有引力,得,所以A正确;设卫星的质量为由万有引力提供向心力得,即所以B正确;再 ,得所以C正确;若已知地球公转的周期及运转半径r′只能求出地球所围绕的中心天体——太阳的质量,不能求出地球的质量,所以。 21世纪,我国某宇航员踏上一半径为R的球状星体,该宇航员在该星体上能否用常规方法测量出该星球的质量?如果能,需要何种常用器材?
根据在星球表面星球与宇航员的万有引力近似等于宇航员的重力,有可得。故测出该表面的重力加速度就能测出的质量
解析:器材:弹簧测力计天平,
所以,该星球的质量为M=。
方法二:需要器材:秒表 gt2,
即g=,
所以,该星球的质量为M=。
方法三:卷尺、秒表0,再用卷尺测出平抛的水平射程s和下落高度h,即可求出g值
由平抛运动知识s=v0t,h=g t2
消去t,得g=·2h ①
由竖直上抛知识得v0=g· ②
将②代入①消去v0,得g=,
所以,该星球的质量M=。
点拨:分析天体运动的基本思路
(1)把天体运动看成是匀速圆周运动,其所需的向心力由万有引力提供;
(2)在地球表面或地面附近物体所受的重力等于地球对物体的万有引力。
如果把“神舟”十一号载人飞船绕地球运行看作是同一轨道上的匀速圆周运动,宇航员测得自己绕地心做匀速圆周运动的周期为T、距地面的高度为h,且已知地球半径为R、地球表面重力加速度为g,万有引力恒量为G。你能计算出下面哪些物理量?能计算的量写出计算过程和结果,不能计算的量说明理由。
(1)地球的质量;
(2)飞船线速度的大小;
(3)飞船所需的向心力。
首先要清楚已知的物理量,其次根据物理规律通过推导作出判断。
:()求出地球的质量
方法一: , M=。
方法二:,M=。
(2)能求出飞船线速度的大小v, )。
(3)不能计算出飞船所需的向心力,因飞船质量。地核的体积约为整个地球体积的16%,地核质量约为地球质量的34%,估算地核的平均密度根据题干已知信息,地核的可以转化为地球的密度,就这求地球的质量与体积
解析:设g为地球表面的重力加速度.由 得地球的体积
地球的平均密度 代入数据得 设地核的质量为m1,密度为ρ1,体积为V1由M=ρV,m1=ρ1V1得 。
假设有两个天体,质量分别为m1和m2,它们相距r;其他天体离它们很远,可以认为这两个天体除相互吸引作用外,不受其他外力作用。这两个天体之所以能保持距离r不变,完全是由于它们绕着共同“中心”(质心)做匀速圆周运动,它们之间的万有引力作为做圆周运动的向心力,“中心”O位于两个天体的连线上,与两个天体的距离分别为r1和r2 。
(1)r1、r2各多大?
(2)两天体绕质心O转动的角速度、线速度、周期各多大?
关于“双星”问题,要抓住角速度相等的特点,“”做圆周运动的向心力是由它们之间的万有引力提供的,即向心力大小是相等的。还注意,“”做圆周运动的圆心是它们连线上的一点,它们的圆轨道半径之和等于它们之间的距离。
()两个天体质点的相互作用的万有引力方向均沿两个天体的连,所以共同中心()位于连线上()
两个天体绕匀速圆周运动,可以看作是两个天体的连线角速度 匀速转动。有:
方程①②m1r1=m2r2。
根据题意有r1+r2=r可以求得 。
(2)由方程①②及r1r2的表达式经简单推算,即
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