物理万有引力定律的应用课件-2024-2025学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

第二节

万有引力定律的应用高中物理鲁科版（2019）必修第二册教学课件TeachingCourseware20XX.XX.XX第四章万有引力定律与航天PART.1PART.2PART.3PART.4素养目标新课讲解新课导入经典例题目录CONTENTSPART.2PART.4课堂练习课堂小结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。素养目标新课导入人类借助宇宙飞船，飞向万籁俱寂的茫茫太空，不仅登上了月球，还孜孜不倦地探索更遥远的星空。思考：是什么力支配着行星绕着太阳做如此和谐而有规律的运动呢？新课导入阿基米德:“给我一个支点，我可以撬动地球”思考：能通过杠杆原理（天平）直接称量地球的质量吗？新课讲解Newlessonexplanation新课讲解一、天体质量的计算

若不考虑地球自转的影响，地面上物体受到的重力等于地球对物体的吸引力。RMθωrmgF向F引m“黄金代换式”新课讲解天体的半径天体表面重力加速度万有引力常量天体的质量由于g、R在卡文迪许之前已经知道，而卡文迪许测出G后，就意味着也测出了地球的质量。卡文迪许被称为“第一个称量地球质量的人”！亨利·卡文迪许

新课讲解若考虑地球自转的影响F引GF向F引

F引GF向r(1)万有引力的一个分力提供物体随地球自转的向心力，一个分力为重力。(4)在其他：重力随纬度的增大而增大。(2)在南北极：F引=

G(5)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。重力达到最大值(3)在赤道：F引=

G′+

FnFn

=

m𝜔2R，最大，此时重力最小新课讲解RMθωrmR=6×106ma=0.034m/s2F向<<G重，粗略计算时，可忽略地球自转的影响在赤道上的物体向心加速度多大？

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？新课讲解方法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。方法2、若已知卫星绕地球做匀速圆周运动的的轨道半径r和运行的线速度v。新课讲解环绕法①将行星（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动。②万有引力充当向心力F引=Fn或在球体表面附近F引=G重Mm只要知道某小天体围绕某中心天体做圆周运动的周期和两天体之间的距离，就可求出中心天体的质量。新课讲解二、人造卫星上天在1687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，物体就围绕地球旋转，物体就不会落回地面，成为一颗人造卫星。英国科学家牛顿(1643-1727)v增大思考：当物体速度非常大时，物体会怎样运动？新课讲解【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Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球质量M=5.98×1024kg,地球半径R=6400km,地球表面重力加速度g=9.8m/s2)5.98×1024kg6400km6.67×10-11Nm2/kg2g=9.8m/s2R=6400km新课讲解说明：(1)如果卫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；(2)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。

v1=7.9km/s1、第一宇宙速度环绕速度：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。新课讲解使卫星挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度。2、第二宇宙速度v2=11.2km/s使卫星挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。3、第三宇宙速度

v3=16.7km/s（脱离速度）（逃逸速度）新课讲解将各种卫星绕地球运动都近似看成匀速圆周运动，你能推出卫星环绕速度、角速度、周期、向心加速度与轨道半径的关系吗？地球新课讲解地球思考：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新课讲解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。①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。人造地球卫星的运行轨道新课讲解地球同步卫星相对于地面静止的，和地球具有相同周期的卫星，T=24h，因为地球同步卫星主要用于通信等方面，故又叫通信卫星。

同步卫星在赤道正上方（因为同步卫星相对地面某点的位置保持不变），所以轨道平面与赤道重合。

发射3颗等距分布的通信卫星几乎可以实现全球通信。新课讲解定周期T=24h定高度定轨道平面=36000km赤道平面定位置赤道上空高36000km的圆周上某点定速度=3.1km/s同步卫星的r、h、T、v、ω、a都是定值。地球同步卫星新课讲解天王星？海王星亚当斯与勒维烈预测在天王星附近还有一颗行星。经典例题ClassicExample经典例题例题1.下列图中描绘的人造卫星轨道，不正确的是（）A B C DD经典例题例题2.（多选）已知下列哪组数据，可以计算出地球的质量M()A、地球绕太阳运行的周期T地及地球距离太阳中心的距离R地日B、月球绕地球运行的周期T月及月球离地球中心的距离R月地C、人造地球卫星在地面附近绕行时的速度v和运行周期T卫D、若不考虑地球的自转，已知地球的半径及重力加速度BCD经典例题例题3.飞船在某行星表面附近沿圆轨道绕该行星飞行，认为行星是密度均匀的球体，要确定该行星的密度，只需要测量()A.飞船的轨道半径

B.飞船的质量

C.飞船的运行周期

D.行星的质量AC课堂练习ClassroomPractice课堂练习1.关于万有引力的说法，正确的有()A．物体落到地面上，说明地球对物体有引力，物体对地球没有引力B．万有引力定律是牛顿在总结前人研究的基础上发现的C．地面上自由下落的苹果和天空中运行的月亮，受到的都是地球的万有引力D．F=Gm1m2/r2中的G是一个比例常数，是没有单位的BC课堂练习2.有一星球的密度与地球的密度相同,但它表面处的重力加速度是地球表面处的重力加速度的4倍,则该星球的质量是地球质量的(

)A. B.4倍

C.16倍

D.64倍D课堂练习3.通过观测冥王星的卫星,可以推算出冥王星的质量。假设卫星绕冥王星做匀速圆周运动,除了引力常量外,至少还需要两个物理量才能计算出冥王星的质量。这两个物理量可以是(

)A.卫星的质量和轨道半径B.卫星的运行周期和角速度C.卫星的质量和角速度D.卫星的速度和角速度课堂练习4.(多选)下列关于三种宇宙速度的说法正确的是(

)A.第一宇宙速度v1=7.9km/s,第二宇宙速度v2=11.2km/s,则人造卫星绕地球在圆轨道上运行时的速度大于等于v1,小于v2B.美国发射的凤凰号火星探测卫星,其发射速度大于第三宇宙速度C.第二宇宙速度是在地面附近使物体可以挣脱地球引力束缚,成为绕太阳运行的人造行星的最小发射速度D.第一宇宙速度7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周运动的最大运行速度CD课堂练习解析:根据v=可知,卫星的轨道半径r越大,即距离地面越远,卫星的环绕速度越小,v1=7.9km/s是人造地球卫星绕地球做圆周