2024版新教材高中物理第七章万有引力与宇宙航行3.万有引力理论的成就课件新人教版必修第二册

3．万有引力理论的成就核心素养定位物理观念(1)理解“称量”地球质量的基本思路．(2)理解计算太阳质量的基本思路．科学思维(1)理解万有引力定律在天文学上的重要应用——发现未知天体、预言哈雷彗星的回归．(2)能将天体问题中的对象和过程转换成相关模型后进行求解．科学态度与责任认识万有引力定律的科学成就，体会科学的迷人魅力，有探索太空、了解太空的兴趣．导学·掌握必备知识共研·突破关键能力精炼·落实学科素养导学·掌握必备知识一、“称量”地球的质量1．思路：若不考虑地球自转的影响，地面上质量为m的物体所受的重力mg等于__________________．

考虑自转时万有引力不等于重力2．关系式：mg＝________________．3．结果：m地＝________，只要知道g、R、G的值，就可计算出地球的质量．4．推广：若知道某星球表面的重力加速度和星球半径，可计算出该星球的________．地球对物体的引力

质量

万有引力质量周期三、天文现象的预测及其他成就1．发现未知天体：________和________根据天王星的观测资料，利用万有引力定律计算出天王星外“新”行星的轨道．德国的________在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星——海王星．

“笔尖下发现的行星”2．预言哈雷彗星回归：英国天文学家________，计算出哈雷彗星的周期约为76年，并预言这颗彗星将于1758年底或1759年初回归．3．其他成就(1)解释潮汐现象：海水受到__________的万有引力．(2)推测地球形状：赤道略鼓，两极略扁的________．(3)重力探矿．亚当斯勒维耶伽勒哈雷月球和太阳椭圆球体【情境思考】美国航天员斯科特于1971年登上月球后，在月球表面做了一个实验：将一片羽毛和一个铁锤从同一高度由静止同时释放，二者几乎同时落地．若羽毛和铁锤是从高度为h处下落，经时间t落到月球表面．已知引力常量为G.请对以下结论做出判断(不考虑月球自转的影响)．(1)羽毛和铁锤几乎同时落地是因为月球上没有空气阻力．(

)(2)根据所给数据可求得月球表面的自由落体加速度大小g月．(

)(3)根据所给数据可求出月球的质量M.(

)(4)根据所给数据可求出月球的平均密度ρ.(

)√√××1

卡文迪什实验室卡文迪什——第一个称量地球质量的人，英国剑桥大学以他的名字命名了“卡文迪什实验室”，该实验室培养出许多获得诺贝尔奖的科学家．1

明确各个物理量2

海王星的发现和哈雷彗星的“按时回归”确立了万有引力定律的地位，也成为科学史上的美谈．

2

“万能的”万有引力定律利用万有引力定律可以计算天体的质量、天体的密度，计算出未知的天体，预言彗星的运动特点等．后来在天文学领域，基于相对论，爱因斯坦又预言了一系列重要事件和现象．我国的北斗卫星导航系统、嫦娥五号月球取“土”、天问一号到访火星等一系列高科技领域都离不开万有引力定律．共研·突破关键能力目标一天体的质量和密度的计算【导思】仔细观察下列图片，请思考．(1)为什么说卡文迪什是“能称出地球质量”的人？(2)根据行星绕太阳的运动规律，如何计算出太阳的质量？

答案：C

例22021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并入轨运行．若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，引力常量为G.由下列物理量能计算出地球质量的是(

)A．核心舱的质量和绕地半径B．核心舱的质量和绕地周期C．核心舱的绕地角速度和绕地周期D．核心舱的绕地线速度和绕地半径答案：D

答案：D

目标二天体运动的分析与计算【导思】仔细观察下列图片，请思考：(1)与金星、火星相比，地球绕太阳转动一周的时间是更长还是更短？(2)如果知道地球绕太阳公转的半径和太阳的质量，可以得出地球公转的线速度吗？

3．天体运动的物理量与轨道半径的关系项目推导式关系式结论v与r的关系r越大，v越小ω与r的关系r越大，ω越小T与r的关系r越大，T越大an与r的关系r越大，an越小【典例】例4如图所示是按一定比例绘制的太阳系五颗行星的轨道，可以看出，行星的轨道十分接近圆，由图可知(

)A.火星的公转周期小于地球的公转周期B．水星的公转速度小于地球的公转速度C．木星的公转角速度小于地球的公转角速度D．金星的向心加速度小于地球的向心加速度答案：C

例5[2023·北京西城统考一模]木星有多颗卫星，下表列出了其中两颗卫星的轨道半径和质量，两颗卫星绕木星的运动均可看作匀速圆周运动．由表中数据可知(

)A.木星对木卫一的万有引力小于木星对木卫二的万有引力B．木卫一绕木星运动的向心加速度大于木卫二绕木星运动的向心加速度C．木卫一绕木星运动的线速度小于木卫二绕木星运动的线速度D．木卫一绕木星运动的周期大于木卫二绕木星运动的周期卫星轨道半径r/km卫星质量m/kg木卫一4.217×1058.93×1022木卫二6.710×1054.80×1022答案：B

例6[2023·新课标卷]2023年5月，世界现役运输能力最大的货运飞船天舟六号，携带约5800kg的物资进入距离地面约400km(小于地球同步卫星与地面的距离)的轨道，顺利对接中国空间站后近似做匀速圆周运动．对接后，这批物资(

)A．质量比静止在地面上时小B．所受合力比静止在地面上时小C．所受地球引力比静止在地面上时大D．做圆周运动的角速度大小比地球自转角速度大答案：D

精炼·落实学科素养

答案：B2．2022年4月15日，我国新一代同步轨道通信卫星“中星6D”在西昌卫星发射中心成功发射．如图所示，发射同步卫星时，可以先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经过一系列的变轨过程，将卫星送入同步圆轨道2，A点在轨道1上，B、C两点在轨道2上．卫星在轨道1、轨道2上的运动均可视为匀速圆周运动．卫星在轨道1上做匀速圆周运动的速度大小为v1，周期为T1；卫星在轨道2上做匀速圆周运动的速度大小为v2，周期为T2.下列关系正确的是(

)A．v1＞v2，T1＞T2B．v1＞v2，T1＜T2C．v1＜v2，T1＞T2D．v1＜v2，T1＜T2答案：B3．[2023·北京四校联考]科学家通过开普勒太空望远镜项目证实了太阳系外有一颗类似地球的、可适合居住的行星．该行星距离地球约600光年，体积是地球的2.4倍．这是目前被证实的从大小和运行轨道来说最接近地球形态的行星，它每290天环绕着一颗类似于太阳的恒星运转一圈．若该行星绕恒星做圆周运动的轨道半径可测量，引力常量G已知，根据以上数据可以估算的物理量有(

)A．行星的质量B．行星的密度C．恒星的质量D．恒星的密度答案：C

4.(多选)如图所示为中国月球探测工程的标志，它以中国书法的笔触，勾勒出一轮明月和一双踏在其上的脚印，象征着月球探测的终极梦想．若宇宙飞船在月球表面绕月飞行的周期为T，月球的半径为R，引力常量为G，飞船只受月球引力的作用，利用上述数据能算出(

)A．飞船的质量B．月球的质量C．太阳的质量D．飞船的向心加速度答案：BD

5．[2022·广东卷]“祝融号”火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季．假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一，且火星的冬季时长约为地球的1.88倍．火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动．下列关于火星、地球公转的说法正确的是(

)A．火星公转的线速度比地球的大B．火星公转的角速度比地球的大C．火