6.3 万有引力定律的应用 课件 -2025-2026学年高一下学期物理沪科版必修第二册

该高中物理课件聚焦万有引力定律应用，以“牛顿大炮”问题导入，从近地卫星推导第一宇宙速度，到同步卫星轨道计算，再到变轨问题及宇宙速度，构建递进式学习支架衔接知识。 其亮点在于通过问题驱动（如卫星燃料消耗与速度关系）和模型建构（变轨轨道模型），结合科学思维中的科学推理与模型建构，如双星问题推导、赤道物体与卫星比较。题型汇总系统，助力学生提升分析能力，教师可高效开展分层教学。

第六章 万有引力定律 邹老师 6.3 万有引力定律的应用 二、卫星发射 北斗导航系统-56颗卫星 嫦娥三号 深空探测卫星--旅行者一号 2 二、卫星发射①近地卫星 Q：忽略阻力，在“牛顿大炮”的例子中，要使炮弹不再落回到地面上，炮弹发射的初速度至少为多少？ 已知：地球半径为，地球质量为。 联立得： 3 二、卫星发射①近地卫星 速度达到7.9km/s的炮弹将成为地球的一颗“近地卫星” “近地卫星”：现实中近地卫星的轨道高度一般在100km~200km，相比地球半径可以忽略，因此近地卫星的轨道半径可以近似等于地球半径。 第一宇宙速度：物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度 第一宇宙速度的另一种推导方法：重力提供向心力 4 二、卫星发射②地球同步轨道卫星 地球同步轨道卫星：运行周期与地球自转周期相等的卫星 Q：根据所学知识，计算地球同步轨道卫星的轨道高度。地球质量为。 ，地球半径为𝟔𝟑𝟕𝟎𝒌𝒎。 解： 地球同步卫星的周期 联立得： 5 二、卫星发射②地球同步轨道卫星 地球同步轨道卫星：运行周期与地球自转周期相等的卫星 Q：根据所学知识，计算地球同步轨道卫星的轨道高度。地球质量为。 ，地球半径为𝟔𝟑𝟕𝟎𝒌𝒎。 续： 地球同步卫星的轨道半径为 6 二、卫星发射②地球同步轨道卫星 地球同步轨道卫星 对地静止轨道卫星 对地静止轨道是一条特殊的地球同步轨道，其位于赤道上空 7 二、卫星发射②地球同步轨道卫星 地球同步轨道卫星的特点： 对地静止轨道卫星的特点： ②轨道位于赤道上空 ③运动方向与地球自转方向相同 8 二、卫星发射 近地卫星A轨道半径约为地球半径𝟔𝟑𝟕𝟎𝒌𝒎 地球同步轨道卫星B轨道半径约为 B A A的线速度 B的线速度 A的公转周期 B的公转周期 Q:发射卫星A消耗燃料多，还是发射卫星B消耗燃料多？ 为什么B的速度反而小呢？燃料的能量去到哪里了？ 9 二、卫星发射-变轨问题 A点：近地卫星被发射，绕地做匀速圆周运动 轨道1 轨道1 A 10 二、卫星发射-变轨问题 A B A点：近地卫星被发射，绕地做匀速圆周运动 B点：卫星点火，做离心运动 轨道1 轨道1 11 二、卫星发射-变轨问题 A B A点：近地卫星被发射，绕地做匀速圆周运动 B点：卫星点火，做离心运动 轨道变为椭圆 轨道1 轨道2 轨道1 轨道2 12 二、卫星发射-变轨问题 A点：近地卫星被发射，绕地做匀速圆周运动 B点：卫星点火，做离心运动 轨道变为椭圆 C B点—C点：卫星速度逐渐减小 轨道1 轨道2 轨道1 轨道2 A B C点：卫星速度小到万有引力大于所需的向心力，做向心运动 轨道2 13 二、卫星发射-变轨问题 A点：近地卫星被发射，绕地做匀速圆周运动 B点：卫星点火，做离心运动 轨道变为椭圆 C B点—C点：卫星速度逐渐减小 C点：卫星速度小到万有引力大于所需的向心力，做向心运动 轨道1 轨道2 轨道2 轨道1 轨道2 C点：若卫星再次点火，使万有引力等于所需向心力，做圆周运动 轨道3 轨道3 D D点：地球同步轨道卫星 A B 14 二、卫星发射-变轨问题 C 轨道1 轨道2 轨道3 D A B 比较卫星在下列位置的速度大小： 轨道1上的A点 轨道1上的B点 轨道2上的B点 轨道2上的C点 轨道3上的C点 轨道3上的D点 15 二、卫星发射-变轨问题 C 轨道1 轨道2 轨道3 D A B 比较卫星在下列位置的速度大小： 轨道1上的A点 轨道1上的B点 轨道2上的B点 轨道2上的C点 轨道3上的C点 轨道3上的D点 匀速圆周运动 点火 椭圆轨道 点火 匀速圆周运动 16 二、卫星发射-变轨问题 17 二、卫星发射-变轨问题 第一宇宙速度7.9km/s：物体在地球附近绕地球做匀速圆周运动的速度 若发射速度V>7.9km/s，卫星轨迹为椭圆 7.9km/s<V<11.2km/s，椭圆半长轴逐渐增大 第二宇宙速度11.2km/s：初速度超过 11.2 km/s的卫星将完全摆脱地球引力的束缚，成为围绕太阳运行的“人造行星”。 第三宇宙速度16.7km/s：初速度超过 16.7km/s的卫星将完全摆脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去 18 三、万有引力题型汇总 1.巧用“填补法”求物体间的万有引力 如图所示，阴影区域是质量分布均匀、质量为M、半径为R的球体挖去一个小圆球后的剩余部分。所挖去的小圆球的球心O′和大球体球心O的距离是。求球体的剩余部分对球体外离球心O距离为2R、质量为m的质点P的引力(P在两球心OO′连线的延长线上)。 P O 2R O’ P 2.5R 完整大圆对P点的万有引力： 挖去部分对P点的万有引力： 剩余部分对P点的万有引力： 19 三、万有引力题型汇总 2. 双星问题 A B 两颗质量相差不太大的星体组成的孤立系统 质量分别为、的两颗行星组成双星系统，间距为L 核心公式： （引力公式中的距离和圆周运动半径不一致） 20 三、万有引力题型汇总 例：两颗星球组成的双星质量分别为和，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的 O 点做周期相同的匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为 L，质量之比为。则和做圆周运动的半径之比是：_______， 做圆周运动的半径为__________ 2. 双星问题 两颗质量相差不太大的星体组成的孤立系统 万有引力提供圆周运动所需向心力： 则有： 由于： 解得： 21 三、万有引力题型汇总 3.赤道上的物体、近地卫星的比较 O A B C 赤道上的物体A 近地卫星B 同步卫星C Q1：A与B的线速度是否一样？ B的线速度： A的线速度： 对A来说：向心力只是万有引力的一个 很小的分力 对B来说：万有引力全部提供向心力 M=,G=,R=6370km 22 三、万有引力题型汇总 4.赤道上的物体，万有引力主要提供重力，向心力很小 对赤道上的物体： （忽略向心力，万有引力全部等于重力） （不忽略向心力,代表随地球自转的向心加速度） 设地球质量为、半径为、自转角速度为，引力常量为，且地球可视为质量分布均匀的球体。则同一物体在赤道和南极水平面上静止时所受的支持力大小之比为( ) B 23 三、万有引力题型汇总 5. 赤道物体、近地卫星、同步卫星的比较 O A B C 赤道上的物体A 近地卫星B 同步卫星C Q3：比较B与C的线速度、周期、角速度、加速度的大小？ 地球质量为 ， 地球半径为𝟔𝟑𝟕𝟎𝒌𝒎 都是卫星，可以用上式判断： “高轨低速大周期” Q4：比较A、B与C的线速度、周期、角速度、向心加速度的大小？ 24 $$