7.3 万有引力理论的成就 课件-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理课件聚焦万有引力理论的成就，涵盖中心天体质量与密度计算、未知天体发现及行星卫星运动规律。通过阿基米德名言与探究问题导入，衔接万有引力定律，搭建“规律应用”学习支架。 亮点在于结合中国航天案例（如天问一号、遥感卫星）与历史发现（海王星、哈雷彗星），渗透科学态度与责任。通过公式推导（如黄金代换、密度公式）培养科学思维，辨析题设计强化质疑创新，助力学生理解应用，方便教师教学。

第七章 万有引力与宇宙航行 第三节 万有引力理论的成就 高中物理 必修2 19 十二月 2025 1 计算中心天体的质量 发现未知天体、预测哈雷彗星的回归 计算中心天体的密度 天体、行星、卫星运动的v、ω、T 第三节 万有引力理论的成就 一、计算地球的质量 阿基米德： “给我一个支点，我可以撬动地球。” 探究1： 1）是否可以用杠杆(天平) 称量地球的质量？ 2）不容易被观测的行星怎样被发现的？ 计算中心天体质量（思路方法）： ①知道行星、卫星绕中心天体匀速 圆周运动的半径R、公转周期T ， 根据万有引力提供向心力求解 ； ②知道物体在中心天体表面的重力 根据物体重力等于万有引力求解； （一般不考虑中心天体自转的影响）； 黄金代换： 化简 替换 例1：把地球绕太阳公转看做是匀速圆周运动，轨道平均半径约为1.5×108km，已知引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，则可估算出太阳的质量大约是多少kg？（结果取两位有效数字） 解： R T F万 指点迷津： 1、地球公转周期 T=1年，常识性； 2、周期特指行星公转 周期，非自转周期； 3、距离R指两球心之间 的距离； 例2：2022年10月15日，我国在西昌卫星发射中心使用“长征二号”丁运载火箭，成功将“遥感三十六号”卫星顺利送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。该卫星绕地球做匀速圆周运动，运行的周期为T，运行轨道离地球表面的高度为h，地球的半径为R，引力常量为G，则地球的质量可表示为（　　） B 例3：2021年12月14日，我国成功将天链二号02卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。假设该卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为地球半径的1.5倍。已知地球半径为R，表面处的重力加速度大小为g，引力常量为G，忽略地球的自转，根据以上信息下列选项中不能求出的是（　　） A、地球的质量 B、卫星绕地球转动的角速度 C、卫星所受的万有引力 D、卫星所在处重力加速度大小 C 第三节 万有引力理论的成就 二、发现未知天体、预测哈雷彗星回归 哈雷彗星轨道 发现未知天体、预测哈雷彗星的回归： 猜一猜： 哈雷彗星最近一次回归是1986年， 它的下次回归将在 年左右； 7-3-1笔尖下发现的海王星 7-3-0预测哈雷彗星的回归 2061 哈雷彗星轨道 第三节 万有引力理论的成就 三、计算中心天体密度 0 R g 0 R r T r T 计算中心天体密度（思路方法）： 1）已知：天体表面重力加速度g、天体半径R； 2）已知：行星运动周期T、行星轨道半径r； 指点迷津： 求天体的密度时，行星或卫星若： 1、紧贴中心天体表面飞行，则R=r； 2、远离中心天体表面飞行，则R≠r； 两种情况下计算表达式不同； 0 R g 0 R r T r T 例4：中子星是恒星演化过程的一种可能结果，它的密度很大。现有一中子星，观测到它的自转周期为T=1/30s。问该中子星的最小密度应是多少才能维持该星的稳定，不致因自转而瓦解。计算时星体可视为均匀球体。(引力常量G=6.67×10-11N∙m2/kg2） 解：设中子星的密度ρ，质量M ，半径R， 其周期T，赤道处的小物块质量为m： 醍醐灌顶： 不解体模型构建： 赤道处有一物块，当物块所受的万有引力大于等于物块圆周运动需要的Fn时，物块不会因为离心运动而解体； 即： F万≥ Fn时，中子星不解体； Tm 0 M Fn 计算天体的密度： 天体、行星、卫星运动的v、ω、T： 第三节 万有引力理论的成就 四、行星、卫星运动轨道规律 0 R g 0 R r T r T 行星、卫星运动轨道规律： ①行星、卫星的运动均可近似看成是匀速圆周运动； ②行星、卫星圆周运动所需的向心力由万有引力提供； m M R FN 轨道半径r 两球心距离 r v ω T 结论： 行星 、卫星的轨道半径r增大，行星或卫星的： 线速度v ； 角速度ω ； 周 期T ； 增大 增大 减小 16 C 例5：假如一做圆周运动的人造卫星的轨道半径r增为原来的2倍则（ ） A、据v=rω可知，卫星的线速度将变为原来的2倍 B、据F=mv2/r可知，卫星所受的向心力减为原来的1/2 C、据F=GmM/r2可知，地球提供的向心力减为原来的1/4 D、由GmM/r2=mω2r可知，卫星的角速度将变为原来的1/4 醍醐灌顶： 当人造卫星的轨道半径变化时遵从， 第三节 万有引力理论的成就 课时练习 练1：在科学发展历程中，许多科学家做出了杰出贡献，下列叙述符合物理学史实的是（　　） A、开普勒以行星运动定律为基出总结出万有引力定律 B、牛顿提出了万有引力定律，并通过实验测出了引力常量 C、伽利略通过月一地检验发现地球与苹果间的引力跟天体 之间的引力是同一种力 D、1781年发现的天王星的轨迹有些“古怪”，海王星是运 用万有引力定律在“笔尖”下发现的行星 D 练2：（多选）科学家计划在2025年将首批宇航员送往火星进行考察。一质量为m的物体，假设在火星两极宇航员用弹簧测力计测得的读数为F1，在火星赤道上宇航员用同一个弹簧测力计测得的读数为F2，通过天文观测测得火星的自转角速度为ω，引力常量为G，将火星看成是质量分布均匀的球体，则火星的密度和半径分别为（　　） AC 练3：2022年1月20日，中国国家航天局发布了由环绕火星运行的天问一号探测器及其正在火星表面行走的祝融号火星车发送回来的一组包含探测器与火星合影新图像引起了西方媒体的广泛关注。已知天问一号探测器绕火星运动的周期为T，火星的半径为R，“祝融号”火星车的质量为m，B火星表面的重力大小为G1，万有引力常量为G，忽略火星的自转，则下列不正确的是（　　） B 练4：（多选）如图所示，三颗人造地球卫星A、B、C 绕地球作匀速圆周运动，已知MA=MB< MC，则三个卫星（ ） ABD 地球 C A B 练5：某飞船在某小行星表面为返回地球而竖直起飞，起飞前在行星表面上的重力G0=1×104N，飞船起飞时的加速度大小a1=5m/s2，飞船上升的高度等于小行星半径时的加速度大小a2=10m/s2，若飞船上升时受到的推力不变，小行星的半径R=96km，不计其他星体及该行星表面气体的影响，下列说法正确的是（　　） A、飞船起飞时推力为F=1.5×104N B、飞船起飞时推力为F=1.75×104N C、飞船质量为m=1×103kg D、飞船质量为m=2.5×103kg B 练6：如图所示，“天问一号”在环火星的椭圆轨道上运行，其中“天问一号”在近火点265km附近探测2小时、在远火点11945.6km附近探测1h、再在途中进行288分钟的探测。已知我国空间站在距离地球表面400km的轨道上运行，绕地球的运行周期约为90分钟，地球直径为1.28×104km，火星直径为6.67×103km 。设地球的质量为M，根据以上数据可以求出火星的质量最接近（　　） A、100M B、0.1M C、0.001M D、1000M B 结束页 B1 谢谢观赏！ $海王星是继天王星之后发现的第二颗星星星，但与天王星不同，海王星的发现是神机妙算的结果。这时，海王星曾经轰动一时，时至今日，它仍被人们誉为科学预见的一个光辉典范，称它是笔尖下发现的行星。在赫希尔发现天王星的18世纪，天文学家利用牛顿的万有引力定律，已经能够准确的预告水星、金星、火星、木星及土星在天空中的位置了。可是用同样的方法来计算天王星的位置，却老是跟观测结果不太符合，这颗古怪的行星总是偏离他应该走的路线，这究竟是什么原因呢？1840年，天文学家贝塞尔大胆的提出一种假设，他认为在天王星运行轨道之外，可能有一颗未知的行星在影响着天王星的运动。贝塞尔的假设很快得到响应，英国和法国的两位年轻天文学家亚当斯和勒威耶经过几年的艰苦努力，通过一系列复杂而浩繁的计算，终于在苦努力，通过一系列复杂而浩繁的计算，终于1845到1846年各自独立的计算出聊这颗假设的行星的运行路线和位置。紧接着，德国天文学家伽勒果然在理论预告的位置上发现了这颗未知的行星，它被命名为海王星。其实作为太阳系八大行星之一，海王星本身并没有什么特别的地方。它比地球大近四倍，直径约为5万公里，与太阳的平均距离为45亿公里，大约相当于地球与太阳距离的30倍。海王星绕太阳公转一周约为165年，自转一周为15小时48分。海王星上也有四季变化，不过因为公转一周时间很长，因而四季变化十分缓慢。由于海王星离太阳很远，接收到的太阳光和热很少，因而它的表面又弯又冷，温度在零下200摄氏度以下。从望远镜里观察，这颗遥远的星球也和木星一样呈扁球状，表面上分布着一条条平行于赤道的明暗相间的带状斑纹，颜色呈淡绿色。海王星大气层中的主要成分是氢海王星有两颗卫星。离海王星较近的是海卫一，体积比月球还大，上面可能存在大气。海卫二的体积要小得多，直径约400公里，距海王星556万公里。有趣的是，这两颗卫星一个顺行，一个逆行，以完全相反的方向绕着海王星旋转。 哈雷彗星你是否听说过？它是人类首颗有记录的周期彗星，每76.1年环绕太阳一周，最近一次是在1986年，出现在人类视野中。但你知道吗？他的下一次过近日点时间为2061年7月28日。据考证，自秦始皇七年至清宣统二年，共有29次记录并符合计算结果。但在古代，人们并不知道这是同一颗彗星的再出现。直到英国物理学家埃德蒙哈雷测定了它的轨道数据，并成功预言了回归时间表，这颗彗星才以他的名字命名。哈雷彗星的轨道周期为76至79年，不仅可以被肉眼观测到，还是天文学家们的研究热点，你对这颗彗星了解多少呢？