7.3 万有引力理论的成就（培优教学课件）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“称量”地球质量、计算天体质量、发现未知天体及预言哈雷彗星回归等核心内容。课堂导入通过行星绕太阳运行的引力问题，衔接万有引力定律，搭建“理论规律-实际应用”的学习支架，引导学生逐步深入。 其亮点在于以“如何测天体质量”为主线，通过模型建构（中心天体-环绕天体匀速圆周运动模型）和科学推理（推导质量、密度计算公式），结合海王星发现、哈雷彗星回归等实例，落实物理观念与科学思维。帮助学生提升逻辑推理与问题解决能力，为教师提供结构化教学资源，助力高效教学。

第3节 万有引力理论的成就 第七章 万有引力与宇宙航行 人教版（2019）必修第二册 导入新课 各行星都围绕着太阳运行，说明太阳与行星之间的引力是使行星如此运动的主要原因。引力的大小和方向能确定吗？ 物理观念 1. 物质观念：认识天体具有确定质量等基本属性，理解万有引力是宇宙间普遍存在的物质相互作用，形成物质统一性观念。 2. 运动与相互作用观：明确万有引力提供天体圆周运动向心力，建立“引力约束运动”的相互作用观念，解释天体运行规律。 科学思维 1. 模型建构：将天体系统简化为“中心天体—环绕天体”匀速圆周运动模型，突出主要因素、忽略次要因素。 2. 科学推理：结合万有引力定律与圆周运动规律，推理天体质量、密度计算方法，形成演绎推理与论证能力。 学习目标 科学探究 1. 问题与证据：以“如何测天体质量”为核心，用观测数据推导物理量，体会理论探究与证据支撑的探究流程。 2. 解释与交流：用物理语言表述推导过程，交流理论预测未知天体的思路，提升科学表达能力。 科学态度与价值观 1. 科学本质：感受万有引力理论的普适性，理解科学理论可解释、预测现象，推动天文学发展。 2. 社会责任：关注航天与天文探索，激发探索宇宙兴趣，树立尊重科学、勇于探索的精神。 学习目标 重点难点 重点 1. 掌握万有引力定律与匀速圆周运动向心力公式的综合应用，理解“万有引力提供向心力”的核心思路。 2. 会用已知天体运动数据，计算中心天体质量与密度，掌握基本推导过程与公式变形。 3. 理解万有引力理论在解释天体运动、发现未知天体等方面的重要价值，体会科学理论的实践意义。 难点 1. 区分中心天体与环绕天体，明确只能求中心天体质量，理解物理模型的适用条件。 2. 对天体半径、轨道半径、圆周运动半径的概念辨析，避免在列式与单位运算中出错。 3. 建立“理论推导—实际应用”的思维链条，能在不同情境下灵活选择公式，进行逻辑推理与定量计算，提升模型建构与科学推理能力。 1. “称量”地球的质量 2. 计算天体的质量 3.发现未知天体 4.预言哈雷彗星回归 5.课堂总结 6. 练习与应用 7. 提升训练 学习内容 第3节 万有引力理论的成就 一、“称量”地球的质量 第3节 万有引力理论的成就 一、“称量”地球的质量 01.引力和重力的关系 与地球保持相对静止的在赤道地面上的物体，若考虑地球自转的影响 从地球外看，由牛顿第二定律得： 在地面上看，物体静止则有： 由以上两式可得： 可以看出： Fw FN ω 一、“称量”地球的质量 01.引力和重力的关系 与地球保持相对静止的在南北两极地面上的物体，若考虑地球自转的影响 从地球外看，由牛顿第二定律得： 在地面上看，物体静止则有： 由以上两式可得： 由此可以看出，物体的重力随纬度的升高而增大。 由于物体的质量是不变的，所以可以得出地球上的重力加速度随纬度的升高而增大。 Fw FN ω 一、“称量”地球的质量 01.引力和重力的关系 Fw G F向 与地球保持相对静止的在任意纬度处地面上的物体，若考虑地球自转的影响 重力是万有引力的一个分力，方向是竖直向下，不是指向地心的。 一、“称量”地球的质量 01.引力和重力的关系 为了测地球的质量，需要对模型进行怎样的简化？能简化吗？ F O   赤道： 南极北极： F Fn O   mg 质量为1kg的物体在赤道时需要的向心力： F向=mr (2π/T)2 =1×6400000×4×3.142/(24×60×60)2=0.034N ＜＜ mg=9.8N 忽略向心力，即不考虑地球的自转 一、“称量”地球的质量 01.引力和重力的关系 基本思路 G重 = F引 R-----中心天体的半径 g-----中心天体表面的重力加速度 注意: （1）此法适用于无卫星的天体或虽有卫星，但不知道其有关参量。 （2）有时没有直接告诉天体表面的重力加速度，但可以间接求出，也适用此方法。 根据天体表面重力加速度求天体质量 物体在天体表面附近受到的重力近似等于万有引力 一、“称量”地球的质量 【例1】如果你站在某星球上，由静止释放质量为m的物体，物体做自由落体运动，在t秒内下落了h米，若已知该星球的半径为R、引力常量为G，根据以上给出的物理量得出该星球的质量为 A. B. C. D. 【解析】物体做自由落体运动有h=gt2，根据万有引力与重力的关系G=mg，解得该星球的质量为M=，故选B。 二、计算天体的质量 第3节 万有引力理论的成就 二、计算天体的质量 01. 原理 环绕天体围绕中心天体作圆周运动，向心力由中心天体对环绕天体的万有引力来提供 r M m F 二、计算天体的质量 02. 总结推广 根据行星或卫星做圆周运动的向心力由万有引力提供求中心天体质量 R 太阳 r v 地球 R 地球 r v 月球（或人造卫星） R r v 月球 月球 卫星 R 中心天体 r v 环绕 天体 二、计算天体的质量 02. 总结推广 (2)若已知卫星运动的线速度v和运行周期T，则据牛顿第二定律: (1)若已知卫星绕中心天体做圆周运动的轨道半径为r，卫星运动的线速度为v，据牛顿第二定律: 二、计算天体的质量 03. 计算天体的密度 当你估算出中心天体的质量后，是否可以估算出中心天体的球体密度？如何来估算？ （1）已知球体体积公式为： （2）密度公式为： 二、计算天体的质量 【例2】(2024·无锡市高一期末)北京时间2024年1月11日11时52分，我国成功发射天行一号02星，该卫星主要用于开展空间环境探测等试验。若天行一号02星绕地飞行阶段的轨道近似为圆形，距地球表面高度为h，周期为T，已知地球的半径为R，引力常量为G，忽略其他天体对天行一号02星的引力影响。求： (1)地球的质量M； (2)地球表面的重力加速度g。 二、计算天体的质量 【解析】（1）根据万有引力提供向心力有G=m(R+h) 解得地球的质量为M= （2）根据万有引力与重力的关系有G=mg，联立解得地球表面的重力加速度为g=。 二、计算天体的质量 【例3】(2024·周口市高一期末)2024年5月3日，我国成功发射嫦娥六号探测器，于6月2日在月球的背面着陆，并在月球背面采集样本。已知月球半径为R0，月球表面处重力加速度为g0，地球和月球的半径之比=4，表面重力加速度之比=6，则地球和月球的密度之比为 A. B. C.4 D.6 二、计算天体的质量 【解析】根据=mg，M=ρ·πR3，可得ρ=∝，则地球和月球的密度之比为=·=6×=，故选B。 三、发现未知天体 第3节 万有引力理论的成就 三、发现未知天体 　　英国剑桥大学的学生，23岁的亚当斯，经过计算，提出了新行星存在的预言．他根据万有引力定律和天王星的真实轨道逆推，预言了新行星不同时刻所在的位置． 　　同年，法国的勒维列也算出了同样的结果，并把预言的结果寄给了柏林天文学家加勒。当晚（1846.3.14），加勒把望远镜对准勒维列预言的位置，果然发现有一颗新的行星——就是海王星. 三、发现未知天体 四、预言哈雷彗星回归 第3节 万有引力理论的成就 四、预言哈雷彗星回归 英国天文学家哈雷挑选24颗彗星，依据万有引力定律，用一年时间计算了它们的轨道。发现 1531 年、1607 年和 1682 年出现的这三颗彗星轨道看起来如出一辙，他大胆预言，这三次出现的彗星是同一颗星，周期约为 76 年，并预言它将于 1758 年底或 1759 年初再次回归。1759 年 3 月这颗彗星如期通过了近日点，它最近一次回归是 1986 年，它的下次回归将在2061 年左右。 四、预言哈雷彗星回归 【例4】(多选)万有引力理论不仅能够解释已知的事实，更重要的是能够预言未知的现象。下列说法正确的是 A.卡文迪什被称为“可以称量地球质量的人” B.哈雷依据万有引力定律预言了哈雷彗星的回归时间 C.牛顿用月球和太阳的万有引力解释了潮汐现象 D.天王星被称为“笔尖上发现的行星” 四、预言哈雷彗星回归 【解析】卡文迪什用实验的方法测出引力常量G，从而可以算出地球的质量，因此卡文迪什被称为“可以称量地球质量的人”，A正确； 英国天文学家哈雷依据万有引力定律计算彗星轨道，准确预言了哈雷彗星的回归时间，B正确； 牛顿利用月球和太阳对海水的万有引力解释了潮汐现象，C正确； “笔尖上发现的行星”是海王星，D错误。 五、课堂总结 第3节 万有引力理论的成就 五、课堂总结 万有引力 理论的成就 计算天体的质量 计算天体的密度 发现未知天体 预言哈雷彗星的回归 海王星等 mg ＝ G， M ＝ M ＝ → ρ ＝ G ＝ ， M ＝ M ＝ → ρ ＝ r ＝ → ρ ＝ 六、练习与应用 第3节 万有引力理论的成就 六、练习与应用 六、练习与应用 六、练习与应用 六、练习与应用 六、练习与应用 六、练习与应用 六、练习与应用 六、练习与应用 六、练习与应用 七、提升训练 第3节 万有引力理论的成就 七、提升训练 七、提升训练 七、提升训练 七、提升训练 七、提升训练 $