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“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，通过“如何称量地球质量”的思考与讨论导入，结合万有引力定律回顾，搭建新旧知识衔接的学习支架。 其亮点在于以问题驱动学习，通过地面重力法、环绕法等模型建构及例题赏析，培养学生科学思维，结合海王星发现等科学史案例渗透科学探究，帮助学生深化运动与相互作用观念，教师可借助此资料提升教学效率，激发学生科学兴趣。

7.3 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） · 高中物理必修二 1.7.2013 ‹#› 目 录 01 02 计算天体的质量 “称量”地球的质量 03 发现未知天体 04 预言哈雷彗星回归 1.7.2013 ‹#› 思考与讨论： 在初中，我们已经知道物体的质量可以用天平来测量，生活中物体的质量常用电子秤或台秤来称量。对与地球，我们怎样“称量”它的质量呢？ 给我一个支点，我可以撬动地球。 ——阿基米德 1.7.2013 ‹#› 知识回顾 万有引力定律： 内容：自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2 的乘积成正比,与它们之间距离的二次方成反比。 方向：在两物体的连线上。 公式： (引力常量G为G = 6.67×10-11N·m2/kg2)。 两个理想化模型： 1.匀速圆周运动； 2.质点模型； 万有引力适用条件： 1.仅适用于两个质点之间； 2.两个质量分布均匀的球体； 3.r无穷小时，F引力等于0； 1.7.2013 ‹#› “称量”地球的质量 第一部分 1.7.2013 ‹#› “称量”地球的质量 1.与地球保持相对静止（赤道）的在地面上的物体，若考虑地球自转的影响 Fw FN 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： ω 可以看出： 1.7.2013 ‹#› “称量”地球的质量 2.与地球保持相对静止（两级）的在地面上的物体，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： 通过以上可知，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，所以可以验证前面所学： 地球上的重力加速度随纬度的升高而增大。 Fw FN ω 1.7.2013 ‹#› “称量”地球的质量 Fw G F向 结论：与地球保持相对静止的在地面上的物体，若考虑地球自转的影响 万有引力指向地心，分解为两个分力： 提供随地球自转的向心力 作为重力 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。 θ↑，r↓，Fn=mw2r↓，G↑ 纬度越高，重力加速度g越大 在两极：有Gmax= F万 在赤道：有Gmin 1.7.2013 ‹#› “称量”地球的质量 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等于地球对物体的引力，即 地面的重力加速度 g 和地球半径 R 在卡文迪什之前就已知道，一旦测得引力常量 G，就可以算出地球的质量M 。因此，卡文迪什被称为“第一个称出地球质量的人”。 重力加速度法(g、R） 1.7.2013 ‹#› “称量”地球的质量 如果不知道地球表面的重力加速度，你还能用其他的方法估算出地球的质量吗？ 忽略太阳及其他天体对月球的引力。 已知月球绕地球周期T=27.3天，月地平均距离r=3.84×108m，引力常量G=6.67×10-11 N·m2/kg2，试估算地球的质量。 环绕法称地球质量（T、r法） 1.7.2013 ‹#› “称量”地球的质量 例1.2022年12月5日，“神舟十五”采用自主快速交会对接模式成功对接于空间站。若空间站绕地球的运动可视为匀速圆周运动，已知引力常量G，则由下列物理量可以计算出地球质量的是（　　） A．空间站的质量和绕地球运行的半径 B．空间站的质量和绕地球运行的周期 C．空间站绕地球运行的角速度和周期 D．空间站绕地球运行的线速度和角速度 D 例题赏析 1.7.2013 ‹#› 第二部分 计算天体的质量 1.7.2013 ‹#› 计算天体的质量 R 地球 r v 月球 思考：利用月球绕地球公转可求得地球质量。那地球绕太阳公转是否可求得太阳质量？他们都有什么特点？ 把地球绕太阳的公转看作是匀速圆周运动，已知轨道半径约为1.5×1011 m，引力常量G=6.67×10－11 N·m2/kg2，估算太阳的质量？ 1.7.2013 ‹#› 计算天体的质量 R 地球 r v 月球 R 太阳 r v 地球 R 中心天体 r v 环绕 天体 总结推广：不管是月球绕地球公转、地球绕太阳公转均为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 具体方法： 1.7.2013 ‹#› 计算天体的质量 （2）密度公式为： 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？ 思考与讨论 （1）已知球体体积公式为： 1.7.2013 ‹#› 计算天体的质量 例2.科学家在宜居带“金发姑娘区”发现一颗类地行星TRAPPIST—le，若将该行星视为半径为R、质量分布均匀的球体，一物体从离行星表面（）处由静止释放，经时间，该物体落回到行星表面，引力常量为G，则该行星的平均密度约为（    ） A． B． C． D． 例题赏析 B 1.7.2013 ‹#› 第三部分 发现未知天体 1.7.2013 ‹#› 发现未知天体 到了18世纪，人们已经知道太阳系有7颗行星，其中1781年发现的第七颗行星 —— 天王星的运动轨道有些“古怪”：根据万有引力定律计算出来的轨道与实际观测的结果总有一些偏差。 天王星 天王星 观察与困惑 1.7.2013 ‹#› 发现未知天体 是天文观测数据不准确？是万有引力定律的准确性有问题？还是天王星轨道外面还有一颗未发现的行星？ 英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻的天文学家勒维耶相信未知行星的存在。他们根据天王星的观测资料，各自独立地利用万有引力定律计算出这颗“新”行星的轨道。1846 年 9 月 23 日晚，德国的伽勒在勒维耶预言的位置附近发现了这颗行星，人们称其为“笔尖下发现的行星”——海王星。 (英)亚当斯 (法)勒维耶 笔尖下的行星 1.7.2013 ‹#› 发现未知天体 1.7.2013 ‹#› 第四部分 预言哈雷彗星回归 1.7.2013 ‹#› 预测哈雷彗星回归 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（图 7.3-3），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。 1.7.2013 ‹#› 课堂小结 理论 成就 估算星球质量 地面重力法、环绕天体法 发现未知天体 海王星、冥王星（曾被认为是第九大行星） 核心公式 地面重力：mg = G(Mm/R²) 环绕天体：G(Mm/r²) = m(2π/T)²r 意义：称量天体质量的“金钥匙” 证明：万有引力定律的科学性与普适性 1.7.2013 ‹#› 课堂练习 1．假设地球可视为质量均匀分布的球体，地球表面重力加速度在两极的大小为g0，在赤道的大小为g，地球自转的周期为T，若地球表面上的质点与地心O的连线与赤道平面的夹角为60°。其他条件不变，则质点位置的向心加速度为（ ） A 1.7.2013 ‹#› 课堂练习 2．利用下列哪组数据，可以计算出地球质量（　　） A．已知地球半径和地面重力加速度 B．已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道角速度和周期 C．已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期和月球质量 D．已知同步卫星离地面高度和地球自转周期 A 1.7.2013 ‹#› 课堂练习 3．一行星绕恒星做圆周运动，由天文观测可得，其运行周期为T，速度为v，引力常量为G，则不正确的是（　　） A．恒星的质量为 B．行星的质量为 C．行星运动的轨道半径为 D．行星运动的加速度为 B 1.7.2013 ‹#› 感谢聆听 1.7.2013 ‹#› Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $