人教版高中物理必修第二冊(cè)第七章 萬(wàn)有引力與宇宙航行 3萬(wàn)有引力理論的成就 課件

第七章萬(wàn)有引力與宇宙航行3.萬(wàn)有引力理論的成就目標(biāo)導(dǎo)航：1.理解“稱量地球質(zhì)量”的基本思路，了解萬(wàn)有引力定律在天文學(xué)上的重

要應(yīng)用.（科學(xué)思維）

2.理解計(jì)算太陽(yáng)質(zhì)量的基本思路，能將天體運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成相關(guān)模

型后進(jìn)行求解.（科學(xué)思維）

3.認(rèn)識(shí)萬(wàn)有引力定律的科學(xué)成就，體會(huì)科學(xué)的迷人魅

力，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)與相互作用的觀念.（科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）第3頁(yè)研習(xí)任務(wù)一情境

導(dǎo)學(xué)觀察下面兩幅圖片，請(qǐng)思考：（1）如果知道地球表面的重力加速度和地球半徑，你能否求出地球的質(zhì)量？

（2）利用第二幅圖如何能測(cè)得太陽(yáng)的質(zhì)量呢？

深化

理解1.

天體質(zhì)量的計(jì)算

（2）“借助外援法”：借助繞中心天體做圓周運(yùn)動(dòng)的行星或衛(wèi)星計(jì)算中心天體的質(zhì)

量，常見的情況：

研習(xí)

經(jīng)典角度1

“自力更生法”[典例1]

已知金星和地球的半徑分別為R1、R2，金星和地球表面的重力加速度分別為

g1、g2，則金星與地球的質(zhì)量之比為（

A

）

A角度2

“借助外援法”[典例2]

（多選）（2024·吉林省東北師大附中高一月考）已知月球半徑為R，地心與

月球中心之間的距離為r，月球繞地球公轉(zhuǎn)周期為T1，嫦娥四號(hào)飛船繞月球表面的運(yùn)

行周期為T2，萬(wàn)有引力常量為G，由以上條件可知正確的選項(xiàng)是（

AD

）AD

[訓(xùn)練1]

（2024·遼寧錦州測(cè)試）航天員在某星球?qū)⒁晃矬w從離地50

m高度處釋放，

使其做自由落體運(yùn)動(dòng)，經(jīng)5

s落地.已知該星球的半徑是地球半徑的2倍，地球表面的重

力加速度g取10

m/s2，設(shè)地球質(zhì)量為M，則該星球的質(zhì)量為（

A

）B.

MC.2MA

第12頁(yè)研習(xí)任務(wù)二情境

導(dǎo)學(xué)如圖所示，行星在圍繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).

（1）行星繞恒星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)線速度的大小是由什么因素決定的？

（2）行星、衛(wèi)星繞中心天體運(yùn)動(dòng)時(shí)的線速度、角速度、周期和向心加速度與自

身質(zhì)量有關(guān)嗎？提示：無(wú)關(guān).深化

理解1.

解決天體問(wèn)題的基本思路一般行星或衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)可看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所需向心力由中心天體對(duì)它的萬(wàn)有引力

提供.2.

常用關(guān)系

3.

四個(gè)重要結(jié)論：設(shè)質(zhì)量為m的天體繞另一質(zhì)量為M的中心天體做半徑為r的勻速圓

周運(yùn)動(dòng).

以上結(jié)論可總結(jié)為“一定四定，越遠(yuǎn)越慢”.研習(xí)

經(jīng)典

C

[訓(xùn)練2]（2024·山東菏澤月考）2021年2月10日19時(shí)52分，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天

問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器實(shí)施近火捕獲制動(dòng)，成功實(shí)現(xiàn)環(huán)繞火星運(yùn)動(dòng)，成為我國(guó)第一顆人造火

星衛(wèi)星.我國(guó)航天局發(fā)布了由“天問(wèn)一號(hào)”拍攝的首張火星圖像（如圖所示）.在“天

問(wèn)一號(hào)”環(huán)繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，周期為T，軌道半徑為r，已知火星的半徑為

R，引力常量為G，不考慮火星的自轉(zhuǎn)，下列說(shuō)法正確的是（

A

）A

第20頁(yè)研習(xí)任務(wù)三知識(shí)

梳理1.

海王星的發(fā)現(xiàn)：英國(guó)劍橋大學(xué)的學(xué)生

和法國(guó)年輕的天文學(xué)家

?

根據(jù)天王星的觀測(cè)資料，利用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出天王星外“新”行星的軌道.1846年9月23日，德國(guó)的

?在勒維耶預(yù)言的位置附近發(fā)現(xiàn)了這顆行星——

?.2.

其他天體的發(fā)現(xiàn)：近100年來(lái)，人們?cè)诤Ｍ跣堑能壍乐庥职l(fā)現(xiàn)了

、鬩

神星等幾個(gè)較大的天體.3.

哈雷彗星回歸亞當(dāng)斯勒維耶

伽勒海王星冥王星英國(guó)天文學(xué)家哈雷計(jì)算出在1531年、1607年和1682年出現(xiàn)的三顆彗星的軌道如出一

轍，并預(yù)言這三次出現(xiàn)的彗星是同一顆星，周期約為76年，還預(yù)言它將于1758年底或

1759年初再次回歸.1759年3月這顆彗星如期通過(guò)了近日點(diǎn)，它最近一次回歸是1986

年，它的下次回歸將在2061年左右.研習(xí)

經(jīng)典[典例4]

（2024·山東濰坊期中）關(guān)于萬(wàn)有引力定律應(yīng)用于天文學(xué)研究的歷史事實(shí)，

下列說(shuō)法中正確的是（

B

）A.

天王星和海王星都是運(yùn)用萬(wàn)有引力定律，經(jīng)過(guò)大量計(jì)算以后而發(fā)現(xiàn)的B.

在18世紀(jì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的七顆行星中，人們發(fā)現(xiàn)第七顆行星——天王星的運(yùn)動(dòng)軌道總

是同根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出來(lái)的結(jié)果有比較大的偏差，于是有人推測(cè)，在天王

星軌道外還有一顆行星，是它的存在引起了上述偏差C.

第八顆行星是牛頓運(yùn)用自己發(fā)現(xiàn)的萬(wàn)有引力定律，經(jīng)過(guò)大量計(jì)算而發(fā)現(xiàn)的D.

天王星是英國(guó)劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國(guó)年輕的天文學(xué)家勒維耶合作研究后共

同發(fā)現(xiàn)的B[解析]

天王星是在1781年發(fā)現(xiàn)的，而卡文迪什測(cè)出引力常量G的值是在1798年，在

此之前人們還不能用萬(wàn)有引力定律做有實(shí)際意義的計(jì)算，A錯(cuò)誤；太陽(yáng)系的第八顆行

星即海王星，是由英國(guó)劍橋大學(xué)的學(xué)生亞當(dāng)斯和法國(guó)年輕的天文學(xué)家勒維耶各自獨(dú)立

地利用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出軌道，由德國(guó)的伽勒在勒維耶預(yù)言的位置附近首先發(fā)現(xiàn)

的，C、D錯(cuò)誤，B正確.知識(shí)

構(gòu)建第25頁(yè)課堂強(qiáng)研習(xí)合作學(xué)習(xí)精研重難課后提素養(yǎng)1.

下列說(shuō)法正確的是（

D

）A.

海王星是人們直接應(yīng)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的B.

天王星是人們依據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的C.

海王星是人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的太空觀測(cè)而發(fā)現(xiàn)的D.

天王星的運(yùn)行軌道與由萬(wàn)有引力定律計(jì)算的軌道存在偏差，其原因是天王星受到

軌道外的行星的引力作用，由此人們發(fā)現(xiàn)了海王星解析：由行星的發(fā)現(xiàn)歷史可知，天王星并不是根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)

的；海王星不是通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，也不是直接由萬(wàn)有引力定律計(jì)算出軌道而發(fā)現(xiàn)的，而

是人們發(fā)現(xiàn)天王星的實(shí)際軌道與理論軌道存在偏差，然后運(yùn)用萬(wàn)有引力定律計(jì)算出

“新”星的軌道，從而發(fā)現(xiàn)了海王星.由此可知，A、B、C錯(cuò)誤，D正確.D2.

土星最大的衛(wèi)星叫“泰坦”（如圖所示），每16天繞土星一周，其公轉(zhuǎn)軌道半徑

約為1.2×106

km，已知引力常量G＝6.67×10－11

N·m2/kg2，則土星的質(zhì)量約為

（

B

）A.5×1017

kgB.5×1026

kgC.7×1033

kgD.4×1036

kg

B3.

（2021·廣東高考）2021年4月，我國(guó)自主研發(fā)的空間站天和核心艙成功發(fā)射并入軌

運(yùn)行.若核心艙繞地球的運(yùn)行可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知引力常量，由下列物理量能

計(jì)算出地球質(zhì)量的是（

D

）A.

核心艙的質(zhì)量和繞地半徑B.

核心艙的質(zhì)量和繞地周期C.

核心艙的繞地角速度和繞地周期D.

核心艙的繞地線速度和繞地半徑D

4.

人在一個(gè)半徑為R的星球上，以速度v豎直上拋一個(gè)物體，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后物體落回原

拋出點(diǎn)，如果人想把這個(gè)物體沿星球表面水平拋出，使它沿星球表面做勻速圓周運(yùn)

動(dòng)，則拋出速度至少應(yīng)是（

B

）

B5.

若火星和地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)均可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，火星公轉(zhuǎn)軌道半徑與地球公

轉(zhuǎn)軌道半徑之比為3∶2，則火星與地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的（

C

）A.

軌道周長(zhǎng)之比為2∶3D.

向心加速度大小之比為9∶4C

第33頁(yè)課時(shí)作業(yè)（十二）萬(wàn)有引力理論的成就[基礎(chǔ)訓(xùn)練]1.

已知引力常量G＝6.67×10－11

N·m2/kg2，重力加速度取g＝9.8

m/s2，地球半徑R＝

6.4×106

m，則可知地球質(zhì)量的數(shù)量級(jí)是（

D

）A.1018

kgB.1020

kgC.1022

kgD.1024

kg

而在地球表面，物體所受的重力約等于地球?qū)ξ矬w的吸引力：F＝mg

②

D12345678910112.

若地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期及公轉(zhuǎn)軌道半徑分別為T和R，月球繞地球公轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)

軌道半徑分別為t和r，則太陽(yáng)質(zhì)量與地球質(zhì)量之比為（

A

）

A12345678910113.

（2024·湖北宜昌期中）北京時(shí)間2023年7月27日4時(shí)02分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中

心使用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭，采取一箭三星方式，成功將遙感三十六號(hào)衛(wèi)星發(fā)射升

空.假設(shè)某顆質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星繞地球沿圓軌道運(yùn)行，其軌道半徑為r，周期為

T，引力常量為G，則地球的質(zhì)量為（

D

）

D12345678910114.

（2024·廣東江門學(xué)科競(jìng)賽）衛(wèi)星繞某一行星運(yùn)動(dòng)的軌道可近似看成是圓軌道，觀

察發(fā)現(xiàn)每經(jīng)過(guò)時(shí)間t，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)所通過(guò)的弧長(zhǎng)為l，該弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的圓心角為θ.已知引力

常量為G，由此可計(jì)算該行星的質(zhì)量為（

B

）

B12345678910115.

一衛(wèi)星繞某一行星表面附近做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其線速度大小為v，假設(shè)宇航員在該

行星表面用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量一質(zhì)量為m的物體的重力，當(dāng)物體處于豎直靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，

彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F，已知引力常量為G，則這顆行星的質(zhì)量為（

B

）

B12345678910116.

（多選）火星直徑約為地球的一半，質(zhì)量約為地球的九分之一，它繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的

軌道半徑約為地球公轉(zhuǎn)半徑的1.5倍.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，以下說(shuō)法正確的是（

AB

）A.

火星表面重力加速度的數(shù)值比地球表面的小B.

火星公轉(zhuǎn)的周期比地球的長(zhǎng)C.

火星公轉(zhuǎn)的線速度比地球的大D.

火星公轉(zhuǎn)的向心加速度比地球的大

AB12345678910117.

繼神秘的火星之后，今年土星也成了全世界關(guān)注的焦點(diǎn)！經(jīng)過(guò)近7年35.2億公里在

太空中風(fēng)塵仆仆地穿行后，美航天局和歐航天局合作研究的“卡西尼”號(hào)土星探測(cè)器

于美國(guó)東部時(shí)間6月30日（北京時(shí)間7月1日）抵達(dá)預(yù)定軌道，開始“拜訪”土星及其

衛(wèi)星家族.這是人類首次針對(duì)土星及其31顆已知衛(wèi)星最詳盡的探測(cè)！若“卡西尼”號(hào)

探測(cè)器進(jìn)入繞土星飛行的軌道，在半徑為R的土星上空離土星表面高h(yuǎn)的圓形軌道上繞

土星飛行，環(huán)繞周期為T，萬(wàn)有引力常量為G.

求土星的質(zhì)量和平均密度.

1234567891011[能力提升]8.

地球表面的重力加速度為g，地球半徑為R，萬(wàn)有引力常量為G，則地球的平均密度

為（

A

）

A12345678910119.

（2024·安徽合肥宏圖中學(xué)期中）人造衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)可視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衛(wèi)

星的軌道半徑的三次方與繞行周期的二次方的關(guān)系如圖中甲所示；火星作為航空航天

探索的熱門研究對(duì)象，火星的周圍有兩個(gè)天然衛(wèi)星和數(shù)個(gè)人造衛(wèi)星，它們的運(yùn)動(dòng)也可

視為繞火星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它們的軌道半徑的三次方與繞行周期的二次方的關(guān)系如

圖中乙所示.圖中m、n、p、q已知，則地球和火星的質(zhì)量之比為（

C

）C1234567891011

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