(新教材)统编人教版高中物理必修二第七章第3节《万有引力理论的成就》优质说课稿
万有引力理论的成就说课
究这些现象可以揭示地球内部不同圈层的结构和性质。
地壳运动与板块构造学说
地壳运动驱动力
万有引力是地壳运动的重要驱动力之一，地壳岩石圈在引力的作用下发生变形和运动，形 成各种地质构造和地貌形态。
板块构造学说
板块构造学说是解释地壳运动和地质现象的重要理论，它认为地壳由多个刚性板块组成， 这些板块在引力的作用下相互碰撞、分离和滑动，导致地震、火山活动、造山运动等地质 事件的发生。
万有引力理论的成就说课
目录
• 引言 • 万有引力理论的基本原理 • 万有引力理论在天文学中的应用 • 万有引力理论在地球科学中的应用 • 万有引力理论在航天工程中的应用 • 万有引力理论的挑战与发展前景 • 总结与展望
01 引言
说课目的和背景
阐述万有引力理论的 发展历程和重要性
探讨万有引力理论的 未来发展趋势和挑战
引力助推技术
利用大质量天体的引力作用，可以帮助探测器获得更高的速度， 从而缩短深空探测任务的时间。
天体引力场研究
通过对天体引力场的深入研究，可以为深空探测任务提供更加精 确的理论支持和指导。
06 万有引力理论的挑战与发 展前景
相对论对万有引力理论的修正
01
广义相对论的提出
02
引力红移和光线偏折
爱因斯坦在1915年提出广义相对论， 将万有引力描述为时空弯曲的几何效 应，成功解释了水星近日点进动等经 典力学无法解释的现象。
地壳均衡原理
地壳均衡原理是指地壳在垂直方向上受到的重力作用与地壳内部物质分布之间的平衡关系 。万有引力定律为地壳均衡原理提供了理论支持，使得科学家们能够更深入地理解地壳运 动的机制和规律。
05 万有引力理论在航天工程 中的应用
卫星轨道设计与控制
7.3万有引力理论的成就教学设计高一下学期物理人教版
点
与
难
点
重点：
运用万有引力定律计算天体质量
难点：
学会利用万有引力定律解决实际问题
教
学
方
法
采用探索式教学，利用讨论法，问答法，读书指导法相结合的教学方法
教
学
用
具
传统教室
教学过程
教学
环节
教师活动
学生活动
设计意图
上节复习
带领学生复习上节课的知识：万有引力定律的文字表述和公式表述，强调公式中引力常量G的含义、数值和单位。
课题
7.3万有引力理论的成就
教材
章节
高中物理必修二第七章第三节
课型
新授课
授课
时间
授课
地点
教
材
分
析
本节的地位和作用：
本节人高中物理必修2第七章第三节，承接万有引力定律，通过卡文迪什测量的引力常量G，进而得到测量地球质量和天体质量的方法,又介绍了万有引力定律在发现未知天体和预言哈雷彗星回归的重大作用，多个科学实例帮助学生理解万有引力理论的巨大作用和价值。同时，本节也是学习宇宙航行和先导知识，使学生掌握万有引力充当向心力的研究方法同时，也为后面学习人造卫星的知识做了铺垫。
知识与能力基础：
学生已经学过本章的第一、二节，初步了解了行星运动的规律和万有引力定律的知识，对天文世界也有了一定的认识，掌握了处理天体运动的基本思想，本节课通过对一些天体运动的实例分析，使学生了解万有引力在天体的运动中起决定性作用。
认知困难：
学生在实际生活中很少接触到有关万有引力的应用，而且，通常物体之间的万有引力很小，常常察觉不出来，学生没有办法亲身感受到万有引力的作用。
回忆上节课学过的知识，跟着老师巩固万有引力定律的含义。
7.3+万有引力理论的成就+++大单元教学设计说课稿+高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
大单元教学设计说课稿《7.3 万有引力理论的成就》一、教材分析①本节主要讲解万有引力理论的历史和发展，以及它对天体物理学和宇宙探索的贡献。
②教材内容包括开普勒行星运动定律、牛顿引力定律、牛顿万有引力定律、爱因斯坦广义相对论等知识点。
③本节内容贯穿自然科学和人文科学，对学生的思维能力、语言表达能力和科学素养等方面提出了挑战。
④本节内容紧密联系生活实际和科技发展，具有较高的应用价值和实践意义。
二、学情分析①学生已经掌握了基本的力学知识，具有一定的物理基础和思维能力。
②学生对天文学和宇宙探索的兴趣较高，能够积极参与探究和实验活动。
③学生语言表达和科学素养方面存在差异，需要通过多种教学手段和评价方式加以弥补。
④学生对历史和文化背景的理解和把握有待提高，需要加强相关教学内容和措施。
三、核心素养1.物理观念①了解天体运动和引力场的基本概念和规律，如行星运动定律、牛顿引力定律和万有引力定律等。
②理解引力场的基本性质和运动规律，如引力场的线性叠加和质点运动轨迹等。
③掌握天体物理学和宇宙探索的基本概念和方法，如恒星形成和演化、宇宙膨胀和暗物质等。
2.科学思维①发展科学思维和探究能力，如观察和实验设计能力、数据处理和分析能力、问题解决和创新能力等。
②培养科学思维的多样性和创造性，如发散性思维和整体性思维、批判性思维和合作性思维等。
③培养科学思维的系统性和理论性，如科学方法和科学范式、科学语言和科学实践等。
3.科学探究①了解科学探究的基本过程和方法，如提出问题、假设和实验设计、数据采集和分析、结论验证和修正等。
②发展科学探究的创新性和探索性，如问题提出和解决的多样性和复杂性、实验设计和数据分析的独立性和创造性等。
③发展科学探究的实践性和应用性，如与实际生活和社会问题的联系、科技发展和产业转化的结合等。
4.科学态度与责任①培养科学态度的开放性和审慎性，如对不同学说和观点的尊重和比较、对实验和数据的质疑和验证等。
②培养科学态度的批判性和反思性，如对科学发展和社会责任的思考和关注、对科学伦理和科学文化的了解和尊重等。
人教版(新教材)高中物理必修2精品教学设计1：7.3 万有引力理论的成就教案
7.3 万有引力理论的成就『教学设计』本节教材简要介绍了万有引力理论在天文学上的重要应用，即“计算天体的质量”，“发现未知天体”。
教材首先通过“科学真是迷人”，在不考虑地球自转影响的情况下，认为地面上的物体所受重力和引力相等，进而得到只要知道了地球表面的重力加速度和引力常量，即可计算出地球的质量。
这种设计思路既给出了应用万有引力定律解决问题的一种思路，也展示了万有引力理论的魅力——“称量地球的质量”。
教材随后作为示范，以计算太阳质量为例，给出了运用万有引力定律计算天体质量的方法，思路清晰，表述规范。
最后从科学史的角度，简要介绍了亚当斯和勒维耶发现海王星的过程，都显示了万有引力理论的巨大成就。
因此，通过这一节课的学习，一方面要使学生了解运用万有引力定律解决问题的思路和方法，另一方面还要能体会到科学定律对人类探索未知世界的作用，激发学习兴趣和对科学的热爱之情。
『教学目标与核心素养』物理观念：通过“发现未知天体〃，“成功预测彗星的回归”等内容的学习，了解万有引力定律在天文学上的重要应用.科学思维：运用万有引力定律计算天体质量，体验运用万有引力解决问题的基本思路和方法.科学探究：通过“发现未知天体”、“成功预测彗星的回归”的学习，体会科学定律在人类探索未知世界的作用.科学态度与责任：通过了解我国天文观测技术的发展，激发学习的兴趣，养成热爱科学的情感。
『教学重难点』1、教学重点：计算天体的质量和密度2、教学难点：运用万有引力定律解决问题的思路『课前准备』多媒体课件『教学过程』新课导入：温故而知新万有引力定律的基本知识阿基米德在研究杠杆原理后，曾经说过一句名言：“给我一个支点，我可以撬动地球。
”我们每一个人都生活在地球上，你知道地球有多重吗？怎样才能够称出地球的质量？可以用杆称或天平来称量物体的质量，它们可以用来称量地球的质量吗？英国科学家卡文迪许就找到了这样的一种“测量”地球质量的方法，成为第一个测量地球质量的人，你知道他是如何“测出”地球的质量的吗？下面让我们重温一下卡文迪许在实验室中“测量”地球质量的奥秘。
新教材高中物理第七章3.万有引力理论的成就课件新人教版必修第二册
答案：C
4.(多选)如图所示为中国月球探测工程的标志，它以中国书法的笔触， 勾勒出一轮明月和一双踏在其上的脚印，象征着月球探测的终极梦 想．若宇宙飞船在月球表面绕月飞行的周期为T，月球的半径为R，引 力常量为G，飞船只受月球引力的作用，利用上述数据能算出( )
A．GFMR C．FGRM2
B．FGRM2 D．GFMR
答案：C
例 2 2021年4月，我国自主研发的空间站“天和”核心舱成功发射并 入轨运行．若核心舱绕地球的运行可视为匀速圆周运动，引力常量为 G.由下列物理量能计算出地球质量的是( )
A．核心舱的质量和绕地半径 B．核心舱的质量和绕地周期 C．核心舱的绕地角速度和绕地周期 D．核心舱的绕地线速度和绕地半径
gR2
3．结果：m地＝____G____，只要知道g、R、G的值，就可计算出地 球的质量．
4．推广：若知道某星球表面的重力加速度和星球半径，可计算出该 星球的___质__量___．
二、计算天体的质量 1．思路：质量为m的行星绕太阳做匀速圆周运动，向心力由它们之 间的_万__有__引__力_提供． 知道行星的运行周期 2．关系式：Gmmr2太＝m4Tπ22r. 3．结论：m太＝4GπT2r23，测出行星公转周期T和它与太阳的距离r，就 可以算出太阳的____质_量___． 4．推广：已知引力常量G，只要测得卫星绕行星运动的___周__期___和
答案：BCD
共研·突破关键能力
目标一 天体的质量和密度的计算 【导思】 仔细观察下列图片，请思考．
(1)为什么说卡文迪什是“能称出地球质量”的人？ (2)根据行星绕太阳的运动规律，如何计算出太阳的质量？
【归纳】 1．天体质量的计算 (1)重力加速度法
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4 万有引力论的成就整体设计卡文迪许在实验室测出了引力常量，表明了万有引力定律同样适用于地面上的任意两个物体，用实验方法进一步证明了万有引力定律的普适性同时,引力常量的测出,使得包括计算星体质量在内的关于万有引力定律的计算成为可能,使得万有引力定律有了真正的实用价值因此万有引力论的成就是本章的重点万有引力定律在天文上应用广泛,它与牛顿第二定律、圆周运动的知识相结合，可用求解天体的质量和密度，分析天体的运动规律万有引力定律与实际问题、现代技相联系,可以用发现新问题,开拓新领域 把万有引力定律应用在天文上的基本方法是将天体的运动近似看作匀速圆周运动处,运动天体所需要的向心力自于天体间的万有引力因此,处本节问题时要注意把万有引力公式与匀速圆周运动的一系列向心力公式相结合,就可推导出适用于天体问题的公式,并且在应用这些公式时,一定要正确认识公式中各物量的意义具体应用时根据题目中所给的实际情况,选择适当公式进行分析和求解通过本节课的习我们要掌握计算中心天体的质量的两种方法一是利用中心天体表面物体所受的重力g 等于中心天体对物体的引力,即g=2R Mm G ,由此解出M=GgR 2;一是利用围绕中心天体运动的天体求解,即r v m r GMm 22==ω2r=r Tm 224π求解天体的质量算出后,还可以利用ρ=V M 求天体的密度教重点运用万有引力定律计算天体的质量教难点在具体的天体运动中应用万有引力定律解决问题课时安排1课时三维目标知识与技能1了解万有引力定律在天文上的重要应用2会用万有引力定律计算天体的质量过程与方法1解运用万有引力定律处天体问题的思路、方法,体会定律的意义2了解万有引力定律在天文上的重要应用,解并运用万有引力定律处天体问题的思路方法情感态度与价值观1通过测量天体的质量、预测未知天体的习活动,体会研究方法对人类认识自然的重要作用,体会万有引力定律对人类探索和认识未知世界的作用2通过对天体运动规律的认识,了解发展的曲折性,感悟是人类进步不竭的动力教过程导入新课故事导入在1781年3月13日,这是一个很平常的日子,晴朗而略带寒意的夜晚,英国天文家威廉·赫歇尔（1738—1822）跟往常一样，在其妹妹加罗琳（1750—1848）的陪同下，用自己制造的口径为16厘米、焦距为213厘米的反射望远镜，对着夜空热心地进行巡天观测当他把望远镜指向双子座时,他发现有一颗很奇妙的星星,乍一看像是一颗恒星,一闪一闪地发光,引起了他的怀疑经过一段时间的观测和计算这后,这颗一直被看作是“彗星”的新天体,实际上是一颗在土星轨道外面的大行星——天王星天王星被发现以后,天文家们都想目睹这颗大行星的真面目在人们观测和计算中,发现天王星论计算位置与实际观测位置总有误差,就是这一误差,引起了人们对“天外星”的探究，并于1846年9月23日发现了太阳系的第八颗行星——海王星海王星被称为“从笔尖上发现的行星”，原因就是计算出的轨道和预测的位置跟实际观测的结果非常接近你知道家在推测海王星的轨道时,应用的物规律主要有哪些吗?情景导入“9·11”恐怖事件发生后，美国为了找到本·拉登的藏身地点，使用了先进的侦察卫星．据报道：美国将多颗最先进的H11、H12“锁眼”系列照相侦察卫星调集到中亚地区上空，“锁眼”系列照相侦察卫星绕地球沿椭圆轨道运动，近地点265 （指卫星离地的最近距离）、远地点650（指卫星离地面的最远距离），质量136 —182 ，这些照相侦察卫星上装有先进的D字照相机，能够分辨出地面上01 大小的目标，并自动地将照片转给地面接收站及指挥中心．由开普勒定律知道：如果卫星绕地球做圆周运动的圆轨道半径跟椭圆轨道的半长轴相等，那么，卫星沿圆轨道运动的周期跟卫星沿椭圆轨道运动的周期相同．习本节内容后,我们就可由上述据估算这些“锁眼”系列侦察卫星绕地球运动的周期推进新课万有引力定律的发现,给天文的研究开辟了一条新的道路可以应用万有引力定律“称量”地球的质量，计算天体的质量，发现未知天体，这些累累硕果体现了万有引力定律的巨大论价值一、“真是迷人”教师：引导生阅读教材“真是迷人”部分的内容，思考问题课件展示问题1著名文家马克·吐温曾满怀激情地说：“真是迷人，根据零星的事实，增添一点猜想，竟能获得那么多收获!”对此，你是怎样解的？2卡文迪许在实验室里测量几个铅球之间的作用力，测出了引力常量G 的值，从而“称量”出了地球的质量测出G 后,是怎样“称量”地球的质量的呢？3设地面附近的重力加速度g=98 /2,地球半径R=64×106 ，引力常量G=667×10-11 N·2/g 2,试估算地球的质量生活动：阅读课文，推导出地球质量的表达式，在练习本上进行定量计算 教师活动：让生回答上述三个问题,投影生的推导、计算过程,归纳、总结问题的答案,对生进行情感态度教育总结：1自然界中万物是有规律可循的,我们要敢于探索,大胆猜想,一旦发现一个规律,我们将有意想不到的收获2在地球表面,g=G gR M RGMm 22=⇒,只要测出G ，便可“称量”地球的质量 3M=112621067.6)104.6(8.9-⨯⨯⨯=G gR g=60×1024 g 通过用万有引力定律“称”出地球的质量，让生体会到研究方法对人类认识自然的重要作用，体会万有引力定律对人类探索和认识未知世界的作用我们知道了地球的质量,自然也想知道其他天体的质量,下面我们探究太阳的质量二、计算天体的质量引导生阅读教材“天体质量的计算”部分的内容，同时考虑下列问题课件展示问题：1应用万有引力定律求解天体的质量基本思路是什么? 2求解天体质量的方程依据是什么?生阅读课文,从课文中找出相应的答案1应用万有引力求解天体质量的基本思路是：根据环绕天体的运动情况，求出向心加速度，然后根据万有引力充当心力，进而列方程求解2从前面的习知道,天体之间存在着相互作用的万有引力,而行星(或卫星)都在绕恒星(或行星)做近似圆周的运动,而物体做圆周运动时合力充当向心力,这也是求解中心天体质量时列方程的根所在教师引导生深入探究,结合课文知识以及前面所匀速圆周运动的知识,加以讨论、综合,然后思考下列问题问题探究1天体实际做什么运动？而我们通常可以认为做什么运动？2描述匀速圆周运动的物量有哪些？3根据环绕天体的运动情况求解其向心加速度有几种求法？4应用天体运动的动力方程——万有引力充当向心力，求出的天体质量有几种表达式？各是什么？各有什么特点？5应用此方法能否求出环绕天体的质量？生活动：分组讨论，得出答案生代表发言1天体实际是沿椭圆轨道运动的，而我们通常情况下可以把它的运动近似处为圆形轨道，即认为天体在做匀速圆周运动2在研究匀速圆周运动时，为了描述其运动特征，我们引进了线速度v 、角速度ω、周期T 三个物量3根据环绕天体的运动状况，求解向心加速度有三种求法，即（1）=r v 2 (2)=ω2r (3)=224Tπ·r 4应用天体运动的动力方程——万有引力充当向心力，结合圆周运动向心加速度的三种表达方式可得三种形式的方程，即（以月球绕地球运行为例）（1）若已知月球绕地球做匀速圆周运动的周期为T ，半径为r,根据万有引力等于向心力，即22)2(T r m r m GM π月月地=∙,可求得地球质量M 地=2324GTr π （2）若已知月球绕地球做匀速圆周运动的半径r 和月球运行的线速度v ，由于地球对月球的引力等于月球做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律，得rv m r m M G 22月月地=∙ 解得地球的质量为M 地=rv 2/G（3）若已知月球运行的线速度v 和运行周期T ，由于地球对月球的引力等于月球做匀速圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律，得 2r m M G 月地∙=月·v·T π2 2r m M G月地∙=月v 2/r 以上两式消去r,解得M 地=v 3T/(2πG)5从以上各式的推导过程可知，利用此法只能求出中心天体的质量，而不能求环绕天体的质量，因为环绕天体的质量同时出现在方程的两边，已被约掉师生互动：听取生代表发言，一起点评综上所述，应用万有引力计算某个天体的质量，有两种方法：一种是知道这个天体的表面的重力加速度，根据公式M=GgR 2求解；另一种方法必须知道这个天体的一颗行星（或卫星）运动的周期T 和半径r 利用公式M=2324GTr π求解 知识拓展天体的质量求出了，能否求天体的平均密度？如何求？写出其计算表达式展示生的求解过程，作出点评、总结：1利用天体表面的重力加速度求天体的自身密度由g=2RMm G 和M=334R π·ρ 得：ρ=GR g π43 其中g 为天体表面重力加速度，R 为天体半径2利用天体的卫星求天体的密度设卫星绕天体运动的轨道半径为r ，周期为T ，天体半径为R ，则可列出方程：r Tm r Mm G 2224π= M=ρ·334R π 得ρ=32332323334/434R GT r R GT r R Mππππ== 当天体的卫星环绕天体表面运动时，其轨道半径r 等于天体半径R ，则天体密度为：ρ=23GT π 例 1 地球绕太阳公转的轨道半径为149×1011 ，公转的周期是316×107 ，太阳的质量是多少？解析：根据牛顿第二定律，可知：F向=向=·(T π2)2r ①又因为F向是由万有引力提供的所以F 向=F 万=G·2rMm ②所以由①②式联立可得 M=kg GT r 27113112232)1016.3(1067.6)1049.1(14.344⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-π=196×1030 g 答案：196×1030 g说明：（1）同，根据月球绕地球运行的轨道半径和周期，可以算出地球的质量是598×1024 g ，其他行星的质量也可以用此法计算（2）有时题干不给出地球绕太阳的运动周期、月球绕地球运转的周期，但日常生活常识告诉我们：地球绕太阳一周为365天，月球绕地球一周为273天课堂训练1一颗行星上一昼夜时间T=6小时，用弹簧秤称一物体，发现在其赤道上的视重比在其两极的视重小10%，据此，求此行星的平均密度解析：本题主要考查万有引力和重力的联系，物体放在两极称，重力即为万有引力,故2r Mm G =g′，行星质量M=Gr g 2'设该行星的半径为r,则该行星体积为334r π,该行星密度ρ=VM所以ρ=r G g r G r g ππ4'334'32= ①在赤道称物体，视重小10%，即g′×10%=ω2r 即r g '=10ω2=222240410T T ππ= ②将②式代入①得 ρ=2112222)36006(1067.614.330304403⨯⨯⨯⨯==⨯-GT G T πππg/3=303×103 g/3 答案：303×103 g/32经过用天文望远镜长期观测，人们在宇宙中已经发现了许多双星系统，双星系统由两个星体构成，其中每个星体的线度都远小于它们之间的距离，一般双星系统距离其他星体很远，可以当作孤立系统处现观察到一对双星A 、B 绕它们连线上的一点做匀速圆周运动，其周期为T ，A 、B 之间的距离为L ，它们的线速度之比v 1/v 2=2，试求这两个星体的质量解析：由题意知，彼此之间的万有引力对两者的运动有显著影响，提供它们做匀速圆周运动的向心力，因此可直接应用万有引力定律公式解题双星A 、B 绕它们连线上的一点做匀速圆周运动，距离L 保持不变，故它们的角速度必定相等（设为ω），周期必相同，设为T ，其轨道半径不同，分别设为r 1、r 2，则有r 1+r 2=L ①ωω2121r r v v ==2②所以r 1=2r 2=L 32 ③r 2=L r 31211= ④设它们的质量分别为M 1、M 2，则根据牛顿第二定律有：211221)2(T r M L M M G π= ⑤222221)2(T r M L M M G π=⑥由④⑥式得A 星质量：M 1=23234GT L π ⑦由③⑤式得B 星质量：M 2=23238GTL π ⑧ 答案：23234GT L π 23238GT L π 三、发现未知天体让生阅读课文“发现未知天体”部分的内容，考虑以下问题： 课件展示问题：1应用万有引力定律除可计算天体的质量外，在天文上还有何应用？2应用万有引力定律发现了哪个行星？生阅读课文，从课文中找出相应的答案1应用万有引力定律还可以用发现未知天体2海王星就是应用万有引力定律发现的阅读材料：1781年发现天王星后，许多国家的天文家都对它进行不断的观察，结果发现，根据不同时间的资料算出的天王星轨道各不相同，根本无法根据以前的观察资料预报天王星未的位置亚当斯天王星的“出轨”现象，引起了许多天文家的思考：是星表有错？是牛顿力的论有误？还是有另外的未知行星在干扰？……天王星的“出轨”现象，也激发了法国青年天文爱好者勒维耶和英国剑桥大生亚当斯的浓厚兴趣，勒维耶经常到巴黎天文台去查阅天王星观察资料，并把这些资料跟自己论计算的结果对比亚当斯也不断到剑桥大天文台去，他还得到一份英国皇家格林尼治天文台的资料，这使他的论计算能及时跟观察资料比较他们两人根据自己的计算结果，各自独立地得出结论：在天王星的附近，还有一颗新的行星！勒维耶笔尖下发现的行星——海王星 1846年9月23日晚，德国的天文家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”，这就是海王星凭借着万有引力定律，通过计算，在笔尖下发现了新的天体，这充分显示了论的威力问题探究1地球表面上物体的重力和地球对物体的万有引力的关系是什么？2地球表面物体的重力是否是恒定不变的？若变，怎么变？生思考、交流、讨论，并尝试回答教师活动：对生的回答点评，引导生准确地解决上述问题明确：1地球上物体的重力是由于地球的吸引而产生的，它并不等于万有引力这是因为地球上的物体要随地球自转而做匀速圆周运动，设运动半径r是物体到地轴的距离，所需向心力大小为F需=ω2r,方向垂直指向地轴物体随地球的自转所需的向心力是由地球对物体的引力的一个分力提供的，引力的另一个分力才是通常所说的物体受到的重力2地球上物体的重力会随纬度变而变这里的原因有两个：一个是由于在不同纬度上物体随地球自转时的运动半径不同，因而所需的向心力有所不同；另一个是由于地球并不是一个想的球体，从精确的测量可知，地球是一个极半径比赤道半径略小的椭球体，因而物体位于不同纬度上，地球对它的引力也就有所不同所以随着纬度的增加，地球对物体的引力逐渐增大，物体随地球自转所需向心力逐渐减小，物体的重力逐渐增大实际上，物体随地球自转所需的向心力最大也不过是地球对它引力的千分之几，所以在一般情况下，重力和重力加速度随纬度变可忽略不计在地球表面，物体重力g 0=2R GMm ,g 0=2R GM ，但随高度增大，万有引力变为：2)(h R GMm + =g′,g′=2)(h R GM + 由此可看出物体随高度的增大其重力减小例2 2003年10月15日9时，我国“神舟”五号宇宙飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，把中国第一位航天员杨利伟送入太空飞船绕地球14圈后，于10月16日6时23分安全降落在内蒙古主着陆场这次成功的发射实现了中华民族千年的飞天梦想，标志着中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，为进一步的空间研究奠定了坚实的基础基于此问题情境，请完成下列问题（1）飞船在升空过程中，要靠多级火箭加速推进若飞船内悬挂一把弹簧秤，弹簧秤下悬吊05 g 的物体，在火箭上升到某一高度时发现弹簧秤示为9 N ，则此时火箭的加速度是多大？（g 取10 /2)（2）遨游太空的杨利伟在航天飞船里可以见到多少次日落日出？（3）在太空微重力状态下，在太空舱内，下列测量仪器能否使用？请说明由A液体温度计 B天平弹簧秤 D液体密度计解答：（1）飞船在升空过程中不断加速，产生超重现象以物体为研究对象，物体在随火箭加速过程中，受到重力G和弹簧秤对它的拉力T 两个力的作用，根据牛顿第二定律：F=有T-G=得到=(T-G)/=8 /2（2）遨游太空的杨利伟随飞船绕地球运行14圈，所以他在航天飞船里可以见到14次日落日出（3）在太空微重力状态下，在太空舱内，仪器能否使用，要看仪器的工作原：A因为液体温度计是根据液体的热胀冷缩的性质制成的，在太空舱内可以使用B天平是根据杠杆原制成的，在太空舱内，物体几乎处于完全失重状态，即微重力状态，所以杠杆在太空舱内不能工作，因此天平不能使用弹簧秤的工作原是依据在弹簧的弹性限度内，弹力与弹簧长度的改变量成正比的规律制成的，在太空舱内，仍然可以使用它测力但是不能用它测物体重力，正是因为这点，同们有一个易犯的错误，误认为不能使用D液体密度计是根据物体在液体中的浮力等于物体本身的重力的原制成的，同B的原因，故液体密度计不能使用课堂训练美国于2005年1月12日升空的“深度撞击”号探测器，在2005年7月4日与“坦普尔一号”彗星相撞，产生45吨TNT 当量爆炸威力这是美国独自搞的实验，可谓前所未有我们国家也有自己的“深度撞击”计划，这一计划目前已经列入了“十一五”规划之中，在探月成功后，便将付诸实施假设“坦普尔一号”彗星上用弹簧秤称得质量为的砝码重力为G 0，撞击器在靠近彗星表面运行时，其测得环绕周期是T 0试根据上述据求该“坦普尔一号”彗星的质量解析：设“坦普尔一号”彗星表面的重力加速度为g ，“坦普尔一号”彗星质量为M ，在“坦普尔一号”彗星上由G 0=2RMm G 对于在“坦普尔一号”彗星表面的卫星由万有引力提供向心力，所以20224T mR R Mm G π= 由上两式可知：M=G 03T 04/16G 3π4答案：G 03T 04/16G 3π4课堂小结1本节习了万有引力定律在天文上的成就，计算天体质量的方法是F 引=F 向2解题思路：（1）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⇒=⇒===⇒=⇒=3222232323222243)(3344GR rv G r v M rv m R r GT R GT r GT r M T mr r GMm πρππρππ （2）GR g G gR M mg RGMm πρ4322=⇒=⇒= 布置作业1教材“问题与练习”第1、2、3、4题2查阅发现未知天体的有关资料板书设计4 万有引力论的成就⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧∝→=→∝→=→∝→=→=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+======∙=====发现未知天体近地卫星各物理量的关系得由处在离地得由在天体表面度求天体表面的重力加速有则若近地卫星得及由天体密度的计算得或由天体质量的计算用应律定332223322222202023233222222324411)(:)(':)(':::3,,,3:344::4:r T GM r T T m r r r GM m r r v r GM r v m m g r m M G h R GM g h R m M G m g h R GM g R m M G m g GT r R R GT r R M T m r r m M G G gR M R m M G m g GT r M ππωωωωπρπρπρππ活动与探究课题：“称”出地球的质量内容：假如要你“称”出我们生活的地球的质量，请你通过查阅我国发射的某一颗人造卫星或飞船的有关据，推算出地球的质量，写出相关活动报告习题详解1解答：由万有引力提供向心力，而万有引力近似等于重力，即月mg r GMm =2, 所以g 月=2622112)107.1(103.71067.6⨯⨯⨯⨯=-r GM /2=168 /2 g 月约为地球表面g 的1/6,在月球上人感觉很轻，习惯在地球表面行走的人，在月球表面是跳跃前进的2解答：设地球表面上有质量为的物体，地球质量为M ，地球半径为R ，则忽略地球自转，物体所受重力等于其受到的万有引力，则G′=2RGMm 根据牛顿第二定律：G′=g所以g=G′/=2R GM g 只与地球的质量、地球半径、万有引力常量有关，与物体的质量无关，即不同物体在地球表面的重力加速度相等若物体在离地的高山上，根据万有引力定律G″=2)(h R GMm + 此处重力加速度g′,由牛顿第二定律：G″=g′故g′=22)(R GM g h R GM =<+ 3解答：设地球质量为M ，卫星质量为，周期为T ，轨道半径为r 万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，即2224Tmr r Mm G π= M=2324GT r π 即M=kg 2311362)106.5(1067.6)108.6(14.34⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=593×1024 g 4解答：需测量木星卫星的轨道半径r 和卫星的周期T 设木星质量为M 、卫星质量为 根据万有引力定律和牛顿第二定律得：2224Tmr r Mm G π= 所以M=2324GTr π 设计点评在探究万有引力的成就中，教设计要求教师放开手脚让生大胆去想，怎样才能求出天体的质量？用两种方法得出后教师再总结，在什么情况下用什么公式，生掌握起就容易得多质量求出了，如何求密度？这一点完全让生自己处激发生的探究动机在探究发现未知天体过程中，教师通过展示发现未知天体的材料，让生感知任何发现、发明离不开前人的经验和教训，激发生的习兴趣，要有所成就，必须好现有知识本教设计始终以生为主体精心设计探究活动给生主动探索、自主习的空间，通过生的思考、动手、观察、讨论，激发生的习热情，使生由被动接受知识转为主动获取知识。
【精准解析】【高中物理】必修第二册教案：第七章+第三节+万有引力理论的成就+Word版含解析
学生练习
A. 为了减小与地面的撞击力，“嫦娥四号”着 陆前的一小段时间内处于失重状态 B. “嫦娥四号”着陆前近月环绕月球做圆周运 动的过程中处于超重状态 C. “嫦娥四号”着陆前近月环绕月球做圆周运
T 2 R
动的周期约为
g
3g D. 月球的密度为 4 RG
答案：CD
5、一卫星在某一行星表面附近绕其做匀速圆周
的认识万有引力定律 的内容
已知所求天休的半径 及其表面的重力加速度
,则
，解得天体质量为
（2）根据万有引力提供向心力(环绕法) 质量为 的行星或卫星绕所求天体做匀速圆周 运动，万有引力提供行星或卫星所需的向心力，
-4-
即
，解得天体
质量为①
②
③
2、天体密度的计算
质量为 的天体绕质量为 的中心天体做匀速 圆周运动，轨道半径为 r，周期为 T，
表面，从一斜坡上的 P 点沿水平方向以初速度 v0 抛出一小球，测得小球经时间 t 落到斜坡上另一
点 Q，斜面的倾角为α，已知该星球半径为 R，
万有引力常量为 G，求：
（1）该星球表面的重力加速度大小； （2）该星球的密度； 答案：（1）设该星球表现的重力加速度为 g， 根据平抛运动规律： 水平方向 x v0t ，.
精品人教版高中物理必修2第7章第3节万有引力理论的成就课件
kg =
2.0 ×1030 kg
换用其他行星的相关数据进行估算，结果会相近
新知讲解
虽然不同行星与太阳间的距离 r 和绕太阳公转的周期 T各
不相同，但是根据开普勒第三定律，所有行星的
r3 T2 = k
均相同，所以无论选择哪颗行星的轨道半径和公转周期进
行计算，所得的太阳质量均相同。
新知讲解
思考讨论：怎样计算木星的质量和月球的质量？
r13
之比———r—23 —— 。
课堂总结
1、中心天体的质量与环行天体质量m无关，且只能求出中心天 体的质量。
2、解决天体问题的两条思路
第一种思路：重力等于物体与天体间的万有引力
第二种思路：万有引力充当向心力
Mm G R 2 = ma n
Mm mg = G R2
mM G r2
v2 =m
r
= mω2r = m( 2π )2r T
万有引力理论的成就
人教版高中物理 必修2
新知导入
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。
天平
电子秤
台秤
新知导入
阿基米德曾说过：“给我一个支点，我就能撬起整个地球。”
那么如果给你一个足够长的杠 杆或足够大的天平你是否就可 以称量地球的质量了呢？ 不可以。
m地 V
=
4π 2r 3
GT22
4 3
πR 3
=
3πr 3 GT22πR 3
新知讲解
四、发现未知天体 1、海王星的发现
1781年由英国物理学家威廉．赫歇尔发 现了天王星，但人们观测到的天王星的 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。
物理人教版高中必修二(2019年新编)7-3 万有引力理论的成就 教案
第七章第三节万有引力理论的成就【教学目标】1.万有引力定律在天文学上的重要应用。
2.用万有引力定律计算天体质量和天体密度。
3.万有引力定律处理天体问题的思路和方法。
【核心素养发展】核心知识1.万有引力定律称量地球的质量。
2.万有引力定律计算天体质量和计算天体的密度。
核心能力1.通过万有引力定律推导出计算天体质量的公式。
2.培养学生根据事件的之间相似性采取类比方法分析新问题的能力与方法。
科学品质1.体会万有引力定律在人类认识自然界奥秘中的巨大作用，让学生懂得理论来源于实践，反过来又可以指导实践的辩证唯物主义观点。
【教学重点】1. 行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的。
2. 会用已知条件求中心天体的质量。
3. 根据已有条件求中心天体的质量。
【教学难点】1.会用已知条件求中心天体的质量和密度。
【教学方法】教师启发、引导学生思考，讨论、交流学习成果。
探究法、讨论法、实验法。
（一）新课导入万有引力常量的测出的重要意义是使万有引力定律有了其实际意义，可以求得地球的质量，太阳的质量等天体的质量，可以应用到实际计算中去， 这节课我们来学习万有引力定律在天文学上的应用。
第三节 万有引力理论的成就（二）新课内容一、“称量”地球的质量1．思路：地球表面的物体，若不考虑地球自转的影响，物体的重力等于地球对物体的引力．2．关系式：mg ＝G mm 地R 2. 3．结果：m 地＝gR 2G，只要知道g 、R 、G 的值，就可计算出地球的质量． 4．推广：若知道某星球表面的重力加速度和星球半径，可计算出该星球的质量．例题1：已知引力常量G ＝6.67×10－11 N·m 2/kg 2，地球表面的重力加速度g ＝9.8 m/s 2，地球半径R ＝6.4×106 m ，则可知地球的质量约为________．(结果保留一位有效数字)答案 6×1024 kg二、计算天体的质量1．思路：质量为m 的行星绕太阳做匀速圆周运动时，行星与太阳间的万有引力充当向心力．2．关系式：Gmm 太r 2＝m 4π2T 2r . 3．结论：m 太＝4π2r 3GT 2，只要知道引力常量G ，行星绕太阳运动的周期T 和轨道半径r 就可以计算出太阳的质量．4．具体计算方法①已知卫星绕地球做匀速圆周运动的周期为T ，半径为r ，则由G Mm r 2＝m 4π2T 2r 得M ＝4π2r 3GT 2。
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（新教材）统编人教版高中物理必修二第七章第3节《万有引力理论
的成就》优质说课稿
今天我说课的内容是新人教版高中物理必修二第七章第3节《万有引力理论的成就》。
第七章是力学，讲述万有引力与宇宙航行。
这一章我们将学习对人类智慧影响至为深远、在天体运动中起着决定性作用的万有引力定律，并了解它的发现历程和在人类开拓太空中的作用。
《万有引力理论的成就》一节主要讲解万有引力理论在人类开拓太空中的作用，是对前面所学知识的重要补充，是对运动和力的关系的进一步理解和完善。
本课教学承担着实现本单元教学目标的任务，为了更好地教学，下面我将从课程标准、教材分析、教学目标和学科核心素养、教学重难点、学情分析、教学方法、教学准备、教学过程等方面进行说课。
一、说课程标准
普通高中物理课程标准（2017版2020年修订）【内容要求】：“2.2.4 认识发现万有引力定律的重要意义。
认识科学定律对人类探索未知世界的作用。
”
二、说教材分析
本课教材主要内容是万有引力理论的四个成就：称量地球的质量、计算天体的质量、发现未知的天体、预言哈雷慧星回归。
教材一开始以物理学上用天平测量物体的质量、生活中电子秤、台秤称量物体的质量的图片引入，让学生联想到如何称量地球；紧接着依次介绍了用万有引力理论来称量地球的质量、计算天体的质量、发现未知的天体、。