鲁科版高中物理必修第二册课件第4章第1节天地力的综合万有引力定律
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最新鲁科版高一物理必修第二册(2020版)电子课本课件【全册】
第1章 功和机械能
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导入 神奇之能
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0002页 0030页 0076页 0139页 0154页 0186页 0248页 0280页 0282页 0344页 0373页 0429页 0485页 0487页
第1章 科学验证:机械能守恒定律 导入 更准、更远 第2节 平抛运动 第4节 生活中的抛体运动 导入 生活中的圆周运动 第2节 科学探究:向心力 第4章 万有引力定律及航天 第1节 天地力的综合:万有引力定律 第3节 人类对太空的不懈探索 导入 再次跨越时空的对话 第2节 相对论中的神奇时空
2024-2025学年高一物理必修第二册(鲁科版)教学课件4.1天地力的综合：万有引力定律
高中物理 必修第二册
第4章 万有引力定律及航天 第1节 天地力的综合：万有引力定律
例6 如图所示，在距一个质量为M，半径为R，密度均匀的球体表面R处，有一个质量为
m的质点。此时M对m的万有引力为F1。当从M中挖去如图所示半径为R/2的球体时，剩
下部分对m的万有引力为F2，则F1与F2的比为多少？
【答案】9:7
海王星
4496.0
60152.0
3.36×1018
同时它适用于所有的
同步卫星
0.0424
1.0
1.02×1013
天体运动。
月球
0.3844
27.3
1.02×1013
结论: 值与中心天体有关，而与环绕天体无关.
思考：地球绕太阳运动和月球绕地球运动的两个运动，值相同吗？
开普勒定律不仅适用
高中物理 必修第二册
若将地球和“钱学森星”绕太阳的运动看作匀速圆周运动，它们
的运行轨道如图所示.已知“钱学森星”绕太阳运行一周的时间约
为3.4年，设地球绕太阳运行的轨道半径为R，则“钱学森星”绕
太阳运行的轨道半径约为(
C ）
12
高中物理 必修第二册
第4章 万有引力定律及航天 第1节 天地力的综合：万有引力定律
例3 如图所示，某行星沿椭圆轨道运行，远日点离太阳的距离为，近日点离太阳的
b.可以看作质点的两个物体间的相互作用;
c.若是两个均匀的球体,应是两球心间的距离.
m1
m2
r
高中物理 必修第二册
第4章 万有引力定律及航天 第1节 天地力的综合：万有引力定律
对万有引力定律公式的推导
mv 2
F
r
消去v
2 r
4.2 万有引力定律的应用—鲁科版(2019)高中物理必修第二册课件(共68张PPT)
ma
mv 2 r
mr 2
mr
4 2
T2
已知地球表面处的重力加速度为 g，距地面高度等于地 球半径两倍处的重力加速度多大？
黄金万代换有引力与重力的区别与联系
mg
G
Mm R2
gR2 GM
适用于任何天体（不自转或自转很慢） 近似认为万有引力完全提供重力
已知地球表面处的重力加速度为 g，距地面高度等于地 球半径两倍处的重力加速度多大？
第一宇宙速度：7.9km/s (地面附近、匀速圆周运动）
卫星在地面附近环绕的运行速度 也是最小发射速度
探究: 若卫星的发射速度大于7.9km/s ，会怎样呢？
提供物体做圆
周运动的力
F= m v2
r
物体做圆周运动
所需要的向心力
“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动
探究: 若卫星的发射速度大于7.9km/s ，会怎样呢？
（一）天体质量
专
若已知某天体半径R和重力加速度g
题
求该天体质量？
三
mg
G
Mm R2
天
gR2 M
G
体
若已知月球绕地球做匀速圆周运动
质
求该天体质量 ？
量
和
地球M
密 度
月球轨道半径r、周期T、角速度
4 2r3 v2r 2r 3 v3T
M GT 2 G
G
2G
G M m ma mv 2 mr 2 mr 4 2
专题四 人造卫星
（一）近地卫星、同步卫星、赤道上随地球自转的物体
[示例1] 地球赤道上有一物体随地球自转而做圆周运动，所
受到的向心力为F1，向心加速度为a1，线速度为v1，角速度为
鲁科版高中物理必修第二册精品课件 第4章 万有引力定律及航天 第1节 天地力的综合万有引力定律
过相等的面积,则行星在离恒星较近的位置速率较大,在远离恒星的位置速
率较小,因为行星在B点的速度比在A点的速度大,则恒星位于E点,选项C正
确,D错误。
答案 C
3.一名宇航员来到一个星球上,如果该星球的质量是地球质量的一半,它的
直径也是地球直径的一半,那么这名宇航员在该星球上所受到的万有引力
大小是他在地球上所受万有引力的(
道引力常量G的值。
2.牛顿得出万有引力定律100多年后,英国物理学家卡文迪许测量得出引力
常量G的值,其数值通常取G=6.67×10-11 N·m2/kg2。
3.引力常量的普适性成了万有引力定律正确性的有力证据。
【自我检测】
1.正误辨析
(1)行星绕太阳运动一周的时间内,它离太阳的距离是不变的。(
)
解析 行星绕太阳运动的轨道是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上,所以行星
有引力定律仅适用于天体之间
B.卡文迪许首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值
C.两物体各自受到对方引力的大小不一定相等,质量大的物体受到的引力也大
D.万有引力定律对质量大的物体适用,对质量小的物体不适用
解析 万有引力定律适用于所有物体间,A、D错误;根据物理学史可知卡文迪许
首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值,B正确;两物体各自受到对方的
运动时的半长轴大小为
3
勒第三定律得 2
=
联立解得
(+0 )
4
+0
。
2
答案
(+0 )
4
·
T',由开普
'3
'2
(+0 )
T'=
2
·
+0
率较小,因为行星在B点的速度比在A点的速度大,则恒星位于E点,选项C正
确,D错误。
答案 C
3.一名宇航员来到一个星球上,如果该星球的质量是地球质量的一半,它的
直径也是地球直径的一半,那么这名宇航员在该星球上所受到的万有引力
大小是他在地球上所受万有引力的(
道引力常量G的值。
2.牛顿得出万有引力定律100多年后,英国物理学家卡文迪许测量得出引力
常量G的值,其数值通常取G=6.67×10-11 N·m2/kg2。
3.引力常量的普适性成了万有引力定律正确性的有力证据。
【自我检测】
1.正误辨析
(1)行星绕太阳运动一周的时间内,它离太阳的距离是不变的。(
)
解析 行星绕太阳运动的轨道是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上,所以行星
有引力定律仅适用于天体之间
B.卡文迪许首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值
C.两物体各自受到对方引力的大小不一定相等,质量大的物体受到的引力也大
D.万有引力定律对质量大的物体适用,对质量小的物体不适用
解析 万有引力定律适用于所有物体间,A、D错误;根据物理学史可知卡文迪许
首先用实验比较准确地测定了引力常量G的数值,B正确;两物体各自受到对方的
运动时的半长轴大小为
3
勒第三定律得 2
=
联立解得
(+0 )
4
+0
。
2
答案
(+0 )
4
·
T',由开普
'3
'2
(+0 )
T'=
2
·
+0
【新教材】新鲁科版必修第二册 第4章 第1节 天地力的综合：万有引力定律课件
[解析] 根据开普勒行星运动定律，火星和木星沿各自的椭 圆轨道绕太阳运行时，太阳位于椭圆的一个焦点上，选项 A 错误；行星绕太阳运行的轨道不同，周期不同，运行速度大 小也不同，选项 B 错误；火星与木星运行的轨道半长轴的立 方与周期的平方之比是一个常量，选项 C 正确；火星与太阳 连线在相同时间内扫过的面积相等，木星与太阳连线在相同 时间内扫过的面积相等，但这两个面积不相等，选项 D 错误． [答案] C
(1)如图 3 所示，如果时间间隔相等，由开普勒第二定律知， 面积 SA＝SB，可见离太阳越近，行星在相等时间内经过的弧 长越长，即行星的速率越大．因此开普勒第二定律又叫面积 定律．
(2)近日点、远日点分别是行星距离太阳的最近点、最远点．同 一行星在近日点速度最大，在远日点速度最小．
3．开普勒第三定律解决了行星周期的长短问题
三、引力常量的测定
由英国物理学家卡文迪许测量得出，常取 G＝ __6_.6_7_×__1_0_－_1_1 ___N·m2/kg2.
思维辨析 (1)各颗行星围绕太阳运动的速率是不变的．( × ) (2)开普勒定律仅适用于行星绕太阳的运动．( × ) (3)行星轨道的半长轴越长，行星的周期越长．( √ ) (4)引力常量是牛顿首先测出的．( × ) (5)物体间的万有引力与它们间的距离成反比．( × ) (6)根据万有引力定律表达式可知，质量一定的两个物体若距 离无限靠近，它们间的万有引力趋于无限大．( × )
基础理解 (1)如图所示是行星 m 绕恒星 M 运动情况的示意图，则在 A、 B、C、D 四个位置中，速度最大的是哪个位置？行星 m 从 A 到 B 过程中做加速运动还是减速运动？
(2)如图所示，天体是有质量的，人是有质量的，地球上的其 他物体也是有质量的．
2019-2020学年鲁科版必修第二册 第4章 万有引力定律及航天 本章优化总结 课件(37张)
万有引力定律在天文学中的应用 1．抓住两条思路 天体问题实际上是万有引力定律、牛顿第二定律、匀速圆周 运动规律的综合应用，解决此类问题的基本思路有两条． 思路 1 中心天体的表面或附近，万有引力近似等于重力， 即 GMRm2 ＝mg0(g0 表示天体表面的重力加速度)．
栏目 导引
第4章 万有引力定律及航天
栏目 导引
3．对接问题
第4章 万有引力定律及航天
(1)低轨道飞船与高轨道空间站对接
如图甲所示，飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到
栏目 导引
第4章 万有引力定律及航天
(3)随地球自转的向心加速度和环绕运行的向心加速度不同 放在地球上的物体随地球自转做匀速圆周运动，所以具有向 心加速度，该加速度是由地球对物体的引力和地面的支持力 的合力提供的，一般来讲是很小的． 环绕地球运行的卫星，具有向心加速度，该加速度完全由地 球对它的万有引力提供．
火星
3.4×106
A.火星的公转周期较小
6.4×1023
2.3×1011
B．火星做圆周运动的加速度较小
C．火星表面的重力加速度较大
D．火星的第一宇宙速度较大
栏目 导引
第4章 万有引力定律及航天
[解析] 根据万有引力定律可知GMr2太m＝m2Tπ2r，得公转周
期公式 T＝
4π2r3，对同一中心天体，环绕天体的公转半径 GM太
“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星将 气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气 象资料．设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的 n 倍，下 列说法中正确的是( ) A．同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的n1 B．同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得 的速度的n1
栏目 导引
栏目 导引
第4章 万有引力定律及航天
栏目 导引
3．对接问题
第4章 万有引力定律及航天
(1)低轨道飞船与高轨道空间站对接
如图甲所示，飞船首先在比空间站低的轨道运行，当运行到
栏目 导引
第4章 万有引力定律及航天
(3)随地球自转的向心加速度和环绕运行的向心加速度不同 放在地球上的物体随地球自转做匀速圆周运动，所以具有向 心加速度，该加速度是由地球对物体的引力和地面的支持力 的合力提供的，一般来讲是很小的． 环绕地球运行的卫星，具有向心加速度，该加速度完全由地 球对它的万有引力提供．
火星
3.4×106
A.火星的公转周期较小
6.4×1023
2.3×1011
B．火星做圆周运动的加速度较小
C．火星表面的重力加速度较大
D．火星的第一宇宙速度较大
栏目 导引
第4章 万有引力定律及航天
[解析] 根据万有引力定律可知GMr2太m＝m2Tπ2r，得公转周
期公式 T＝
4π2r3，对同一中心天体，环绕天体的公转半径 GM太
“静止”在赤道上空的地球同步气象卫星将 气象数据发回地面，为天气预报提供准确、全面和及时的气 象资料．设地球同步卫星的轨道半径是地球半径的 n 倍，下 列说法中正确的是( ) A．同步卫星的运行速度是第一宇宙速度的n1 B．同步卫星的运行速度是地球赤道上物体随地球自转获得 的速度的n1
栏目 导引
鲁科版高中物理必修第二册精品课件 第4章 第2节 万有引力定律的应用 第3节 人类对太空的不懈探索
运动的线速度、角速度、周期及向心加速
度等各量的大小关系?
要点提示 (1)地球、火星等行星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动,万有
引力提供向心力。
2
4π 2
2
(2)由 G 2 =ma=m =mω r=m 2 r
表达式可知线速度、角速度、周期及向
心加速度等各量都与轨道半径有关系。
[知识归纳]
A.0.2g
B.0.4g
C.2.5g
D.5g
星
解析 在星球表面有 G
2
B
)
火
=mg 星,故
=
火 地 2
地 火 2
=0.4,故选项 B 正确。
探究二
天体运动的分析与计算
[情境导引]
如图所示,太阳系的行星在围绕太阳运动。
(1)地球、火星等行星绕太阳的运动遵守
什么规律?
(2)如何比较地球、火星等行星绕太阳的
速度
足够大时,它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面,这实
际上就是
人造地球卫星
或宇宙飞船上天的原理。
(2)原理:一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做 匀速圆周 运动,向心
地
力由地球对它的 万有引力 提供,即 G
线速度 v=
地
。
2
=m ,则卫星在轨道上运行的
2
2.宇宙速度
(1)第一宇宙速度
易错辨析 判一判
(1)已知地球绕太阳运动的周期和地球到太阳的距离可以计算地球的质量。
( × )
解析 已知地球绕太阳运动的周期和地球到太阳的距离可以计算太阳的质
量。
(2)天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的。( × )
度等各量的大小关系?
要点提示 (1)地球、火星等行星绕太阳的运动可看作匀速圆周运动,万有
引力提供向心力。
2
4π 2
2
(2)由 G 2 =ma=m =mω r=m 2 r
表达式可知线速度、角速度、周期及向
心加速度等各量都与轨道半径有关系。
[知识归纳]
A.0.2g
B.0.4g
C.2.5g
D.5g
星
解析 在星球表面有 G
2
B
)
火
=mg 星,故
=
火 地 2
地 火 2
=0.4,故选项 B 正确。
探究二
天体运动的分析与计算
[情境导引]
如图所示,太阳系的行星在围绕太阳运动。
(1)地球、火星等行星绕太阳的运动遵守
什么规律?
(2)如何比较地球、火星等行星绕太阳的
速度
足够大时,它将会围绕地球旋转而不再落回地球表面,这实
际上就是
人造地球卫星
或宇宙飞船上天的原理。
(2)原理:一般情况下可认为人造地球卫星绕地球做 匀速圆周 运动,向心
地
力由地球对它的 万有引力 提供,即 G
线速度 v=
地
。
2
=m ,则卫星在轨道上运行的
2
2.宇宙速度
(1)第一宇宙速度
易错辨析 判一判
(1)已知地球绕太阳运动的周期和地球到太阳的距离可以计算地球的质量。
( × )
解析 已知地球绕太阳运动的周期和地球到太阳的距离可以计算太阳的质
量。
(2)天王星是依据万有引力定律计算的轨道而发现的。( × )
新教材鲁科版必修第二册 第4章 第2节 万有引力定律的应用和第3节 人类对太空的不懈探索 课件(41张)
(1)这些卫星的运动的向心力都是由什么力提供？这些卫星的轨道平面有什么特点？ (2)这些卫星的线速度、角速度、周期跟什么因素有关呢？
答案 (1)卫星的向心力是由地球与卫星的万有引力提供，故所有卫星的轨道 平面都经过地心。 (2)由 GMr2m＝mvr2＝mω2r＝m4Tπ22r 可知，卫星的线速度、角速度、周期等与其 轨道半径有关。
核心要点
天体质量和密度的计算
[要点归纳] 1.天体质量的计算
情景
“自力更生法”
“借助外援法”
已知天体(如地球)的半径R 行星或卫星绕中心天体做匀速圆
和天体(如地球)表面的重力 周运动
加速度g
思路 结果
行星或卫星受到的万有引力充
物 体 的 重 力 近 似 等 于 天 当向心力：
体(如地球)与物体间的万 有引力：mg＝GMRm2
[针对训练2] 已知地球的质量约为火星质量的10倍，地球的半径约为火星半径的2倍， 则航天器在火星表面附近绕火星做匀速圆周运动的速率约为( )
A.3.5 km/s
B.5.0 km/s
C.17.7 km/s
D.35.2 km/s
解析 构建公转模型，对卫星由万有引力提供向心力，有 GMr2m＝mvr2，对近地卫星
离速度)
最小发射速度
太阳系的一颗“小行星”
发射物体挣脱太阳引
当v≥16.7 km/s时，卫星脱离
第三宇宙速度(逃
力的束缚，飞到太阳
16.7 km/s
太阳的引力束缚，跑到太阳
逸速度)
系以外的宇宙空间去
系以外的宇宙空间中去
的最小发射速度
2.第一宇宙速度的理解及计算 (1)对第一宇宙速度的理解： ①“最小发射速度”：向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星困难，因为发射卫星 要克服地球对它的引力。近地轨道是人造卫星的最低运行轨道，而近地轨道的发射 速度就是第一宇宙速度，所以第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度。 ②“最大环绕速度”：在所有环绕地球做匀速圆周运动的卫星中，近地卫星的轨道 半径最小，由 GMr2m＝mvr2可得 v＝ GrM，轨道半径越小，线速度越大，所以在这 些卫星中，近地卫星的线速度即第一宇宙速度，是最大环绕速度。
鲁科版高中物理必修第二册精品课件 第4章 万有引力定律及航天 天体运动中的三类典型问题
2.赤道上的物体
(1)在地球赤道上跟着地球一起自转的物体。
(2)运动特点:①轨道半径r=R(R为地球的半径);②运行的周期为T=24 h;③
向心加速度a远小于g。
3.同步卫星
(1)定义:相对于地面静止不动且运动的周期跟地球自转的周期相同的卫星
叫作地球同步卫星。
(2)同步卫星的特点(六个“一定”)
星中两颗星的轨道半径一般不同)。
针对训练2
科学家在观测美丽的银河系时,若发现某双黑洞间的距离为L,只在彼此之
间的万有引力作用下做匀速圆周运动,其运动周期为T,引力常量为G,则双
黑洞总质量为( A )
4π 2 3
A. 2
4π 2 3
B. 3 2
3
C. 2 2
4π
4π 2 3
定律知在b轨道上,P点速度比R点速度大,选项C正确;根据牛顿第二定律得
地
2
=ma,嫦娥五号在a、b轨道上正常运行时,通过同一点P时加速度
相等,选项D正确。
规律方法
判断卫星变轨时速度、加速度变化情况的思路
(1)判断卫星在不同圆轨道的运行速度大小时,可根据“越远越慢”的规律判
断。
(2)判断卫星在同一椭圆轨道上不同点的速度大小时,可根据开普勒行星运
1
D.
2
=
思路点拨 比较a1和a2→同步卫星与赤道上物体的角速度相同→据a=ω2r分
析比较v1和v2→同步卫星与近地卫星皆由万有引力提供向心力→据
v=
分析
解析 设地球的质量为 M,同步卫星的质量为 m1,近地卫星的质量为 m2。根据
2
2
向心加速度和角速度的关系有 a1=1 r,a2=2 R,又
鲁科版高中物理必修2：万有引力定律及引力常量的测定_课件1
万有引力定律及引力常量的测定
地心说:认为地球是宇宙的中心，地球是 静止不动，太阳、月亮及其他行星都绕地 球运动. 代表人物是古希腊学者托勒密.
地 心 说
万有引力定律及引力常量的测定
2.日心说：哥白尼(1473-1543) Nicolaus Copernicus
哥白尼(1473～1543) 波兰天文 学家,他在1510年写成的《浅 说》初稿中指出:太阳是宇宙 的中心体,地球与行星都绕太 阳运动,只有月亮才绕地球运 动,1530年终于完成了日心说 的建立工作,于1543年3月 《天体运动学》书名出版,否 定了在西方统治1千多年的地 心说.
牛
顿
的
物体围绕地球做圆
人
周运动和苹果落地
造
一样也是物体受到
地
重力的一种外在表
球
现形式
卫
星
草
图
牛顿总结了前人 的研究成果，运 用开普勒三大定 律和他在力学、 数学方面的研究 成果，提出了万 有引力定律。
1、内容：
自然界中任何两个物体都是相互吸引的，
引力的方向沿两物体的连线，引力的大小跟这 两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离 的二次方成反比。
万有引力定律及引力常量的测定
第谷（丹麦）
◎丹麦天文学家，精于 观测。
◎1572年，他观测到仙 后座出现了一颗过去从 来没见过的亮星。
◎1601年，第谷临终前， 把自己毕生对火星的观 测资料全部留给了开普 勒，委托他进行整理研 究。 仙后座的新星爆发
万有引力定律及引力常量的测定
开普勒（德国）
◎在天文学史上，开普勒 享有“天空立法者”的盛 誉。
万有引力定律及引力常量的测定
巩固练习
太阳系中的九大行星均在各自的轨道上绕太
鲁科版必修第二册 4.1天地力的综合：万有引力定律 第2课时 教案
2020-2021学年鲁科版（2019）必修第二册4.1天地力的综合：万有引力定律第1课时教案教学目标1. 经历推导万有引力过程，在此过程中体会所用的物理思想与方法。
2. 掌握万有引力的表述和数学式。
3. 会应用万有引力定律计算物体间的引力。
教学重难点教学重点万有引力定律、万有引力的推导过程教学难点万有引力定律、万有引力的推导过程教学准备多媒体课件教学过程新课引入教师设问：回顾开普勒定律的内容。
学生活动：学生集体回答老师所提问题。
教师设问：由于惯性，物体有保持原来运动状态的性质。
经过上节课的学习，我们知道太阳系的行星围绕着太阳在做可看作圆的轨迹是椭圆的运动。
如果将行星的轨道看成是圆的话，那么请大家想一下，使行星做圆周运动的向心力来自哪里？讲授新课一、万有引力定律教师活动：讲解行星与太阳之间引力。
既然行星的运动轨迹可看作圆，那么我们可以判定行星一定受到了一个指向太阳的力。
设行星的质量为m，速度为v，行星与太阳之间的距离为r。
于是可得行星所受的向心力为天文观测可以测得行星公转的周期T，并据此可求出行星的速度将此速度的表达式代入向心力的表达式得根据开普勒第三定律，将此式变形可得，再将此式代入向心力的表达式可得由于力的作用是相互的，在太阳吸引行星的同时，太阳也受到了行星对它的吸引力，且与太阳吸引行星的力是相同性质的力。
因此，行星运动的向心力的大小还应与太阳的质量M成正比，即，写成等式即其中，G为引力常量，与太阳的质量、行星的质量、太阳与行星之间的距离无关。
教师设问：地球绕太阳运动，月球绕地球运动，它们之间的作用力是同一种性质的力吗？这种力与地球对树上苹果的吸引力也是同一种性质的力吗？我们应怎样验证前面的两个问题？学生活动：学生之间讨论老师所提问题，然后举手回答。
教师口述：我们不妨先假设月球绕地球运动向心力的来源与地球绕太阳运动的向心力的来源是同一种性质的力，且假设这种力与地球对苹果的吸引力是同一种性质的力。