新鲁科版必修二5.2《万有引力的应用——引力与重力方向》说课课件(共14张PPT)
鲁科版高 一物理必修2：5.2 万有引力定律的应用 课件
Mm v 2
G m
r2
r
GM 6.67 1011 5.981024
v2
R
6.4 106
7.9km/s
方法二：地表附近，重力近似等于万有引力
v2 m
mg
r
v1 gR 6.37 106 9.8 7.9km/s
Main Idea
问题四：以不同的速度发射， 人造卫星将如何运动？
问题五：人造地球卫星的运行轨 道及运行特点？
第2节 万有引力定律的应用
问题一：为什么人造卫星能围 绕地球旋转？
牛
v 增大
顿
人
造 地
平抛
球 卫 星
洲际 导弹
的
人造
设 想
Main Idea 卫星
图
问题二：如何让人造卫星获 得一个足够大的速度？
• 问题三：要成为人造地球卫 星至少需要多大的发射速度?
Hale Waihona Puke 方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力
问题六：如何预测未知天体
海王星
海王星的轨道由英国的剑桥大学 的学生亚当斯和法国年轻的天文 爱好者勒维耶各自独立计算出来。 1846年9月23日晚，由德国的伽 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”。
布置作业：
课本P101页，1-6题 导与学 P48-50页
谢谢
球
卫
星
其
它
轨
道
思考：
地球同步卫星有哪些特点？
为了卫星之间不互相干扰，大约3° 左右才能放置1颗，这样地球的同步卫 星只能有120颗。可见，空间位置也是 一种资源。
思考：
多少颗同步卫星即可覆盖全球呢？
鲁科版必修二 5.2 万有引力定律的应用(共24张PPT)
笛卡儿(法)
哈雷
受到了太阳对它的引力， 证明了如果行星的轨道是 圆形的，其所受的引力大 小跟行星到太阳的距离的
二次方成反比。
我们再来认识一位伟大的科学家
牛顿(1643—1727)是英国著名的物理学
家、数学家和天文学家，是十七世纪最伟
大的科学巨匠。牛顿一生对科学事业所做
的贡献，遍及物理学、数学和天文学等领
他证明了：如果太阳和行星间引力与距离的二 次方成反比，则行星的轨迹是椭圆，并阐述了 普通意义下的万有引力定律
万有引力定律内容：
自然界中任何两个物体都是互相吸引的,引力 的大小跟这两个物体的质量成正比,跟它们的
距离的二次方成反比. 表达式：F=Gm1m2/r2
G为常量,叫做引力常量,适用于任何两个物体.
1、已知引力常量G，地球半径为R，地 球表面的重力加速度为g，则地球的质量
为 （ ）A
A.gR2/G
B.g/ G R2
C.R2/gG
D.G/gR2
2、设地球表面的重力加速度为g0 ,物体在距
地心4R0 （R0是地球半径）处，由于地球的重 力作D 用而产生的加速度g 则g/g0 为（ ）
A. 1 B. 1/9 C. 1/4 D. 1/16
• 2、日心说:太阳是世界的中心,并且静止不 动,一切行星都围绕太阳做圆周运动(哥白 尼)
开普勒提出三大定律
开普勒提出三 大定律
开普勒定律
开普勒第在所有椭圆的一个焦点上。
开普勒第二定律 （面积定律）
对于每一个行星而言，太阳和行星的联线在相等 的时间内扫过相等的面积。
r 据牛顿第三定律，用m` 表示太阳的质量，则有：
F
m'm r2
鲁科版物理必修二课件高一5.2万有引力定律的应用2.pptx
NO 2020/4/4
M gR 2 G
M？
2020/4/4
例1、已知某质量F万为=mF的向行星到太阳的距离
M 4GTr G为①圆若r周M，r把运2m公行动转星，周m绕则期4太行为T阳星2T2r，的受运到动的近向似心看力是成多是大匀？速2
3 2
2的③.0此 期质若×时 ，量测10知 其为出11道向多m地行心少,球公星力？绕转的公太的运 式阳周动 ？公期周 ？转是的3.1轨4F道×向半10径7ms大，4T约则22是太r 阳
②行星4的 向2r3心力由4什 3么.1力42来提1供.5？1它01的1 3大
小M为多大GT（2设M太m6阳.6的7 质1量0M11） ？3.14107 2 kg
F万
2020/4/4
G
能否求出太阳的质量
r22 .0 10M3呢0？m
一、天体质量的计算
小结：方法二：测出环绕天体围绕中心天体
做匀速圆周运动的半径 r 和周期T，则
2020/4/4
3、下列说法正确的是 (AC )
A.海王星和冥王星是人们依据万有引力定律计算的 轨道而发现的
B.天王星是人们依据万有引力定律计算的轨道而发 现的
C.天王星的运行轨道偏离根据万有引力计算的轨道， 其原因是由于天王星受到轨道外面其他行星的引力 作用
D.以2020/上4/4 均不正确
空白演示
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2020/4/4
温故知新
(1)物体做F向 圆周m运动vr2的向m心r力2公式m是r (什2T么)？2
(2)万有引力定律公 式表达式？
F引
G
Mm r2
(3)忽略星球自转，万有引力和重力的关系
M 式？重力加速M度m的决定式？
5.2 万有引力定律的应用 课件01(鲁科版必修2)
的万有引力就是其所需的向心力，设地球的质量
为Ｍ，卫星的质量为m；卫星速度为v，卫星到地
心的距离为r。
r 则向心力公式有：Ｇ
Ｍm
2
＝m
v2 r
解得 Ｖ＝
ＧＭ
r
＝7.9 km/s
人造地球卫星在地在附近绕地球做们速圆周运动 所必须具的的速度称为第一宇宙速度，也叫环绕 速度
2、第二宇宙速度和第三宇宙速度
当发射速度大于或等于11.2 km/s 时，卫星就会 摆脱地球的引力，不再绕地球运行，因此人们将 V ＝11.2 km/s 称为第二宇宙速度，也叫脱离速 度。此时它将成为太阳系内的一颗人造行星。
心力，所以
Ｇ
Ｍm
r2
＝mr( 2Ｔπ)2
r 当航天飞机贴地飞行时， ＝Ｒ星
该星球的平均密度为：
M
V
M
4 3
R星 3Βιβλιοθήκη 联立上面三式得：3
GT 2
代入数值：G 6.671011N m2 kg2 T 4.5103 s
可得： 6.98103 kg / m3
小结
１、处理天体运动问题的关键是：万有 引力提供做匀速圆周运动所需的向心力．
∴ρＴ２＝
３π
Ｇ
靠近行星表面的卫星运转周期由行星密度决定.
三、发现未知天体
１、海王星的发现
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．
高一物理鲁科版必修2教学课件：第五章第2节 万有引力定律的应用 (2)
VV123
大家能从图片中
得到什么结论?
地面
Байду номын сангаас
• 结论 ： • 1、物体水平抛出的初速度越大，飞得越远 • 2、物体因地球引力的作用均落回地面
如果抛出的速度足够大，物体还会不会落回地面
牛顿人造地球卫星的设想图
v 增大
平抛? 洲际导
弹
Main Idea
如果发射速度继 续增大，卫星将 做什么运动？ 会不会落回地面？
• ①所有的同步卫星只能分布在赤道上方的一个确定轨道上。 • ②所有的同步卫星的轨道高度为一个定值。
• 同步卫星离地面高度36000公里
• 同步卫星的个数： 大约3度角左右才能放置一颗卫星，地球的同步通讯卫星只能有120颗。可见，空 间位置也是一种资源。
中星6号
中星6号卫星(ChinaSat-6)是公司拥有的通信广播卫星，采用东方红3号平 台，有中国空间技术研究院自行研制生产，于1997年5月12日由长征3号甲运载 火箭在西昌卫星发射中心发射成功并定点于东经125度地球同步轨道。星上拥 有24个C频段转发器。波束覆盖中国全境，主服务区覆盖中国大陆及台湾和海 南岛，第二服务区覆盖东沙、中沙、西沙等岛屿。
人造卫星
1、第一宇宙速度
最小的近地发射速度,近地发射时速度等于这 个速度卫星，刚好能在地球表面附近作匀速 圆周运动 做匀速圆周运动的最大速度
学以致用
v1=7.9km/s
Main Idea
v>7.9km/s
同步通讯卫星
• 地球同步卫星相对于地面静止 • 周期与地球相同
• 同步卫星的轨道如何确定？
地球同步卫星满足的条件
中星6号卫星现为邮电干线通信、专用卫星通信、临时电视节目、全国无 线寻呼、会议电视、数据广播等提供传输服务。
物理鲁科版必修2第五章第一节《万有引力定律及引力常量的测定》教学课件共33张PPT
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14、意志坚强的人能把世界放在手中 像泥块 一样任 意揉捏 。2021 年8月3 日星期 二上午1 2时19 分17秒0 0:19:17 21.8.3
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15、最具挑战性的挑战莫过于提升自 我。。2 021年8 月上午 12时19 分21.8. 300:19 August 3, 2021
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16、业余生活要有意义，不要越轨。2 021年8 月3日 星期二1 2时19 分17秒0 0:19:17 3 August 2
由牛顿第三定律可知，行星与太阳间的引力大
小相等，方向相反，性质相同，这个引力Ｆ也
应该与太阳的质量成正比
m 用 '表示太阳质量， F m'
因为F
m r2
F
m'm r2
m'm F G r2
万有引力定律
自然界中任何两个物体都是互相吸引的,引力
的大小跟这两个物体的质量成正比,跟它们的距离
太阳对行星的引力（F）提供行星做圆 周运动的向心力
若r是太阳和行星之间的距离，v是行
星运动的线速度，m是行星的质量。
那么： v 2 r
T
F
4
2( r T
3 2
)
m r2
F
4
2(
r T
3 2
)
m r2
据开普勒三定律,
r3 T2
是个常量
得出结论:行成星正和比太,跟阳行之星间到的太引阳力距跟离行的星二的次质方量成
【答案】9:7
[例5]地球绕太阳运行的周期为 T=365天，太阳与 地球的平均距离为 r 1.51011 m,求太阳质量。
G Mm m 4 2 r
r2
T2
M
2017-2018学年鲁科版必修25.2万有引力定律的应用课件(35张)
G
Mm
R h
2
2 m T
2
R h
解得:h
3
GMT 2 R 2 4
代入数据得：h=3.6×107(m)
【说明】
1.为了同步卫星之间不互相干扰，大约 3°左右才能放置 1颗， 这样地球的同步卫星只能有120颗。可见，空间位置也是一种
资源。
2.同步卫星主要用于通讯。要实现全球通讯，只需三颗同步卫 星即可。
•
（2）运行速度：
是指卫星在进入运行轨道后绕地球做匀速圆周 运动的线速度。轨道半径越小，运行速度越大。当 卫星“贴着”地面运行时，运行速度就等于第一宇 宙速度。越往外的轨道，速度越小，都小于第一宇 宙速度。 所以，第一宇宙速度有两层含义： 一、是卫星进入轨道最小的发射速度。 二、是卫星进入轨道后最大的运行速度，即所有 卫星的运行速度均小于第一宇宙速度。
6.67 1011 5.89 1024 m / s 7.9km / s 6.37 106
这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必 须具有的最低发射速度，也是最大的运行速度，也叫做第一宇 宙速度。
1.卫星绕行速度、角速度、周期与半径的关系：
Mm v2 GM G 2 m v r r r
【答案】 D
【例题】人造卫星以地心为圆心做匀速圆周运动， 下列说法正确的是： A.半径越大，速率越大，周期越小 B.半径越大，速率越小，周期越大
C.所有卫星的角速度相同，与半径无关
D.所有卫星的速率均相同，与半径无关
【答案】B
设地球质量为m′，半径为R。人造地球卫星在圆轨道上 运行，质量为m，轨道半径为r。那么，在该轨道上做匀 速圆周运动的卫星的速度v如何推算？
高一物理鲁科版必修2教学课件：第五章第1节 万有引力定律及引力常量的测定.
太阳
行星
思考：这一定律说明了行星运动轨迹的形状，不同行星绕太阳
运行时椭圆轨道相同吗？
不同
2、开普勒第二定律 （面积定律）
对于每一个行星而言，太 阳与任何一个行星的连线 （矢径）在相等的时间内 扫过相等的面积。
思考：行星绕太阳运行时各点的速率 相同吗？
由于在相等的时间内扫过的面积相等，各点的速率并不相 同，由近地点到远地点速率由大变小，由远地点到近地点，速 率由小到大。
鲁科版物理必修2 第5章《万有引力定律及其应用》
第1节 万有引力定律及引力常量的测定
人类对行星运动的认识
地心说
托勒密
地球是世界的中心，并且静止不动，一切行星围 绕地球做圆周运动。
日心 说
哥白尼
太阳是世界的中心，并且静止不动，一切行星都 围绕太阳做圆周运动。
波兰天文学家哥白尼用“日心说”掀起了一场轰轰烈烈的认知 革命，人类才开始了对宇宙的科学审视。
行星的运动
日
天文学家第谷认识到，
心
要研究行星的运动规律，
说
就需要对行星进行观测，
的
他花了20年时间观测行
进
星的位置，并记录了大
一
量的数据。在他去世前，
步 完
他把这些数据传给他的
善
第谷
学生开普勒。
第1节 万有引力定律及引力常量的测定 一、行星运动的规律
1、开普勒第一定律 （轨道定律）
所有行星围绕太阳运动的轨 道都是椭圆，太阳位于椭圆 的一个焦点上。
G 6.67 10 11 N m2 / kg2 (G 6.67 10 11 m3 / kg s 2 )
2. 公式 F
G m1m2 的适用条件
r2
鲁科版物理必修二课件高一5.2万有引力定律的应用7.pptx
种求法，教师可以启发学生得到
各可G M种 以R地地 2计根m 算据m方学Rv地2法生、给。mg的地 ：m
v2 R地
、r月3 T月2
R
3 地
T卫2
让学生用不同的公式计算速度。
2020/4/4
7.9km/s这个速度到底有多大，学生 没有感性认识，可以给学生举一些
例子来说明。比如：在高速公路上
乘过车的同学可以推算，高速公路 上最高限速为120km/h，换算成 33.3m/s，第一宇宙速度将近是它的 240倍；农村学生如果家离学校较远， 可以推算以第一宇宙速度从家到校 只需几秒……。通过这些例子，让
学生分小组讨论，得到月球受到 的地球的引力，用来充当绕地球 运转的向心力，故而月球并不会 落到地面上。如果抛出的物体的 速度足够大，物体飞行的距离也 很大，由于地球是一圆球体，故 物体将不能再落回地面，而成为 一颗绕地球运转的人造卫星。
2020/4/4
2．从上面学习可知，当抛出的 物体的速度足够大时就可以成为 卫星，那么如何获得这么大的速 度呢？
本节是一节知识应用与扩展的课。 首先根据学生已有的圆周运动与万 有引力定律的知识，以及牛顿当年 的设想，与学生一起探究人造卫星 202上0/4/4 天的原理。其次，关注学生已有
四、教学设计
（一） 导入新课
晴朗的夜空，当你抬头仰望满天星斗 时，有时会看到一种移动的星星，它 像天幕上的神行太保匆匆奔忙，它们 是什么星?在忙些什么？这种奇特的 星星并不是宇宙间的星球，而是人类 挂上天宇的明灯——人造地球卫星。 它们巡天遨游 ，穿梭往来，忠实地
2020/4/4
预测：学生的回答可能这样：知道
G、 g 、M地、R地、r月、T卫、 T月、v 等；
教师进一步引导，根据大家所给的
2019-2020年鲁科版高中物理必修二5.2万有引力定律的应用公开课教学课件共22张PPT
怎么控制卫星走不同的轨道？
一、牛顿的设想
英国科学家牛顿 (1643-1727)
在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中，
牛顿设想抛出速度很大时，物体就不会落回地
面。
探究1
至少要以多大的速度将物体抛出， 才能让物体不会落回地面？ 已知地球半径R=6400km 地球质量M=5.98*1024kg G=6.67*10-11m3/(kg.s2)
在1781年发现的第七大行星—天王星的运动轨道，总是同根据 万有引力定律计算出来的有一定偏离.当时有人预测，肯定在其轨 道外还有一颗未发现的新星,这就是后来发现的第八大行星—海王 星.
海王星的实际轨道是由英国剑桥大学的学生亚当斯和法国年轻 的天文爱好者勒维耶根据天王星的观测资料各自独立地利用万有 引力定律计算出来的.
太阳系边缘。
图解
三、卫星的运行
地球
赤道平面
平面
探究2
1、试分别推导卫星的线速度v, 角速度ω ，及周期T随半径的变 化关系 2、观察v, ω ，T由什么量决定， 与卫星自身的质量有没有关系？ 3、比较在低轨道和高轨道运行 的卫星的线速度v,角速度ω ， 及周期T的大小关系
探究2
GMm mv2
• 一、释疑难 • 对课堂上老师讲到的内容自己想不通卡壳的问题，应该在课堂上标出来，下课时，在老师还未离开教室的时候，要主动请老师讲解清楚。如果老师已
经离开教室，也可以向同学请教，及时消除疑难问题。做到当堂知识，当堂解决。 • 二、补笔记 • 上课时，如果有些东西没有记下来，不要因为惦记着漏了的笔记而影响记下面的内容，可以在笔记本上留下一定的空间。下课后，再从头到尾阅读一
2019/7/22
最新中小学教学课件
鲁科版物理必修二课件高一5.2万有引力定律的应用3.pptx
a1 r22 a2 r12
例2、已知下列哪些数据，可以计算出地球质量：
A．地球绕太阳运动的周期及地球离（太阳的距）离BCD
B．月球绕地球运行的周期及月球绕地球转的轨道半径
C．人造地球卫星在地面附近绕行的速度和运行周期
D．若不考虑地球自转，已知地球半径和重力加速度
2020/4/4
例3、设地面附近重力加速度为g0，地球半 径 那么为以R0，下人说造法地正球确卫的星是圆[形运A行BD轨] 道半径为R，
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万有引力定律在天文 学上的应用
2020/4/4
万有引力定律在天
文学上的应用
1 物体做圆周运动的向心力公式是什么？
分别写出向心力与线速度、角速度、周期的
关系式
2万有引力定律的内容：
F
G
Mm r2
,
F
mv 2 r
mr 2
mr
4 2
T2
问题：两个质量50kg的同学相距0.5m时之 间的万有引力有多大
答：约6.67×10-7N)
2020/4/4
1、太阳和行星
的质量:
设M为太阳(或某一天体)的质量,m是行星(或某一卫星)的质量, r是行
星(或卫星)的轨道半径,T是行星(或卫星)绕太阳(或天体)公转的周期.
那么太阳(或这个天体)对行星(或卫星)的引力就是行星(或卫星)绕太
阳(或天体)运动的向心力:F引=F向
2020/4/4
m
GmM/r2=ma=4π2mr/T2
r
由上式可得太阳(或天体)的质量为以算出太阳(或天体)质量M的大小.例如:
地球绕太阳公转时r=1.49×1011m,T=3.16×107s, 所以太阳的质量为: M=1.96×1030kg.
物理课件(新教材鲁科版)第五章万有引力与宇宙航行第1讲万有引力定律及应用
考向1 万有引力定律的理解和简单计算
例 半径3 的(2120，20则·全同国一卷物Ⅰ体·1在5火)火星星表的面质与量在约地为球地表球面质受量到的的11引0，力半的径比约值为约地为球
√
万有引力表达式为 F＝Gmr1m2 2，则同一物体在火星表面与在地球表面 受到的引力的比值为FF火 地引 引＝MM火 地rr地 火22＝0.4，选项 B 正确.
开普勒第二定律 (面连线在相等的时间内扫过 的 面积 相等
图示或公式
开普勒第三定律 (周期定律)
所有行星轨道的半长轴的_三__次_ 方 跟它的公转周期的_二__次__方__ 的比都相等
Ta32＝k，k是一个与行 星无关的常量
判断 正误
1.围绕同一天体运动的不同行星椭圆轨道不一样，但都有一个
(3)月球的密度ρ.
答案
3h 2πRGt2
2hR2 月球的密度 ρ＝MV ＝43GπRt23＝2π3RhGt2.
考向2 利用“环绕法”计算天体质量和密度
例8 (2023·四川内江市模拟)登月舱在离月球表面112 km的高空圆轨道 上，环绕月球做匀速圆周运动，运动周期为120.5 min，月球的半径约 为×103 km，只考虑月球对登月舱的作用力，引力常量G＝× 10－11 N·m2/kg2，则月球质量约为
共同的焦点.( √ )
2.行星在椭圆轨道上运行速率是变化的，离太阳越远，运行速
率越大.( × )
3.不同轨道上的行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积.
( ×)
提升 关键能力
1.行星绕太阳运动的轨道通常按圆轨道处理. 2.由开普勒第二定律可得12Δl1r1＝12Δl2r2，12v1·Δt·r1＝ 12v2·Δt·r2，解得vv12＝rr21，即行星在两个位置的速度大 小之比与到太阳的距离成反比，近日点速度最大，远日点速度最小. 3.开普勒第三定律Ta32＝k 中，k 值只与中心天体的质量有关，不同的中心 天体 k 值不同，且该定律只能用在同一中心天体的两星体之间.
鲁科版物理必修二课件第2节万有引力定律的应用().pptx
球半径为R，若在月球上发射一颗卫星,使它在月球表
面附近绕月球作圆周运动．若万有引力常量为G，求：
⑴该卫星的周期；
⑵月球的质量.
解：⑵由
h
1 2
g月t 2
和
L
v0t
解得：
g月
2hv02 L2
在月球表面：
G
Mm R2
mg月
解得月球的质量：
M
2hv02 R 2 GL2
牛顿人造地球卫星的设想图
v 增大
平抛
●2003年2月，美国“哥伦比亚号”航天飞机在它的第 28次飞行返程途中突然解体，再过16分钟就能踏上地 球的7名宇航员全部牺牲。
●1970年4月24日，中国第一颗人造卫星发射成功。
●2003年10月15日“长征二号Ｆ” 型火箭托举着“神舟”五号载人飞 船轰然起飞
浩瀚太空迎来了第一位中国访客—— ３８岁的中国航天员杨利伟。在３４ ３公里的高度上，中国人第一次在自 己的航天器上看到了人类美丽的地球 家园。
ωA>ωB>ωC
TA<TB<TC
C B
A
D
若在与C同轨道上有另一颗卫星D，它们是否会相撞？
不会相撞
思考：高轨道卫星的运行速度小，容易发射。对么？
不对，因为火箭要克服地球对它的引力做更多的功
讨论：人造地球卫星的线速度v，周期T，向心加速度a 的极值。
G 6.67 10 11 N m2 / kg2
●1971年4月，前苏联成功发射了世界上第一个试验性 载人空间站——“礼炮１号”空间站。载人航天活动由 此进入到规模较大、飞行时间较长的空间应用探索与 试验阶段。
国际空间站——一个共同探索、和平开发宇宙的平台。 从飞船到空间站，人们用不懈的探索搭建起了通往 “天宫”的云梯。
新鲁科版物理原创精品课件：5.2万有引力定律的应用 (讲授式)
GM 3 r
r3 T 2 GM
1 v r 1 3 r
T r
3
三、人造地球卫星运行的规律 思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越_____. 小 （2）离地面越高，线速度越_____. 小 （3）离地面越高，周期越_____.
（4）离地面越高，角速度越大 ____. 小
2 1
2vR v1 gR t
例2.探测器绕月球做匀 速圆周运动，变轨后在 周期较小的轨道上仍做 匀速圆周运动，则变轨 后与变轨前相比( ) A . 轨道半径变小 A B . 向心加速度变小 C . 线速度变小 D . 角速度变小
解析：万有引力提供向心力, 2 则： 3 Mm 4 整理得： r G m r T 2
例1.某人在一星球
上以速率 v 竖直
解析：星球表面的重力加速 度：
上抛一物体,经时
间 t 后,物体以速
2v g t
率 v 落回手中。
已知该星球的半径
第一宇宙速度为卫星在其表面附近 做匀速圆周运动的线速度卫星的重 力提供向心力,则：
为 R ,求该星球上
的第一宇宙速度。
该星球表面的第一宇宙速度为
v mg m R
r
2
T
2
GM
可知周期 T 较小的轨道，其半径
也小，A正确；
Mm v2 由： G 2 man m m 2r r r
整理得： a G M ，v G M ， G M n 2 3
r
r
r
可知半径变小，向心加速度 变大，线速度变大，角速度 变大，故B、C、D错误。
各种各样的卫星……
三、人造地球卫星运行的规律 表征人造卫星运行状态的物理量有三个: 环绕速度v,
鲁科版高中物理必修二5.2《万有引力定律的应用》ppt课件5
4 r M 2 GT
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引申：天体密度的计算
若已知天体的半径R和天体质量M， 则天体的体积为 M 4 3 V R 密度为 V 3 根据前面我们推导出天体质量的 公式就可得出该天体的密度为
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3 r 2 3 GT R
3
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练习：如果某行星有一颗卫星沿非常靠近 此行星的表面做匀速圆周运动的周期为T， 估算此恒星的密度为多少? 解：设此星的半径为 R ，质量为 M ， 卫星的质量为 m, 圆周运动的半径为 r ， 卫星做匀速圆周运ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的向心力由万有 引力提供，则有：
1、求解向心力的公式如何表示? 2、万有引力定律公式如何表示?
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一、天体质量的计算
基本思想：
1、行星（或卫星)的运动视为匀 速圆周运动。 2、行星（或卫星)做匀速圆周运 动所需向心力由万有引力提供。
例1：假设m是某个行星的质量， r是行星与太阳之间的距离，T 是行星公转的周期，那么太阳 的质量M=？ 2 3
例2、设火星和地球都是
A.P / q 球体，火星的质量M火与 B.q / P 地球质量 M地之比M火 /M地=P,火星的半径和地 C.P / q 2
球的半径之比R火/R地=q, 它们的表面处的重力加速 度之比为( C )
D.q / P
2
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练习1:某个行星的质量是地球质量
万有引力对研究天体运动有着重要的意义. 海王星、冥王星就是这样发现的.请同学们推导： 已知中心天体的质量及绕其运动的行星的运动 情况，在太阳系中，行星绕太阳运动的半径r为：
m( 2 2 ) r T
鲁科版必修二 5.2 万有引力定律的应用 (共17张PPT)
卫星
m
V
1、基本规律：
r
对卫星： GM m v m 2m (2)2rm 2rma
M 地球
r2
rT
所以
v
GM r
GM r3
T 2 r 3
GM
a GM r2
2 V2 1 V1
地球
结论：
当r增加时：v 减小，T增加， a减小，ω减小。
三、人造地球卫星的规律.
2、特殊卫星：
m 近地卫星
Mm
M
mgGR2 gGR2
⑵天体运动视为匀速圆周运 动，万有引力起着向心力的 作用。
GM r2 mmvr2 mr2
一、求天体的质量
1、求中心天体的质量。
以月球绕地球转为例：
对月球：
Mm G
m42
r
r2
T2
中心天体的质量： M 4 2r3
GT 2
2、求天体的质量。
对地面上的物体m： G Mm mg
R
V
地球 M
（1）近地卫星
对卫星：GM m m gmv2 m (2)2R
R2
RT
g：地球表面的重力加速度
所以 V g R9 .8 6 .4 16 07 .9 ks m
T2 R23.146.416 01.4小时
g
9.8
所有地球卫星运行速度小于7.9km/s、周期大于1.4小时。
T
所以 T2（Rh)3 24小时周期T是定值.
GM
所以 h≈3.6X104 Km （是定值）
即：轨道半径r（高度h）是定值.
三、人造地球卫星的规律.
2、特殊卫星
（1）近地卫星 （2）同步卫星（通信卫星）
#物理：鲁科版 必修2 5.2 万有引力定律的应用
第2节万有引力定律的使用从容说课一、教材分析这节课通过对一些天体运动的实例分析，使学生了解：通常物体之间的万有引力很小，常常觉察不出来，但在天体运动中，因为天体的质量很大，万有引力将起决定性作用，对天文学的发展起了很大的推动作用，其中一个重要的使用就是计算天体的质量。
在讲课时，使用万有引力定律有两条思路要交待清楚：1.把天体（或卫星）的运动看成是匀速圆周运动，即F引=F向，用于计算天体（中心体）的质量，讨论卫星的速度、角速度、周期及半径等问题.2.在地面附近把万有引力看成物体的重力，即F引=m g.主要用于计算涉及重力加速度的问题.这节内容是这一章的重点，这是万有引力定律在实际中的具体使用.主要知识点就是如何求中心体质量及其他使用，还是可发现未知天体的方法.万有引力定律是物理学中的重要基本定律，为了使学生对定律的发现历史和背景有所了解，如果条件允许，希望教师能讲一讲.还可补充讲讲地球上物体重量的变化.这样有助于学生认识万有引力定律的意义，并可起到巩固知识、使用知识的作用.通过这节的教学应使学生了解，通常物体之间的万有引力很小，以致察觉不出，但在天体运动中，因为天体的质量很大，万有引力将起决定性的作用，万有引力定律的发现对天文学的发展起了很大推动作用.万有引力定律的发现把地面上的运动与天体运动统一起来，对人类文化的发展具有重要意义.教学中可以通过典例讲解使学生具体体会到，地面上物体所受地球的重力与月球所受地球的引力，是同一性质的力，即服从平方反比定律的万有引力.本节教材重点讲述了人造地球卫星的发射原理，推导了第一宇宙速度.应使学生确切地理解第一宇宙速度是卫星轨道半径等于地球半径时，即卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动的速度.当轨道半径r大于地球半径时，卫星环绕地球做匀速圆周运动的速度小.由公式v ＝（GM/r）1/2可知，v∝r-1/2.清楚地了解这一点，才能比较卫星在不同轨道上运行时某一物理量的大小.使用万有引力定律解决天体问题主要解决的是：天体的质量、天体的密度、天体的重力加速度、天体运行的速度等天文学的初步知识.二、备课时应了解下列问题1.天体表面的重力加速度是由天体的质量和半径决定的.g=GM/R22.地球上物体的重力和地球对物体的万有引力的关系：物体随地球的自转所需的向心力，是由地球对物体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.教学重点1.人造卫星、月球绕地球的运动、行星绕太阳的运动的向心力是由万有引力提供的，第一宇宙速度的计算；2.会用已知条件求中心天体的质量.教学难点根据已有条件求中心天体的质量.教具准备多媒体设备一套.课时安排1课时三维目标一、知识与技能1.通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力；2.初步了解人造卫星的发射、运行等状况，建立正确的物理模型图景；3.能使用万有引力定律解决天体问题；4.通过万有引力定律计算天体的质量、天体的密度、天体的重力加速度、天体运行的速度等.二、过程与方法1.通过万有引力定律在天文学上的使用使学生能熟练地掌握万有引力定律；2.通过学习万有引力定律在天文学上的使用，了解世界和中国的航天事业的发展.三、情感态度与价值观通过学习万有引力定律在天文学上的使用，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情.教学过程导入新课教师提问：卡文迪许实验测万有引力常量的原理是什么？学生回答：利用引力矩与金属丝的扭转力矩的平衡来求得.教师提问：万有引力常量的测出的物理意义是什么？学生回答：使万有引力定律有了其实际意义，可以求得地球的质量等.万有引力常量一经测出，万有引力定律对天文学的发展起了很大的推动作用，这节课我们来学习万有引力定律在天文学上的使用.推进新课学生阅读有关内容教师提问：行星绕太阳运动的向心力是什么？学生回答：太阳对行星的万有引力提供向心力.教师提问：如果我们知道某个行星与太阳之间的距离是r ,T 是行星公转的周期，列一下方程,能否求出太阳的质量M 呢？学生回答：设行星的质量为m .根据万有引力提供行星绕太阳运动的向心力，有： 即有2224T r m r Mm G F F π=＝＝万有引力向，得2324GT r M π=. 由开普勒第三定律，绕太阳做圆周运动的行星都有23Tr =常数.所以太阳的质量M 也是定值，和行星的轨道半径及周期无关.老师总结：使用万有引力定律计算天体质量的基本思路是：根据行星（或卫星）运动的情况，求出行星（或卫星）的向心力，而F 向=F 万有引力.根据这个关系列方程即可.一、人造卫星上天人造地球卫星：教师活动：知道了行星的运动规律，学习了万有引力定律，现在来讨论引言中提出的问题：为什么宇宙飞船能登上月球？为什么飞船能像月亮那样围绕地球旋转？飞船在什么条件下能挣脱地球的束缚？在进一步的探索中，人类会对更遥远的星球有些什么了解？在《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿用一张图解释行星能保持在某轨道运行的原因.其实，这张图已隐含了飞船上天并绕地球运行的奥秘（如图）.牛顿认为“因为向心力，行星会沿某一个轨道运动.如果考虑抛体运动，这一点就容易理解了：投掷一块石头，该石头理应做直线运动，但是因为其自身重力，石头离开直线路径，做曲线运动，最终落回地面；投掷速度越大，落地点距投掷点越远.于是我们假设随着速度的不断增大，石头在落地前画出1、2、5、10、100或1 000英里长的弧线，直至最后超出地球的限度，进入空间永远不回到地球.”只要抛出的速度足够大，被抛出的物体就会像月球那样不再掉下来，这实际上就是人造地球卫星或宇宙飞船上天的原理.1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星高速穿过大气层进入太空，绕地球旋转了1 400周，它的成功发射，是人类迈向太空的第一步，这就是苏联发射的“人造地球卫星”1号.该卫星为球形，外直径为58厘米，质量为83千克，发射于苏联的拜科努尔发射场很早以前，人们认识到月球是围绕地球旋转的唯一天然卫星时，就开始向往着制造人造地球卫星（简称人造卫星）.1882~1883年及1932~1933年曾两度举行了国际合作科学研究活动，参加的各国学者集中研究了地球的各种性质和与太空飞行有关的各种因素.特别是第二次世界大战后，火箭技术发展迅速，人们已经看到：在积累了研制现代火箭系统经验的基础上，研制人造卫星已成为可能.1954年7月在维也纳召开的为1957年7月~1958年12月“国际地球物理年”进行准备的国际会议上，国际地球物理年的计划委员会通过一项正式决议，要求与会国对于在地球物理年计划利用人造卫星的问题给予关注.对此，美国和苏联积极响应，并开始着手人造卫星用运载火箭的探索与准备工作.1956年，苏联获悉美国的运载火箭已经进行了飞行实验，而苏联正在研制的人造卫星较为复杂，短期内难以完成.为了提前发射，苏联将原计划推迟，改为先发射两颗简易卫星.1957年8月21日，苏联将P─7洲际导弹改装成的“卫星”号运载火箭首次全程试射成功.同年10月4日，苏联用“卫星”号运载火箭将世界第一颗人造卫星送入太空.该卫星带有两台无线电发射机、测量内部温压的感应元件、磁强计和辐射计数器，其姿态控制采用最简单的自旋稳定方式.这颗卫星虽然简陋，但它却在国际上产生了巨大的影响.为人类的航天史开创了新纪元.从地球有了第一颗人造卫星至今仅50年，各国的空间技术都有了突飞猛进的发展.50年代末到60年代初，人造卫星的发射主要用于探测地球空间环境和进行各种卫星技术试验.60年代中，人造卫星进入了使用阶段.70年代起，各种新型专用卫星的性能不断提高，诸多卫星已为人类作出了重要贡献.要让人造地球卫星获得足够大的速度，以致能像月亮那样绕地球运行，通常需要多级火箭的作用.教材94页图519展示了多级火箭发射卫星上天，使卫星进入地球轨道的大致过程.如果卫星绕地球运行的轨道可视为圆形，并且卫星距地面的高度远小于地球半径，则卫星轨道半径可近似为地球半径r=6.38×106m，这时卫星所受地球的引力与卫星做圆周运动所需的向心力相等.假设卫星质量为m ，地球质量为M ，根据向心力公式有：r v m rMm G 22=，rGM v ==7.9 km/s. 人们称7.9 km/s 为第一宇宙速度，也称环绕速度.当卫星具有第一宇宙速度时，围绕地球运动的轨道是圆形. 如果人造地球卫星运行速度大于7.9 km/s ，它将沿椭圆轨道围绕地球运行，甚至会摆脱地球引力，远离地球而去.通过计算知道，人造卫星脱离地球引力所需的速度为11.2 km/s ，人们称11.2 km/s 为第二宇宙速度，也称脱离速度.脱离地球吸引力的人造卫星还受到太阳引力的作用，相当于“人造行星”.当其速度达到16.7 km/s 时，就会挣脱太阳引力束缚飞出太阳系，人们称16.7 km/s 为第三宇宙速度，也称逃逸速度.二、预测未知天体万有引力对研究天体运动有着重要的意义.海王星、冥王星就是这样发现的.已知中心天体的质量及绕其运动的行星的运动情况，在太阳系中，行星绕太阳运动的半径r 为多少呢？ 学生推导：根据2224Tr m r Mm G F F π=＝＝向万有引力, 可得3224πGMT r = 代入已知数据即可得到轨道半径.但是在18世纪发现的第七个行星——天王星的运动轨道，总是同根据万有引力定律计算出来的有一定偏离.当时有人预测，肯定在其轨道外还有一颗未发现的新星.后来，亚当斯和勒维列在预言位置的附近找到了这颗新星.后来，科学家利用这一原理还发现了许多行星的卫星，由此可见，万有引力定律在天文学上的使用，有极为重要的意义.三、巩固练习1.根据观察，在土星外层有一个环，为了判断是土星的连续物还是小卫星群，可测出环中各层的线速度v 与该层到土星中心的距离R 之间的关系.下列判断正确的是 …（ ）A.若v 与R 成正比，则环是连续物B.若v 2与R 成正比，则环是小卫星群C.若v 与R 成反比，则环是连续物D.若v 2与R 成反比，则环是小卫星群2.已知地球的半径为R ，地面的重力加速度为g ，引力常量为G ，如果不考虑地球自转的影响，那么地球的平均密度的表达式为____________.3.某人在某一星球上以速度v 竖直上抛一物体，经时间t 落回抛出点，已知该星球的半径为R ，若要在该星球上发射一颗靠近该星运转的人造星体，则该人造星体的速度大小为多少？4.一艘宇宙飞船绕一个不知名的、半径为R 的行星表面飞行，环绕一周飞行时间为T.求该行星的质量和平均密度.参考答案:1.AD2.3g/4πGR3.分析：星球表面的重力加速度tv t v g 22== 人造星体靠近该星球运转时：Rv m R Mm G mg 22'== (M :星球质量.m :人造星体质量) 所以tvR gR v 2=='. 4.分析：设宇宙飞船的质量为m ，行星的质量为M .宇宙飞船围绕行星的中心做匀速圆周运动，有：R Tm R Mm G 22)2(π= 所以2324GT R M π= 又334R v π=所以23GT V M πρ==. 课堂小结本节课的主要内容为：一、人造卫星上天 第一宇宙速度的计算：rGM v ==7.9 km/s ；第二宇宙速度和第三宇宙速度. 二、求某星体表面的重力加速度三、预测未知天体.布置作业1.阅读本节内容；2.课本P 98作业2、3、5、6.板书设计活动与探究一、组织学生收集资料，编写相关论文，可以参考下列题目：1.月球有自转吗？（对于地球能否自转，学生会很容易回答出来，但是关于月球的自转情况却不一定很清楚，教师可以加以引申，比如月球自转周期，为什么我们看不到月球的另一面？）2.观察月亮有条件的学生观察月亮以及其他星体，收集相关资料，联系天文地理知识编写小论文.二、收集资料.组织学生编写相关论文.我国的人造卫星现在在天空中飞翔的有多少颗及它们的周期.。
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课后思考：引力与重力相同的位置
设计思路
在进行学情分析时，班内大部分 同学对引力与重力方向问题是模糊 不清的，只是知道引力方向是指向 地心，重力方向是竖直向下，问及 是否相同时，有的认为相同，有的 没想过，有的认为不同，但更多的 是停留在老师说的“不同”，若深 究，就解释不了。 为此，利用情景剧的形式，来设 计此微课，以期能帮助同学们解决 这个困惑。
能力目标：能够运用所学知识，解决相关 问题，比如地球上哪个位置的引力与重力 方向是相同的。
情感目标：通过学习小组成员的分工 与合作，认识到团队的力量 ，为以后 的学习和工作打下良好的基础。
学习目标
提出问题：引力与重力方向是否相同？ 分步解决一：地球形状的影响
分步解决二：地球自转的影响
分步解决三：实际的水平面
万有引 力定律
内容
万 有 引 力 定 律
成立条件 表达式 方向 引力与重力 联系与区别
随
万有引 力定律
地面上的物体 随地球自转而 做圆周运动
地面物体的 向心力来源
绕
应用
卫星绕中心天体、 双星 卫星的变轨道问题
变
知识目标：知道引力方向是指向地心，重 力方向是竖直向下，并能理解不同的原因 是地球自转。
鲁科版高中物理必修二第五章《万有引力定律》系列微课之
引力与重力方向
微课题目：
引力与重力方向
本节微课选自第五章《万有引力定律》 第2节《万有引力定律的应用》，用于 新授课中。结合多年教学经验，针对本 节中一个易错点“引力方向与重力方向 是否相同？”，帮助中间及以下层次的 学生，解决困惑。同时，对于优生也有 一定的参考价值。
场景四：布 置课下思考 任务，由观 看微课的其 他学生谈体 会并回答思 考问题。
任务驱动 任务一
引力与重力方向是否相同
探究地球形状的影响
设定任务，创设情境
自主探究，获取新知
任务二 任务三
探究地球自转的影响
小组合作，共同阶练习
思考地球上哪些位置两方向相同
学以致用，回扣基础
场景一：第 一节内容学 完后，小组 内某同学发 现该问题， 于组内向组 长提出，引 发组内同学 的不同见解 。
场景二： 为了解决 问题，他 们决定课 下查阅， 由组长进 行分工， 课下查阅 ，总结并 回组交流 。
场景三：明确原因是地 球自转之后，提问者又 发现了新的问题，那就 是重力方向与水平面不 再垂直。而这个问题事 先是没有想过的，查阅 资料时也没有进行相关 查阅。组内讨论已经解 决不了，于是小组成员 去向老师请教。